動力電池系統(tǒng)指用來給電動汽車的驅(qū)動提供能量的一種能量儲存裝置，由一個或多個電池包以及電池管理（控制）系統(tǒng)組成。動力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)要以滿足整車的動力要求和其他設(shè)計(jì)為前提，同時要考慮電池系統(tǒng)自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安全及管理設(shè)計(jì)等方面。比如整車廠會針對要設(shè)計(jì)的整車，在考慮安全設(shè)計(jì)、線束連接線設(shè)計(jì)、接插件設(shè)計(jì)等相關(guān)要求后，形成一個有限的動力電池系統(tǒng)空間大小。然后在有限的空間約束下，進(jìn)行電池模組、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)等布置，保證電池單體及模塊均勻散熱，保證電池的一致性，提高電池系統(tǒng)的壽命與安全。

動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1、確立產(chǎn)品開發(fā)流程

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的開發(fā)流程應(yīng)與電池包開發(fā)流程保持一致。熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)貫穿于整個電池包的設(shè)計(jì)過程中，在整車開發(fā)經(jīng)過A樣件、B樣件、C樣件、D樣件以及最后的產(chǎn)品5個階段，電池?zé)峁芾韰⑴c每個階段的設(shè)計(jì)、更改、試制以及驗(yàn)證。

2、確立熱管理開發(fā)流程

設(shè)計(jì)性能良好的電池組熱管理系統(tǒng)，要采用系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法。電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程包括如下7個步驟：

（1）確定熱管理系統(tǒng)的目標(biāo)和要求；

（2）測量和估計(jì)模塊生熱及熱容量；

（3）熱管理系統(tǒng)首輪評估，包括選定傳熱介質(zhì)、設(shè)計(jì)散熱結(jié)構(gòu)等；

（4）預(yù)測模塊和電池組的熱行為；

（5）初設(shè)設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)；

（6）設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；

（7）熱管理的優(yōu)化及上線。

3、確定電池工作最優(yōu)工作溫度范圍

由于氣候和車輛運(yùn)行條件對電池影響很大，所以設(shè)計(jì)電池包熱管理系統(tǒng)(BTMS)時需要確定電池組的主要電池種類及最優(yōu)的工作溫度范圍。目前電動汽車用電池主要有鉛酸電池、氫鎳電池和鋰離子電池。

（1）鉛酸電池的壽命隨溫度增加線性減少，充電效率卻線性增加，隨著電池溫度的降低充電接受能力下降，特別是0℃以下。鉛酸電池一般需要保持電池組內(nèi)溫度的均勻分布和控制現(xiàn)有鉛酸電池溫度在35～40℃之間。

（2）氫鎳電池當(dāng)溫度超過50℃時，電池充電效率和電池壽命都會大大衰減，在低溫狀態(tài)下，電池的放電能力也比正常溫度小得多。氫鎳電池的工作運(yùn)行范圍應(yīng)該在0～40℃之間。

（3）鋰電池與氫鎳電池、鉛酸電池相比，能量密度更高，導(dǎo)致生熱更多，所以對散熱要求更高。常規(guī)的鋰電池工作溫度：-20℃~60℃之間。

4、電池?zé)釄鲇?jì)算及溫度預(yù)測

電池不是熱的良導(dǎo)體，電池表面溫度分布不能充分說明電池內(nèi)部的熱狀態(tài)，通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算電池內(nèi)部的溫度場，預(yù)測電池的熱行為，對于設(shè)計(jì)電池組熱管理系統(tǒng)是不可或缺的環(huán)節(jié)。

（1）電池充電過程中的反應(yīng)生熱

第1階段：

沒有發(fā)生過充電副反應(yīng)之前，生熱量主要來自: 電池化學(xué)反應(yīng)生熱、電池極化生熱、內(nèi)阻焦耳熱。

第2階段：

在發(fā)生過充電副反應(yīng)之后，生熱量主要來自：電池化學(xué)反應(yīng)生熱、電池極化生熱、過充電副反應(yīng)生熱、內(nèi)阻焦耳熱。其中大部分的生熱量來自于過充電副反應(yīng)生熱。充電末期和過充電時，過充電副反應(yīng)就開始發(fā)生。

（2）電池放電過程中的反應(yīng)生熱

池放電過程中的反應(yīng)生熱主要來自: 電池化學(xué)反應(yīng)生熱、電池極化生熱、內(nèi)阻焦耳熱。氫鎳電池放電時化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，能吸收一部分熱量，所以生熱問題不是很嚴(yán)重。

電池的內(nèi)阻是影響電池生熱速率的關(guān)鍵指標(biāo)，它隨著電池SOC變化，在得到電池內(nèi)阻值后可以通過計(jì)算獲得電池生熱量，下圖是某12V～80Ah氫鎳電池模塊在不同SOC下的內(nèi)阻值。

5、散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電池箱內(nèi)不同電池模塊之間的溫度差異，會加劇電池內(nèi)阻和容量的不一致性，如果長時間積累，會造成部分電池過充電或者過放電，進(jìn)而影響電池的壽命與性能，造成安全隱患。一般情況下，中間位置的電池容易積累熱量，邊緣的電池散熱條件要好些。所以在進(jìn)行電池組結(jié)構(gòu)布置和散熱設(shè)計(jì)時，要盡量保證電池組散熱的均勻性。以空冷散熱為例來，通風(fēng)方式一般有串行和并行兩種，如下圖所示。

6、風(fēng)機(jī)與測溫點(diǎn)選擇

在設(shè)計(jì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)時，設(shè)計(jì)人員都希望選擇的風(fēng)機(jī)種類與功率、溫度傳感器的數(shù)量與測溫點(diǎn)位置都恰到好處。以空冷散熱方式為例，設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)時，在保證一定散熱效果的情況下，應(yīng)該盡量減小流動阻力，降低風(fēng)機(jī)噪音和功率消耗，提高整個系統(tǒng)的效率。

7、熱管理系統(tǒng)性能評估

熱量仿真測試是電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)最有效的評估手段之一。根據(jù)目前已有的風(fēng)冷和水冷項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，熱量仿真測試可以完成如下工作：

（1）水冷系統(tǒng)冷卻板的壓降計(jì)算以及冷卻水流動一致性計(jì)算；

（2）電池包熱性能評估計(jì)算；

（3）空氣冷卻系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算。