电池PACK设计概论

1.若电芯较大，直 接并联工艺可能导 致电芯间不均流； 适用于功率要求低 2.若电芯较大，并 的慢充系统 联点很多，并联电 流大，过流能力不 易提高。
先 串 后 并
只在两端并联，系 每个支路电芯需独 适用于有快充需求 统过流能力强，两 立监控，BMS管理 或功率要求高的系 支路间电池均流好。 通道多，成本高 统
电池PACK设计概论
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电动汽车与传统汽车的区别：
加燃 料
燃料使用 油罐或 储气罐 内燃机系统
动力 机械传动系 统
驱动力 车轮
图1 传统汽车的能源转换为驱动力示意图
充电 动力电 池系统
放电/回 馈 电驱动系统
动力 机械传动系 统
驱动力 车轮
图2 电动汽车的电能转换为驱动力示意图
电动汽车PACK设计概论
电池模组典型设计案例-软包模组
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电池模组典型设计案例-圆柱模组
塑料柱 电池支架
镍片 PC片 镍片
电池支架
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电动汽车PACK设计概论
电池包典型设计案例
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
结构电气系统的设计：
（1）一般要求 1、具有维护的方便性。 2、在车辆发生碰撞或电池发生自燃等意外情况下，宜考虑防止烟火、液体、气体等进入车厢的结 构或防护措施。 3、电池箱应留有铭牌与安全标志布置位置，给保险、动力线、采集线、各种传感元件的安装留有 足够的空间和固定基础。 4、所有无级基本绝缘的连接件、端子、电触头应采取加强防护。在连接件、端子、电触头接合后 应符合GB 4208-2008防护等级为3的要求。 （2）外观与尺寸 1、外表面无明显的划伤、变形等缺陷，表面涂镀层应均匀。 2、零部件紧固可靠，无锈蚀、毛刺、裂纹等缺陷和损伤。 （3）机械强度 1、耐振动强度和耐冲击强度，在试验后不应有机械损坏、变形和紧固部位的松动现象，锁止装置 不应受到损坏。 GB/T 31467.3-2015 2、采取锁止装置固定的蓄电池箱，锁止装置应可靠，具有防误操作措施。 （4）安全要求 1、在试验后，电池箱防护等级不低于IP67。 2、人员触电防护应符合相关要求。
由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿 水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其 他附属装置等组成。
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电池管理系统设计：
BMS数据采集：主要采集电池单体的电压和温度
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电动汽车PACK设计概论
热管理系统设计：
电池热管理系统主要功能:
（1）电池温度的准确测量和监控； （2）电池组温度过高时的有效散热和通风； （3）低温条件下的快速加热,使电池组能够正常工作； （4）有害气体产生时的有效通风； （5）保证电池组温度场的均匀分布。
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
从单体到系统——单体电池：
铝壳包装而成的电 池，采用激光封口 工艺，全密封，铝 壳技术已非常成熟， 且对材料技术，如 气胀率、膨胀率等 指标，要求不高。
软包即软包锂电池，是在液 态锂离子电池套上一层聚合 物外壳的电池，采用铝塑复 合膜包装，软包锂电池的机 械强度不高，在出现安全事 故如内短路等情况下，电池 容易鼓起排气，降低了爆炸 风险。
f1
多芯线
f2
来自<HUBER+SUHNER>
f3 束缚 数 折算 f4
1 2
3
4
5
6-7 0.5
8-10 11-12
来自<JASO D609> 0.4 0.4 5
集肤效应 当任意大导体对磁场交变时，这种导体就会感应电流，产生涡流 现象。
1 0. 0. 0. 0.5 8 7 6 5
集肤效应
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混 联
电芯容量较小而系 统容量需求较大的 系统
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电动汽车PACK设计概论
电池模组典型设计案例-方形模组
此处焊接（N处） 模组盖板
铝侧板1.5mm 或1.2mm 侧板绝缘 片 端板绝缘 片 铝端板 131*20*186. 5
线束隔离板 铝片1.5mm厚
此处焊接（4处）
分解图
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电动汽车PACK设计概论
7.载流量影响因素 汇流排实际载流
宽度 厚度
集肤效应
安装方向
注：表中分数的分子表示交流负荷，分母表示直流负荷。
影响汇流排载流的因数： F1: 集肤效应； F2, 母线平放安装时，载流应该小于竖直安装； F3,汇流排表面有无绝缘层。
表面包裹
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电池管理系统设计：
电池管理系统（Battery Management System，BMS）的主要任务是保证电池系统的设计 性能： 1）安全性，保护电池单体或电池组免受损坏，防止出现安全事故； 2）耐久性，使电池工作在可靠的安全区域内，延长电池的使用寿命； 3）动力性，维持电池工作在满足车辆要求的状态下。 具体来看，包括数据采集、状态监测、均衡控制、热管理、安全保护、信息管理等 功能。
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电池PACK常用结构件：
1.塑料件 常用材料有PP、PC、ABS、PC+ABS、PET、PBT、PA66、PA6、PVC等 用途：电气绝缘、结构强度件 案例：tesla
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电池PACK常用结构件：
2.钣金件 常用钢板或者铝板，钢板如DC01（SPCC），DC04，B340/590DP等 铝板1060-O，5083等 用途：固定安装支架，箱体等 案例：
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电动汽车PACK设计概论
电池的串联
1、电池串联的方法 4、串联电池组的内阻
将一个电池的负极与一个另一个电池的正极相接， 这个电池的负极再与一个电池的正极相接；第一个 电池的正极就是这个电池组的正极，最后一个电池 的负极就是这个电池组的负极。
2、串联电池组的图形符号
R R R R R
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电动汽车PACK设计概论
电气安全设计：
4.电气隔离 （1）电气间隙 定义：在两个导电零部件之间或导电零部件 与设备防护界面之间测得的最短空间距离。即在 保证电气性能稳定和安全的情况下，通过空气能 实现绝缘的最短距离。 （2）爬电距离 定义：在两个导电部分之间沿绝缘材料表面 的最短距离。
（2）爬电距离 定义：在两个导电部分之间沿绝缘材料表面 的最短距离。
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电气安全设计：
5.常用电气件
高压连接器：电池包正负极 输出 有些带屏蔽、高压互锁功能 低压连接器：1、信号：电池 与电池间、电池与整车通讯 2、小电流连接器：加热
熔断器：过流保 护
继电器： 低压控制高压电路通 断
维护开关：电池包内部断 开，方便维修人员操作时 断电
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
电气安全设计：
6.柔性母排 柔性母排又称叠片式绝缘软母排，俗称软铜片或者软铝排 柔性母排，是由多层防电晕的扁平薄铜片导体叠加，外层采用挤塑方式包覆绝缘层制作而成。 铜箔软连接的制造工艺为压焊或者钎焊。 压焊： 压焊是将铜箔叠片部分压在一起，采用分子扩散焊，通过大电流加热压焊成型。 铜箔厚度：0.05mm至0.3mm。 接触面可按用户要求镀锡或镀银。 钎焊： 钎焊是将铜箔叠片部分压在一起，采用银基钎焊料，与扁铜块对焊成型。 铜箔厚度：0.05mm至0.3mm。 接触面可按用户要求镀锡或镀银
特点： 1）易加工成型 2）高载流量：交流适用 3）安装方便
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电动汽车PACK设计概论
7.载流量影响因素 导线实际载流： I=In•f1•f2•f3•f4 In：导线额定载流 f1:环境温度升高对载流的影响 f2:导体温度升高对载流的影响 f3:多心线对载流的影响 f4:频率增加对载流的影响

