动力电池设计方案
欧阳光明（2021.03.07）
1 综述
电动车的的电池就好比汽车油箱里的汽油。它是由小块单元电池通过串并联方式级联后，通过BMS的管理，将电能传递到高压配电盒，然后分配给驱动电机和各个高压模块(DC/DC、空调压缩机、PTC等)。电池管理系统(BMS)采用的是一个主控制器(BMU)和多个下一级电池采集模块(LECU)组成模块化动力电池管理系统，是一种具有有效节省电池电能、提高车辆安全性、实现充放电均衡和降低运行成本功能的电池管理系统模式。
高压控制系统的预充电及正负极高压继电器均由BMS控制，设置了充电控制继电器，增加高压充电时的安全性。
2 设计标准
下列文件为本次MA00ME100设计整改参考标准。凡是注日期的文件，其随后所有的修改单(
不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本次设计开发，然而，鼓励根据本文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的文件，其最新版本适用于本次设计开发。
GB/T 18384.1 电动汽车安全要求  第1部分：车载储能装置
GB/T 18384.2 电动汽车安全要求  第2部分：功能安全和故障保护
GB/T 18384.3 电动汽车安全要求  第3部分：人员触电
GB/T 18385 电动汽车动力性能  试验方法
GB/T 18386 电动汽车能量消耗率和续驶里程  试验方法
GB/T 18388 电动汽车定型试验规程
GB/T 18487.1 电动车辆传导充电系统 一般要求
GB/T 18487.2 电动车辆传导充电系统 电动车辆与交流/直流电源的连接要求
GB/T 18487.3 电动车辆传导充电系统 电动车辆与交流/直流充电机(站)
GB/T 176191998  机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法
GB/T 18387 电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法 带宽9KHz～30MHz
QC/T 743电动汽车用锂离子蓄电池
QC/T 413  汽车电气设备基本技术条件
ISO 118981  道路车辆 控制面网络(CAN) 第1部分：数据链接层和物理信号
ISO 118982  道路车辆 控制器局域网(CAN) 第2部分：高速媒体访问单元
ISO76372  道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰（电源线瞬态传到干扰抗绕性试验）
ISO114522  道路车辆窄带辐射的电磁能量产生的电干扰的部件试验方法（吸波屏蔽外壳）
3 动力电池的标准
在电动汽车中，动力电池组必须是具有强大能量的动力电源，除了作为驱动动力能源外，还要向空调系统、动力转向系统等提供电力能源。此外，由于实际使用的需要，电动汽车对动力电池还有更多的要求：
(1)由于电动汽车是一种代步工具，必须有一定的续驶里程，所以电池要有较大的比能量。
(2)电动汽车不可能一直在非常好的路况上行驶，为了应付恶劣路况及爬坡等情况的发生，故电池要有较大的比功率。
(3)由于电池提供高压直流电，供驱动电机使用，所以必须做好安全措施，保证乘客以及电池的安全，应符合GB/T 18384.1、GB/T 18384.2、GB/T 18384.3的要求。
(4)由使用方便性及价格因素，要求电池可进行充电，具有快速充电的功能，循环寿命足够长，且可回收，应符合GB/T 18385、GB/T 18386、GB/T 18388、GB/T 18487.1、GB/T 18487.2、GB/T 18487.3和GB/T 20234的要求。
(5) 具有电池管理系统，还可以将需要的信息反映到仪表板上。
4动力电池容量和正极材料的选择
汽车油箱容量
电池容量的确定，是根据车型电机的功率、运行时的额定电压、电流。选择出电池包的电压、串并联的形式。由电机额定的电压可以选择出需要串联电池的个数，由电机运行时的额定电流可以选择出需要并联电池的个数。具体计算如下：由整车设计的匹配参数，确定好电机的功率和扭矩后，就可以计算出，动力电池包的串并联电池的数目，串联电池的电压U等于电机额定电压，就可推算出串联的电池个数N串=U/3.7（对于三元锂电的锂电池），对于最少并联的电池个数N并=电机运行工况的平均电流/单元电池的容量*续航里程/工况的平均时速。
电池的选择，则要考虑电池正极材料的类型，总的原则是12米以上的客车主要以磷酸铁锂电池为主，6米小型客车和乘用车的主要是三元锂电池为主。原因主要是：磷酸铁锂电池低温时的低容、能量密度低、单体电池一致性差，但安全性能好、耐高温性能好、充放电次数高等因素。而三元锂电池的优点和缺点在于：能量密度高、低温性能好等优点，耐高温新能差等缺点。正是由于这些因素，我们在选择各种类型电池是的考虑是：磷酸铁锂电池，适合大型客车的安全考虑，而三元锂电池适合乘用车对续航里程和电池重量占整车重量比的要求。
对于电池单体容量的选择，主要是根据厂家现有生产产品的规格来选择。电池单体要从容量、能量密度、不同温度的放电特性、充放电电流、持续放电电流、最大放电电流、电池重量、内阻、串并联连接方式、电池温度传感器、电压传感器的放置位置等方面来考虑，对于电池包来说，还要考虑整个电池包的尺寸、电池包重量、整个能量密度、电池组的冷却加热方式、电池包的电压降、电池管理系统对电池包的管理等方面来考虑。
下面是某款电动车上搭载的三元锂电池的单元电池的参数
项目
规格
备注
典型容量
2.6Ah
最小容量
2.6Ah
单元电池内阻
26 mΩ
标称电压
3.7V
电池重量
44g
充电截止电压
4.20V
充电截止电流
50mA
放电截止电压
2.75V
标准充电方法
恒流恒压
工作温度范围
20℃~80℃
15℃以下及35℃以上会影响电池寿命
存贮温度
0~25℃
循环寿命
1000次
外观
Φ18mm*65mm
对于整个动力电池组的考虑，主要是考虑各个单元电池用1C放电电流放电时，整个系统的效率，主要是电池的内阻自身消耗，所以要尽量减小电池的内阻，主要通过减小单体电池的内阻和串并连接级联时的连接电阻。通过这些设计，提高整个电池组的放电效率。在设计电池包时，还要通过有效设计降低电池组的自放电效应。
对于整个电池包的维修安全和维修方便考虑，要在高压配电盒力增加维修开关，同时考虑电池正负极出线的安全要求，防护等级要达到IP67的要求，电池包内部要设熔断器保证电池线外部短路时及时防止高温爆炸等风险，电池包的正负极连接到高压配电盒内部时，也要串入熔断器，防止高压配电盒内部和外部短路时的风险。
对于整个电池包的包装和安装的考虑，主要是从碰撞安全和机械连接可靠，这些方面来考虑。
对于单体电池性能的评价，可从电池正负极材料特性（晶体结构、颗粒分布、比表面积、振实密度、宋庄密度以及电池中有害成分等）、电解液反应效果、隔膜的抗腐蚀和抗氧化能力、隔膜的电阻、隔膜的抗穿刺能力、隔膜渗透性、吸液和保液能力、隔膜高温稳定性、隔膜的尺寸均一度。
对于动力电池包的评价，还得通过一些安全和性能试验来验证，通过试验测试验证电池的安全和各项性能指标。安全试验包括：针刺、热失控、挤压、短路、过充、过热、振动、跌落、内外部火焰暴露试验等试验项目。性能测试试验包括：20度放电容量特性、20度放电容量特性、55度放电容量特性、20度倍率放电容量特性、充放电循环试验、温度循环试验、非平衡电池组充放电试验、盐雾试验、浸泡试验、常温、高温荷电保存能力及容量恢复能力、循环寿命、存储等试验项目。