1.電池模組的結構及設計

動力電池模組是指動力電池單體經由串并聯方式組合并加保護線路板及外殼后，能夠直接提供電能的組合體，是組成動力電池系統的次級結構之一。動力電池單體即電芯，按正極材料來分，主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。在查閱資料統計得到的不同材料電芯基本性質如下表所示。
正極材料           LFP      LMO      LTO      LCO      NCA      NCM
能量密度(Wh/kg)   80-130  105-120     70    120-150   80-220   140-180
功率密度(W/kg)  1400-2400  1000       750     600    1500-1900  500-3000
單體電壓(V)     3.2-3.3     3.8    2.2-2.3  3.6-3.8    3.6      3.6-3.7
循環壽命       1000-2000   ＞500    ＞4000   ＞700    ＞1000    1000-4000
工作溫度(℃)    -20~+60   -20~+60   -40~+60  -20~+60  -20~+60    -20~+55
按電芯的結構形狀來分，主要分為圓柱電芯和方形電芯以及軟包這三種，各自的優缺點也十分明顯。在一定程度上，電芯的性能決定了電池模組的性能進而影響整個動力電池系統的性能。因此在進行動力電池系統設計，一定要根據整車的設計要求去選擇電芯的材料及形狀。
電池結構

① 圓柱結構  

優點：工藝成熟度高、生產效率高、過程控制嚴格，成品率及電芯一致性高。殼體結構成熟，工藝制造成本低。

缺點：集流體上電流密度分布不均勻，造成內部各部分反應程度不一致；電芯內部產生的熱量很難得到快速釋放，累積會造成電池的安全隱患。

② 方形結構

優點：對電芯的保護作用要高，可以通過減少單體電池的厚度保證內部熱量的快速傳導，電芯的安全性能有較大的改善。

缺點：殼體在電芯總重中所占的比重較大，導致單體電池的能量密度較低，內部結構復雜，自動化工藝成熟度相對較低。

③ 軟包結構

優點：外部結構對電芯的影響小，電芯性能能優良；封裝采用的材質質量要小，電池的能量密度最高。
缺點：大容量電池密封工藝難度增加、可靠性相對較差；所采用的鋁塑復合封裝膜機械強度低，鋁塑復合膜的壽命制約了電池的使用壽命。
那么首先要通過電動汽車的動力需求以及各種高電壓機器配件等所需的消耗電力、時間以及使用溫度來確定電池系統的容量。然后在進行電池模塊設計時要考慮到動力電池的特性。因為動力電池在不同溫度下輸出/輸入會發生變化。容量、輸出性能會隨使用時間逐漸退化。電池的性能與選擇一旦出現設計錯誤，將不能滿足低溫時的加速性能和爬坡性能，并且當電池老化時還會給系統性能造成影響。電池模組由多個動力電芯串并聯組合而成，包括單體電芯、固定框架、電連接裝置，還有溫度傳感器、電壓檢測線路等。

    動力電池系統的結構設計流程（電芯→模塊→系統) 
 
2.電池管理系統的設計
電池管理系統（BMS），即BatteryManagement System，通過檢測電池組中各單體電池的狀態來確定整個電池系統的狀態，并根據它們的狀態對動力電池系統進行對應的控制調整和策略實施，實現對動力電池系統及各單體的充放電管理以保證動力電池系統安全穩定地運行。電池管理系統的基本功能可以分為檢測、管理、保護這三大塊。具體來看，包括數據采集、狀態監測、均衡控制、熱管理、安全保護、信息管理等功能。

電池管理系統在硬件上可以分為主課模塊和從控模塊兩大塊。主要由數據采集單元（采集模塊）、中央處理單元（主控模塊）、顯示單元、均衡單元檢測模塊（電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、漏電檢測）、控制部件（熔斷裝置、繼電器）等組成。在動力電池管理系統中的軟件設計功能一般包括電壓檢測、溫度采集、電流檢測、絕緣檢測、SOC 估算、CAN 通訊、放電均衡功能、系統自檢功能、系統檢測功能、充電管理、熱管理等。整體的設計指標包括最高可測量總電壓、最大可測量電流、SOC估算誤差、單體電壓測量精度、電流測量精度、溫度測量精度、工作溫度范圍、CAN通訊、故障診斷、故障記憶功能、在線監測與調試功能等。

