華騏純電動轎車電池包設(shè)計與研究

摘要：在純電動車開發(fā)領(lǐng)域，電池、電機(jī)和電控是開發(fā)純電動車汽車的三大核心技術(shù)。其中電池性能的好壞，直接決定了一款電動車的綜合續(xù)航里程長短。本文在簡要介紹了目前純電動汽車電池種類之后，詳細(xì)剖析了我司華騏純電動車的電池布局、電池管理系統(tǒng)設(shè)計（BMS）以及電池循環(huán)壽命試驗結(jié)果。并針對目前所遇到的問題，提出了后續(xù)改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞： 電動汽車 電池 電池管理系統(tǒng)

為積極順應(yīng)國家對于新能源汽車發(fā)展的政策要求，東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車有限公司加大了對新能源車的研發(fā)與投入。其中電池部分的開發(fā)，是我司新能源車開發(fā)中，需要重點攻關(guān)的項目。

1、華騏電動車電池布局

在經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研及論證之后，我司華騏電動車是直接在我司成熟車型賽拉圖的基礎(chǔ)上直接開發(fā)，將整車動力系統(tǒng)進(jìn)行徹底變更。

該動力系統(tǒng)由動力電池、三相異步電機(jī)及電機(jī)控制器、電子油門踏板和機(jī)械變速器等組成。

為保證整車安全，合理布局電池系統(tǒng)，對車身的地板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計，增加底盤的高度，將動力電池組布置在前、后軸之間的地板下方。由于電池重量的增加，導(dǎo)致其整備質(zhì)量增加了300kg，所以，在前后輪的減震彈簧設(shè)計上，相對傳統(tǒng)車有所加強(qiáng)，以保證車輛的安全性和舒適性能。

電池包是純電動汽車的主要動力來源，能源儲存及供給系統(tǒng)，是純電動車三大核心技術(shù)之一。動力電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要滿足華騏純電動車總體布置要求，既不能影響乘員的乘坐舒適性，也不能影響整車動力性能，因此，在動力電池系統(tǒng)空間上，要求比較嚴(yán)格，同時，對電池系統(tǒng)的箱體設(shè)計也提出了要求，即應(yīng)當(dāng)具備較高的空間利用率。此外，動力電池系統(tǒng)作為純電動乘用車的重要組成部分，對整車的安全性能也起著決定性的影響，因此電池系統(tǒng)在箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計上，不僅需要滿足對動力電池組及其輔助器件的承載要求，還需要能夠?qū)冸妱榆嚢踩阅艿奶岣咂鸬椒e極促進(jìn)作用。

該電池系統(tǒng)的主要優(yōu)點有：

1）箱體主要由上蓋（包括前、后上蓋及維修孔蓋）及下箱體兩部分組成，箱體零件均為冷軋鋼板沖壓成型。下箱體零件通過點焊連接，加工工藝簡單并且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高；

2）箱體上蓋與下箱體通過螺栓連接成一個整體（前上蓋亦與箱體橫梁連接），均為承載部件，可有效提高箱體載荷承受能力；

3）箱體內(nèi)部焊裝有兩根橫梁，橫梁截面呈矩形空腔形狀，可保證箱體整體具有較高剛度，并能夠在車輛在發(fā)生碰撞或者翻滾事故時減小電池箱體形變，從而避免箱體內(nèi)部電池受擠壓而發(fā)生短路或泄露，保證車輛乘員安全；

4）電池箱體前部共計10個安裝點，與車身前地板橫梁和縱梁相連；箱體后部共計4個安裝點，與設(shè)置在車身后地板的安裝點相連?？紤]到車身前后地板及安裝點的尺寸誤差，電池箱體的前部安裝支架采用焊接形式與箱體相連，后部安裝支架則采用可調(diào)高度的螺栓連接方式。安裝支架采用此種設(shè)計方式后，可有效避免因車身前后安裝點尺寸誤差造成的電池箱體變形。

3.華騏電池管理系統(tǒng)設(shè)計與功能

華騏電池管理系統(tǒng)（BMS）主要由電池系統(tǒng)管理單元BMU（Battery Management Unit）、本地電池監(jiān)控單元LMU（Local Monitor Unit）、數(shù)據(jù)記錄儀（Data Logger）、高壓控制單元及診斷工具等模塊構(gòu)成。采用主從分布式模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

