张会平：车用动力电池系统设计与性能分析
时间:2015-12-30 11:25来源:中国电池联盟网 作者:西顾
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大家好，今天我主要想在这里和大家分享我们在车用动力电池系统设计的经验。分三部分，第一部分从动力电池目前系统的分析，第二部分是动力电池设计的要点，第三部分是动力电池系统的一个性能分析。
因为环境污染和能源危机，已经是大家所关注的非常重要的问题，全国也关注北京的天气，雾霾非常严重，所以新能源汽车在国家政策层面也不断推出一些政策和很大支持力度。
我们从汽车的角度来说，鉴于现在目前环境污染还有温室气体的排放，研究纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池车方面，起到环保的作用。新能源汽车是汽车产业发展的必然趋势，以新能源为特征的低碳发展日益迫切，节能低排放，甚至零排放的电动汽车已经被视为未来解决能源与环境问题的手段之一。为了汽车和工业技术的可持续发展，开展和推广绿色的新能源汽车工程已经在全世界范围内开展。
这是三大核心技术，目前是驱动电机及控制系统，以及动力电池和管理，目前动力电池和管理系统技术，由于它的发展已经成为新能源汽车发展的一项关键的一个技术。
新能源汽车发展亟待解决关键技术，主要是电机、电池以及整车电控，还有看总线了网络和控制，以及集成热管理，整车的实验和匹配标定，以及动力系统的集成。
这是对于汽车能量存储的要求，首先我们要从车的结构对于能量存储的要求，包括汽车总的质量、底盘、动力学因素方面，以及行驶中的阻率，另外从设计性能方面对于考虑这个能量存储要求，汽车的一些性能指标包括加速性，蓄势里程，还有汽车混合动力结构，是并联的结构，还是串联的结构，其次我们要从汽车的行驶周期，包括它的行驶周期内的缝制功率的要求，电量以及保持模式运行的功率峰值要求等考虑，还有工作策略，首先纯电蓄势里程，以及纯电的能力，还有和混合动力的动力。
汽车设计中最关键的因素还是安全性，我们在综合考虑安全性的情况下，对于动力电池我们要从系统的一个效率、寿命、性能和成本方面综合考虑，尤其是因为电动汽车特别常用车，对于动力电动车安全性要求非常高，这个也是动力电池设计的一个基础。由于汽车运行过程中这个运行环境是非常复杂多变的，包括有一些震动还有冲击，这些都是对于动力电池系统会产生很大的影响。
这是我们定义电力电池系统的功能，动力电池系统是电动车的一个关键零部件，它对整车的动力性、经济性、安全性都有非常重大的影响，动力电池系统不仅仅提供一个电能，而同时它也是一个回收能量的装置，在回收能量的时候更多考虑充电的管理，以及高压系统的一个管理，因为动力电池系统目前在我们设计车的过程中，常用车级别一般是300多伏，客车到600多伏，所以高压电的管理非常重要，另外动力电池设定中考虑集成安装，以及动力电池的热管理，这个热管理如果购置不好的话，对于电池会产生非常严重的后果。同时也要注重动态的监控，还有通讯的控制。
根据我们整车提出的一些指标，要结合电机的一些参数以及充电的要求，来定义动力电池的一个需求，整车方面它会提出来工作温度、储存温度，这个可以直接对应电池系统温度范围还有储存分度，整车提出的蓄势里程决定的额定能量，空间尺寸决定了能量密度，质量也决定了它的比能量，包括整车的一些位置，在常用车中大部分都布置在底盘下，防护等级比较高，一般IP来七左右，还有质保、设计寿命，最主要的也是成本，这个成本也是汽车设计中比较关键的部分。
另外一方面从电机方面，电机有一个额定的输入电压，还有一个电压的工作范围，以及电机的持续驱动功率，这个持续驱动功率最终决定了放电的倍率，还有峰值的一个驱动功率，决定了电池的一个峰值放电的选择。还有一个电动汽车使用过程中的一个充电，是保持标准的充电还是有快充的需求。
第二部分动力电池系统的设计要点，目前福田汽车已经累计有6千多辆示范运营，包括新能源的客车、专用车，目前在客车中已经有三千多在全国各地20个城市和地区示范运行，多功能车完成五百辆在北京的投放，在专用车方面截止到13年底累计已经有两千多太纯电动环卫车示范运营，占有率已经达到50%以上。基于它的底盘已经开发纯电动的物流车。
这个是故障的分类，这是客车的分类，主要问题是设计和充电包的质量方面，指的是工艺质量，主要的故障有过温的保护，由于空调不开，就有一个过滤保温保护，还有SOC检测不准确，还有模组缺陷，另外是BMS丛空芯片的烧坏，大巴采用的都是风扇，散热风扇损坏频率比较高。