3.熱管理系統的設計
電池熱管理系統是從使角度出發，用來確保電池系統工作在適宜溫度范圍內的一套管理系統,主要由電池箱、傳熱介質、監測設備等部件構成。電池熱管理系統有如下幾項主要功能:(1)電池溫度的準確測量和監控；(2)電池組溫度過高時的有效散熱和通風；(3)低溫條件下的快速加熱,使電池組能夠正常工作；(4)有害氣體產生時的有效通風；(5)保證電池組溫度場的均勻分布。

在進行電池熱管理系統設計時，一般設計要求有如下幾個方面：
·電池滿功率工作的溫度區間定義及電池降功率工作區間定義。具備電池低溫啟動性能要求及電池隔熱功能。
·電池制冷和制熱功能：電池系統需要設計在低溫下能夠快速升溫, 以達到整車大功率和能量的需求, 或者整車熱管理系統采用空調系統或發動機冷卻水來維持電池系統在最優的工作溫度區間。而采用主動方式還是被動方式的加熱和散熱，效率會有很大差別。
·制冷和制熱方案, 如風冷或液冷。風冷方案設計主要考慮電池系統結構的設計, 風道, 風扇的位置及功率的選擇, 風扇的控制策略等。液冷方案設計主要考慮冷卻管道, 流場, 進出口冷卻劑的流量、溫度、壓降。水泵及整車空調壓縮機的控制策略等。在采用風冷冷卻系統與與液冷冷卻系統時要考慮各自的優缺點。
①風冷
優點：結構配置相對簡單，系統重量相對較輕，工藝成本低。不會出現漏液的可能，能夠及時通風排除有害氣體。
缺點：與電池接觸壁面之間的熱交換系統低，冷卻或加熱速度相對液體較慢。

②液冷

優點：與電池接觸壁面之間的熱交換系統相對較大，冷卻或加熱的速度要快。

缺點：系統重量相對較大，設計較復雜，零部件多。維修和包養成本高。存在漏液的可能性，

液冷式冷卻結構示意圖

液冷系統幾個關鍵部件：
1. 冷凝器 
冷凝器是一種由管子與散熱片組合起來的熱交換器。其作用是：將壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑蒸汽進行冷卻，使其凝結為高壓制冷劑液體。冷凝器的管片材料最早的全銅的，現在大部分是全鋁的，少量有采用銅管鋁片的（主要用于大客車空調器，美國少數轎車上仍保留銅管鋁片形式）。
2.蒸發器
蒸發器的作用則是將膨脹閥出來的低壓制冷劑蒸發而吸收車內空氣的熱量，從而達到車內降溫的目的。
3.水泵
　發動機通過皮帶輪帶動水泵軸承及葉輪轉動，水泵中的冷卻液被葉輪帶動一起旋轉，在離心力的作用下被甩向水泵殼體的邊緣，同時產生一定的壓力，然后從出水道或水管流出。葉輪的中心處由于冷卻液被甩出而壓力降低，水箱中的冷卻液在水泵進口與葉輪中心的壓差作用下經水管被吸入葉輪中，實現冷卻液的往復循環。

4.相關規范標準要求

標準
名稱
GB/T 31484-2015 
電動汽車用動力蓄電池循環壽命要求及試驗方法
GB/T 31485-2015 
電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法
GB/T 31486-2015 
電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法
GB/T 31467.1-2015
電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第1部分：高功率應用測試規程
GB/T 31467.2-2015
電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第2部分：高能量應用測試規程
GB/T 31467.3-2015
電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3部分：安全性要求與測試方法
GB/T 18384.1-2015 
電動汽車 安全要求 第1部分：車載可充電儲能系統
GB/T 18384.2-2015 
電動汽車 安全要求 第2部分：操作安全和故障防護
GB/T 18384.3-2015 
電動汽車 安全要求 第3部分:人員觸電防護
GB 4208-2008
外殼防護等級（IP代碼）
 
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