BMS分為1個BMU（電池管理單元）和4個LMU（本地顯示單元）。

1）主要工作原理。4個LMU分別檢測電池四個區(qū)域的單體電池電壓、溫度數(shù)據(jù)，并匯總好的數(shù)據(jù)傳達(dá)給BMU，BMU檢測電池包的總電壓、總電流，分析出電池包內(nèi)單體最高、最低電壓和最高、最低溫度以及電池的SOC等數(shù)據(jù)。

2）電池管理系統(tǒng)主要功能

① 能量均衡管理。在不同環(huán)境下，電池的使用會造成單體電池間SOC不均衡。在充放電末期，單體電池間電壓不等，會嚴(yán)重影響其充放電深度。BMS的能量均衡功能可通過搬移能量使單體電池SOC差異縮小，從而發(fā)揮電池的儲能潛力。

②熱管理。系統(tǒng)工作環(huán)境溫度及電池自發(fā)熱等因素極易影響單體電池溫度一致性。BMS中的BMU通過實時檢測各系統(tǒng)采樣點溫度，判斷系統(tǒng)溫度狀態(tài)等級，若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)過溫、低溫狀態(tài)，則主動控制不同電池模組中的風(fēng)扇、加熱裝置等設(shè)備的開關(guān)，進(jìn)而縮小系統(tǒng)各處溫差，保證電池系統(tǒng)熱均衡。

③充放電管理。當(dāng)BMS收到充放電指令時，首先檢查當(dāng)前狀態(tài)，確定是否安全，并向上建議充放電功率。

④報警及保護(hù)。在電池使用過程中，為避免安全問題，BMS會根據(jù)故障等級采取向上報警，或者直接控制繼電器等措施，確保系統(tǒng)安全。

⑤數(shù)據(jù)管理。BMS處于運(yùn)行狀態(tài)時，會實時顯示系統(tǒng)電壓、電流、溫度等重要電池數(shù)據(jù)，并通過CAN總線將電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至上級控制器。計算機(jī)輔助專業(yè)人員處理數(shù)據(jù)，可預(yù)見電池運(yùn)行狀態(tài)的未來趨勢。數(shù)據(jù)記錄儀可將系統(tǒng)數(shù)據(jù)存放于本地存儲器。便于后期數(shù)據(jù)分析及比對。

4.電池循環(huán)壽命試驗結(jié)果

為充分保證整車安全性能，我司要求供應(yīng)商委托國家轎車質(zhì)量監(jiān)督中心，對電池包的總體性能，進(jìn)行委托檢驗。

檢驗項目包括：1）單體外觀、記性、外形尺寸及重量、20℃放電容量、-20℃放電容量、55℃放電容量、20℃倍率放電容量，常溫、高溫荷電保持能力及容量恢復(fù)能力、儲存、循環(huán)壽命、安全性等；2）模塊外觀、極性、外形尺寸及重量、20℃放電容量、簡單模擬工況、耐振動以及安全性等。

通過檢測，結(jié)果顯示，單體層面，通過目測，外觀無變形及裂紋，表面平整、干燥、無外傷、無污染等；端子極性正確，并有正負(fù)極的清晰標(biāo)識；外形尺寸、質(zhì)量符合我司提供的技術(shù)條件；電池完全充電后，其20℃放電容量處于12.02Ah（額定值的100.1%）～12.53Ah（額定值的100.4%）之間；-20℃放電容量為8.67Ah

（額定值72.3%）；55℃放電容量為12.54Ah（額定值的104.5%）；20℃倍率放電容量為11.83Ah；儲存28天后容量：12.4Ah（額定值的103.3%）；容量恢復(fù)能力：12.55Ah（額定值的104.6%）。在蓄電池完全充電情況下，循環(huán)500次后容量為11.87Ah（額定值的99.0%），壽命>500次。在蓄電池完全充電后，過放電或過充電情況下，無爆炸、起火和漏液現(xiàn)象。在電池充電后經(jīng)過短路、跌落、加熱、擠壓或針刺等情況下，電池?zé)o爆炸，起火現(xiàn)象。模塊層面，經(jīng)過以上測定，均符合國家相應(yīng)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)綜合測定，該電池所檢驗項目的結(jié)果符合QC/T 743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》的要求。

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