基于以上，我们认为它的设计要点主要有六个方面，一个是系统级的设计，这个主要根据整车的要求来根据仿真结果提供系统的总体设计要求，另外一个就是模块设计，我们要根据系统的要求合理的设计模块，第三个就是电气的设计，包括电气选型、高压线速，还有BMS的设计，保证电池功能和性能非常重要的一方面，特别是一些策略的制定。第五个电池系统热管理的设计，提高电池系统的寿命。第六个非常重要的安全设计，包括结构的安全设计以及高压电的安全设计。这个是系统设计方面，我们主要从整车对于定功率进行分析，提供系统的电功率的要求，这个是模块的设计，模块的设计中主要容易出现以下问题。
一个是热设计不足，目前这种模块的设计如果热设计不足的话对电池的寿命和性能有很大的影响，再有一个步线的不合理，还有一个是模块强度的不足，还有密封不好，固定不牢靠，这个是电气系统的设计，根据整车系统设计要求进行电池包的一个电气原理的设计，要充分考虑电气安全性。这个是BMS的设计，有几个方面。热管理设计，为了保证电池系统的电性能和寿命，车用动力电池系统一般具有热管理系统，目前有自然冷略和风冷和液冷。这个是安全性的一个设计，因为这个动力电池的安全性关系到人身安全，不仅要注意高压安全，还有在整车的结构方面的一些安全，这个图中所示就是在我们仿真的时候对于电池包做挤压的一个测试。
这是目前典型设计方案的介绍，一般布置在车底，会做三层的布置，有水冷的结构，模块位于电池包的中层，顶层设计IMSD以及BS主板等，通过长螺栓固定在下箱体上，模块之间通过软铜排串联连接。
这是动力电池系统的一个性能分析，我们一般开发分成三个阶段，A阶段、B阶段和C阶段，对应都有自己的项目，设计完成后必须经过功能验证、定位验证和PV验证，而且其中的零部件、模块、BMS以及电气件经过一定的测试验证，系统集成后还需要进行性能和安全的测试。这是我们模块的测试，这个模块的测试也主要从电性能和安全性等方面，根据国家的标准以及自己在设计中的经验，定义了一些测试的项目。
这个是BMS的测试项目，这个主要从策略的安全性，高压的安全性，以及可靠性方面进行的一个验证项目。这个是电气件测试项目，主要针对高压接触器，预充电回路。
这是电池系统的性能测试项目，这个性能主要是指电性能、热性能、寿命以及存储性能方面进行测试。这是电池系统目前的安全性的一个测试项目，有16项安全测试项目，包括机械安全性、环境安全性以及电安全性。
总结，我们在设计过程中需要将整车的设计要求转化为电池系统的一个设计要求，动力电池系统的设计重点是系统设计、模块设计、电气设计、BMS设计、热管理设计和安全设计。在动力电池系统性能分析时，需要经过模块、BMS、电气性能验证，集成后需要有一个安全性的测试。我的报告就这些，谢谢大家。
(责任编辑：admin)
因为环境污染和能源危机，已经是大家所关注的非常重要的问题，全国也关注北京的天气，雾霾非常严重，所以新能源汽车在国家政策层面也不断推出一些政策和很大支持力度。
我们从汽车的角度来说，鉴于现在目前环境污染还有温室气体的排放，研究纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池车方面，起到环保的作用。新能源汽车是汽车产业发展的必然趋势，以新能源为特征的低碳发展日益迫切，节能低排放，甚至零排放的电动汽车已经被视为未来解决能源与环境问题的手段之一。为了汽车和工业技术的可持续发展，开展和推广绿色的新能源汽车工程已经在全世界范围内开展。
这是三大核心技术，目前是驱动电机及控制系统，以及动力电池和管理，目前动力电池和管理系统技术，由于它的发展已经成为新能源汽车发展的一项关键的一个技术。
新能源汽车发展亟待解决关键技术，主要是电机、电池以及整车电控，还有看总线了网络和控制，以及集成热管理，整车的实验和匹配标定，以及动力系统的集成。
这是对于汽车能量存储的要求，首先我们要从车的结构对于能量存储的要求，包括汽车总的质量、底盘、动力学因素方面，以及行驶中的阻率，另外从设计性能方面对于考虑这个能量存储要求，汽车的一些性能指标包括加速性，蓄势里程，还有汽车混合动力结构，是并联的结构，还是串联的结构，其次我们要从汽车的行驶周期，包括它的行驶周期内的缝制功率的要求，电量以及保持模式运行的功率峰值要求等考虑，还有工作策略，首先纯电蓄势里程，以及纯电的能力，还有和混合动力的动力。
汽车设计中最关键的因素还是安全性，我们在综合考虑安全性的情况下，对于动力电池我们要从系统的一个效率、寿命、性能和成本方面综合考虑，尤其是因为电动汽车特别常用车，对于动力电动车安全性要求非常高，这个也是动力电池设计的一个基础。由于汽车运行过程中这个运行环境是非常复杂多变的，包括有一些震动还有冲击，这些都是对于动力电池系统会产生很大的影响。
