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搜狐|续驶500km的电动汽车动力电池系统如何设计？


众所周知 ， 电池是电动汽车的核心技术之一 ， 不仅影响到整车性能 ， 还关系到续驶里程 。 但续驶里程并不能简单通过堆积电池单元来实现 ， 需要通过对纯电动汽车的动力需求、使用工况、国家标准等的数据引入 ， 提出了基于整车动力需求的电池系统的电芯容量选用、串并联搭配、续驶里程拓展的设计方法 ， 提高了动力电池系统设计效率及与整车动力匹配性 。
整车动力及续驶里程需求
（1）首先确定整车续驶里程要求 不同的车型 ， 例如纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）、混合动力汽车（HEV）等 ， 在NEDC综合工况或WLTP工况下纯电续驶里程均不同 。 整车质量及百公里能耗水平也不尽相同 。
（2）功率和工作电流 整车在急加速情况下 ， 动力电池系统需要提供短时脉冲放电功率 ， 对应工作电流为峰值放电电流 。 在紧急刹车情况下 ， 需要提供短时能量回收功率 ， 对应回馈电流为峰值充电电流 。
在平路持续加速或长坡道时 ， 需要提供持续稳定的放电功率 ， 对应的电流为持续放电工作电流 。
峰值放电工作电流=峰值放电功率/电池系统端电压
峰值充电工作电流=峰值回充功率/电池系统端电压
持续放电工作电流=持续放电功率/电池系统端电压
（3）额定电压及电压应用范围 参照《电动汽车辆高压系统电压等级》（GB/T31466—2015）对于高速电动车辆动力电池系统的额定电压等级可选择144V、288V、320V、346V、400V及576V等 。 且需要与整车的电动机控制器及电动机的工作电压相匹配 ， 例如三元电池系统电压范围上下限各为系统额定电压的115%和77% 。
（4）温度应用范围 动力电池系统要求在-20～60℃外部环境温度中能正常工作 ， 在-40～60℃范围内能进行存储 。
（5）电池系统质量限制 要满足GB/T28382—2012《纯电动乘用车技术条件》动力蓄电池（包含电池箱及箱内部件）总质量与整车整备质量的比值不宜大于30%这一要求 。
（6）动力电池系统容量 依据整车的续驶里程、整车性能（加速时间、最高车速、爬坡度等）要求 ， 推算出总能量需求 。 动力电池系统容量主要基于总能量和额定电压来进行计算 。
电池系统容量=总能量/电池系统额定电压
电池系统可用容量=总能量×可用soc（%）/电池系统额定电压
（7）可用SOC范围 在SOC范围内电池系统必须满足峰值放电功率大于整车最大负载功率 ， 峰值充电功率大于最大能量回馈功率 。 这是受单体电池功率能力所限制 ， 例如 ， 在低SOC、低温条件下 ， 放电功率受限 。 在低温、高SOC条件下 ， 充电功率受限 。
为了保护动力电池系统 ， 延长其使用寿命 ， 充电时不能充满电（接近100%SOC） ， 放电时不能完全放电（低于5%SOC） 。 通常BEV动力电池系统SOC可用窗口5%～95%；PHEV产品SOC窗口15%～95%；HEV产品SOC窗口25%～75% 。
单体电池的选型与设计
单体电池的选型和设计遵从动力电池系统性能要求及输入 。
1.单体电池容量选型
考虑因素如下：
（1）单体电池的技术成熟度优先选择已经稳定量产的电芯容量规格 。
（2）单体电池质量能量密度、体积能量密度 优先选择质量能量密度、体积能量密度较高的单体电池 。 有助于提升动力电池系统级的能量密度 ， 相应整车续驶里程一定程度提升 。
（3）单体电池的安全性 单体电池容量越大 ， 对应能量越高 ， 散热量增大 ， 安全风险越高 。
（4）单体电池串并联组合后总能量与设计容量差别 基于现有的单体电池进行选型 ， 单体电池容量是固定的 ， 因此成组之后的总能量可能与理论计算的电池总能量有差别 。 所以要选择成组后能最接近目标总电量的单体电池 。
（5）电池系统电池包体积及内部空间限制 尽可能不占用乘坐空间或有效载荷空间 。 选择合适尺寸的单体电池充分的利用电池箱内有限空间 ， 提高空间体积利用率 。


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