華騏純電動轎車電池包設計與研究

摘要：在純電動車開發領域，電池、電機和電控是開發純電動車汽車的三大核心技術。其中電池性能的好壞，直接決定了一款電動車的綜合續航里程長短。本文在簡要介紹了目前純電動汽車電池種類之后，詳細剖析了我司華騏純電動車的電池布局、電池管理系統設計（BMS）以及電池循環壽命試驗結果。并針對目前所遇到的問題，提出了后續改進方向。

關鍵詞： 電動汽車 電池 電池管理系統

為積極順應國家對于新能源汽車發展的政策要求，東風悅達起亞汽車有限公司加大了對新能源車的研發與投入。其中電池部分的開發，是我司新能源車開發中，需要重點攻關的項目。

1、華騏電動車電池布局

在經過詳細調研及論證之后，我司華騏電動車是直接在我司成熟車型賽拉圖的基礎上直接開發，將整車動力系統進行徹底變更。

該動力系統由動力電池、三相異步電機及電機控制器、電子油門踏板和機械變速器等組成。

為保證整車安全，合理布局電池系統，對車身的地板結構進行了重新設計，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，導致其整備質量增加了300kg，所以，在前后輪的減震彈簧設計上，相對傳統車有所加強，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，是純電動車三大核心技術之一。動力電池系統的結構設計，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，在動力電池系統空間上，要求比較嚴格，同時，對電池系統的箱體設計也提出了要求，即應當具備較高的空間利用率。此外，動力電池系統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，因此電池系統在箱體結構設計上，不僅需要滿足對動力電池組及其輔助器件的承載要求，還需要能夠對純電動車安全性能的提高起到積極促進作用。

該電池系統的主要優點有：

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構強度高；

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，從而避免箱體內部電池受擠壓而發生短路或泄露，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，與設置在車身后地板的安裝點相連。考慮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高度的螺栓連接方式。安裝支架采用此種設計方式后，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.華騏電池管理系統設計與功能

華騏電池管理系統（BMS）主要由電池系統管理單元BMU（Battery Management Unit）、本地電池監控單元LMU（Local Monitor Unit）、數據記錄儀（Data Logger）、高壓控制單元及診斷工具等模塊構成。采用主從分布式模塊化系統結構設計。

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域的單體電池電壓、溫度數據，并匯總好的數據傳達給BMU，BMU檢測電池包的總電壓、總電流，分析出電池包內單體最高、最低電壓和最高、最低溫度以及電池的SOC等數據。

2）電池管理系統主要功能

① 能量均衡管理。在不同環境下，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，從而發揮電池的儲能潛力。

②熱管理。系統工作環境溫度及電池自發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采樣點溫度，判斷系統溫度狀態等級，若發現系統出現過溫、低溫狀態，則主動控制不同電池模組中的風扇、加熱裝置等設備的開關，進而縮小系統各處溫差，保證電池系統熱均衡。

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

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

⑤數據管理。BMS處于運行狀態時，會實時顯示系統電壓、電流、溫度等重要電池數據，并通過CAN總線將電池系統數據上傳至上級控制器。計算機輔助專業人員處理數據，可預見電池運行狀態的未來趨勢。數據記錄儀可將系統數據存放于本地存儲器。便于后期數據分析及比對。

4.電池循環壽命試驗結果

為充分保證整車安全性能，我司要求供應商委托國家轎車質量監督中心，對電池包的總體性能，進行委托檢驗。

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能力、儲存、循環壽命、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，并有正負極的清晰標識；外形尺寸、質量符合我司提供的技術條件；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%）；容量恢復能力：12.55Ah（額定值的104.6%）。在蓄電池完全充電情況下，循環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、起火和漏液現象。在電池充電后經過短路、跌落、加熱、擠壓或針刺等情況下，電池無爆炸，起火現象。模塊層面，經過以上測定，均符合國家相應法規標準。

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

參考文獻

[1]《關于加強節能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》[M]，國科辦.2011年版

[2] 《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》[M]，國務院.2012年版

[3]《關于繼續開展新能源汽車推廣應用工作的通知》[M]，國家財政部.2013年版.