这是我们定义电力电池系统的功能，动力电池系统是电动车的一个关键零部件，它对整车的动力性、经济性、安全性都有非常重大的影响，动力电池系统不仅仅提供一个电能，而同时它也是一个回收能量的装置，在回收能量的时候更多考虑充电的管理，以及高压系统的一个管理，因为动力电池系统目前在我们设计车的过程中，常用车级别一般是300多伏，客车到600多伏，所以高压电的管理非常重要，另外动力电池设定中考虑集成安装，以及动力电池的热管理，这个热管理如果购置不好的话，对于电池会产生非常严重的后果。同时也要注重动态的监控，还有通讯的控制。
根据我们整车提出的一些指标，要结合电机的一些参数以及充电的要求，来定义动力电池的一个需求，整车方面它会提出来工作温度、储存温度，这个可以直接对应电池系统温度范围还有储存分度，整车提出的蓄势里程决定的额定能量，空间尺寸决定了能量密度，质量也决定了它的比能量，包括整车的一些位置，在常用车中大部分都布置在底盘下，防护等级比较高，一般IP来七左右，还有质保、设计寿命，最主要的也是成本，这个成本也是汽车设计中比较关键的部分。
另外一方面从电机方面，电机有一个额定的输入电压，还有一个电压的工作范围，以及电机的持续驱动功率，这个持续驱动功率最终决定了放电的倍率，还有峰值的一个驱动功率，决定了电池的一个峰值放电的选择。还有一个电动汽车使用过程中的一个充电，是保持标准的充电还是有快充的需求。
第二部分动力电池系统的设计要点，目前福田汽车已经累计有6千多辆示范运营，包括新能源的客车、专用车，目前在客车中已经有三千多在全国各地20个城市和地区示范运行，多功能车完成五百辆在北京的投放，在专用车方面截止到13年底累计已经有两千多太纯电动环卫车示范运营，占有率已经达到50%以上。基于它的底盘已经开发纯电动的物流车。
这个是故障的分类，这是客车的分类，主要问题是设计和充电包的质量方面，指的是工艺质量，主要的故障有过温的保护，由于空调不开，就有一个过滤保温保护，还有SOC检测不准确，还有模组缺陷，另外是BMS丛空芯片的烧坏，大巴采用的都是风扇，散热风扇损坏频率比较高。
基于以上，我们认为它的设计要点主要有六个方面，一个是系统级的设计，这个主要根据整车的要求来根据仿真结果提供系统的总体设计要求，另外一个就是模块设计，我们要根据系统的要求合理的设计模块，第三个就是电气的设计，包括电气选型、高压线速，还有BMS的设计，保证电池功能和性能非常重要的一方面，特别是一些策略的制定。第五个电池系统热管理的设计，提高电池系统的寿命。第六个非常重要的安全设计，包括结构的安全设计以及高压电的安全设计。这个是系统设计方面，我们主要从整车对于定功率进行分析，提供系统的电功率的要求，这个是模块的设计，模块的设计中主要容易出现以下问题。
一个是热设计不足，目前这种模块的设计如果热设计不足的话对电池的寿命和性能有很大的影响，再有一个步线的不合理，还有一个是模块强度的不足，还有密封不好，固定不牢靠，这个是电气系统的设计，根据整车系统设计要求进行电池包的一个电气原理的设计，要充分考虑电气安全性。这个是BMS的设计，有几个方面。热管理设计，为了保证电池系统的电性能和寿命，车用动力电池系统一般具有热管理系统，目前有自然冷略和风冷和液冷。这个是安全性的一个设计，因为这个动力电池的安全性关系到人身安全，不仅要注意高压安全，还有在整车的结构方面的一些安全，这个图中所示就是在我们仿真的时候对于电池包做挤压的一个测试。
这是目前典型设计方案的介绍，一般布置在车底，会做三层的布置，有水冷的结构，模块位于电池包的中层，顶层设计IMSD以及BS主板等，通过长螺栓固定在下箱体上，模块之间通过软铜排串联连接。
这是动力电池系统的一个性能分析，我们一般开发分成三个阶段，A阶段、B阶段和C阶段，对应都有自己的项目，设计完成后必须经过功能验证、定位验证和PV验证，而且其中的零部件、模块、BMS以及电气件经过一定的测试验证，系统集成后还需要进行性能和安全的测试。这是我们模块的测试，这个模块的测试也主要从电性能和安全性等方面，根据国家的标准以及自己在设计中的经验，定义了一些测试的项目。
这个是BMS的测试项目，这个主要从策略的安全性，高压的安全性，以及可靠性方面进行的一个验证项目。这个是电气件测试项目，主要针对高压接触器，预充电回路。
这是电池系统的性能测试项目，这个性能主要是指电性能、热性能、寿命以及存储性能方面进行测试。这是电池系统目前的安全性的一个测试项目，有16项安全测试项目，包括机械安全性、环境安全性以及电安全性。
总结，我们在设计过程中需要将整车的设计要求转化为电池系统的一个设计要求，动力电池系统的设计重点是系统设计、模块设计、电气设计、BMS设计、热管理设计和安全设计。在动力电池系统性能分析时，需要经过模块、BMS、电气性能验证，集成后需要有一个安全性的测试。我的报告就这些，谢谢大家。
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