E

E

3
n
1
2
n
E=nE1（各个电池电势差相同）
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电动汽车PACK设计概论
电池的并联
1、电池并联的方法 4、并联电池组的电流
把所有电池的正极连接在一起，成为电池组的正 极；把所有电池的负极连接在一起，成为电池组 的负极。 2、图形符号
I I 1 I 2 I 3 I n
I1、I2、I3、In分别为各个电池的额定电流 5、并联电池组的总内阻
R
3、并联电池组的总电动势
0

R
01
n
R01为单个电池的内阻，n为并联电池的个数
பைடு நூலகம்
E E E E
1 2 3
n
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电动汽车PACK设计概论
图例
优点
缺点
应用范围
先 并 后 串
并联电芯当做一个 电芯，监控构架简 单，BMS管理通道 少，成本低。
圆柱形锂电池生产 工艺成熟，PACK成 本较低，电池产品 良率以及电池组的 一致性较高;由于 电池组散热面积大， 其散热性能优于方 型电池
2017/8/22
电动汽车PACK设计概论
从单体到系统——电池模组：
方形电池模组
软包电池模组
圆柱电池模组
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电动汽车PACK设计概论
从单体到系统——动力电池包：
电池包（PACK）：能量存储装置，包括单体或模块，通常还包括电池电子部件、高压电路、过流保护 装置、电池箱以及其他外部系统（如冷却、高压、辅助低压和通讯等）的接口。
电池管理系统（BMS）：为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用 寿命，监控电池的状态。其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警； 充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。