沃特玛A级轿车动力电池系统设计 - 图文

沃特玛A级轿车动力电池系统设计 一、设计依据

沃特玛根据整车性能要求，对A级纯电动车使用的电池系统进行适应性开发，以满足整车在布置、可维护性、动力性、经济性等多方面的需求。

总布置要求：基于A级纯电动车车身，动力电池系统放置在车身底盘中后部，后排座椅和中央通道下方。

二、动力电池系统系统设计方案 （一）整车布置和性能要求

1、整车对动力电池系统的性能要求（见表1） 表1 整车对动力电池系统的性能要求 序号 技术指标 1 动力电池系统能量 可用能量 ≥17.6kWh 标称能量 ≥22kWh 2、整车对动力电池系统的布置要求（见表2） 表2 整车对动力电池系统的布置要求 序号 技术要求 1 2 3 4 动力电池包在整车上布置的包络面定义 动力电池系统重心在整车纵向对称面上 车身前后应预留足够空间，以便满足碰撞安全要求 保证离地间隙 （二）动力电池系统的设计

1、根据总布置定义的动力电池系统布置包络面情况，对动力电池系统主要的结构进行了设定。表3 动力电池系统结构技术定义 序号 1 2 3 3 4 5 项目 结构定义 动力电池箱体 一体化承载式结构设计 电池箱体密封 IP67 BMS 热管理 电池模组 整车安装 分布式（含均衡） 被动散热 端接技术 螺栓连接 2、电池箱外形设计

电池箱外形根据车身底板结构，设计成“凹”字形，充分利用中央通道及后排座椅下方空间。 最大外形尺寸：1542×1130×258.5（mm）。

动力电池下箱体底板内测采用了框架结构，以横、纵梁的搭接组成电池模块的固定结构。同时增加了额外的纵梁以提高箱体的碰撞安全性能。 动力电池下箱体底板外侧采用双向加强设计，横梁和纵梁采用搭接设计，与电池下箱体密封底板一次焊接成型。

图1 动力电池在整车上的布置位置

图2 动力电池在整车上的布置位置（仰视图）

图3 动力电池包外形图

图4 动力电池箱体内侧框架梁

图5 动力电池箱体外侧加强 3、动力电池系统布置方案设计

本方案选取的电芯为标称电压3.2V，容量5Ah的圆柱形磷酸铁锂电芯，为满足电池系统容量需求12个单体电芯并联，构成标称容量为60Ah的模块，数量为104个模块。104个模块分装成5个串联的模组，其中靠近高压输出端的两个模组各包含20个模块,箱体中部两个模组各包含4个模块，其余56个模块为一个模组。各模组以网格型的底座和罩盖固定在下箱体底板的框架结构上。如图6。

图6 动力电池系统初步排布方案

4、动力电池系统线束设计

根据线束的功能划分，将动力电池系统的线束分为三类： 动力线束（图8中橘红色线束）：各电池模块之间的串联线束及系统总正、总负的动力输出线束。

采集线束（图8中绿色线束）：连接电池模块中的温度、电压采集点及其对应BMU的采集端口。通信及电源线束（图8中银灰色线束）：连接各BMU、高压检测模块及BMS主控单元的CAN通讯及线路供电。

线束连接效果图如图8所示： 动力线束尽可能布置在箱体中部，采集线束、通讯线束就近布置，走线短而整洁。

图8动力电池系统线束连接示意图 5、动力电池系统电性能设计

能量型动力电池的充放电倍率要求

根据当前国内能量型锂电池的行业整体水平及整车性能要求，本方案所采用的能量型锂离子动力电池充放电倍率性能如下（表4）。 表4 动力电池充放电倍率定义表

序号 1 2 3 4 项目 充电 放电 子项目 最大持续充电倍率 峰值充电倍率 最大持续放电倍率 峰值放电倍率 参数 1.5C 注① 3C（20s） 2C 4C（20s） 注①：“C”为单体/模块/系统的标称容量值 动力电池系统电压平台设计

根据整车对动力系统电压要求，同时兼顾电池模组在箱体内部排列对箱体结构性能的影响，确定了本方案动力电池系统的CMA数为96，系统电压平台为3.2×96=307.2V（V），可以满足整车高压平台要求。 6、质量设计：

单个电芯重量：0.16kg

单个模块重量：0.16kg×12=1.9kg 96串电池组总重量：1.9kg×96=182kg 电池箱重量：73kg

其他附件(BMS、继电器、线束、接插件）：10kg

总重量：182+73+10=265kg 7、动力电池系统性能定义

根据以上对系统电压平台和容量的计算，结合对动力电池充放电倍率的定义，对动力电池系统的性能参数进行了定义（表5）。 表5 动力电池系统性能技术参数表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

电池系统 项目 单体 电池成组 技术指标 Demo 量产 3.2 6 12P/96S 307.2 72 22.1 88.4（20s） 66.3（20s） 44.2 33.1 288（20s） 216（20s） 144 108 ≥2000 标称电压 （V） 3.2 标称容量 （Ah） 5 电池组串并关系 12P/96S 额定电压 （V） 307.2 额定容量 （Ah） 60 总（kWh） 能量 18.4 峰值放电功率 （kW） 73.7（20s） 峰值充电功率 （kW） 55.3（20s） 最大持续放电功率 （kW） 36.8 最大持续充电功率 （kW） 27.6 峰值放电电流 （A） 240（20s） 峰值充电电流 （A） 180（20s） 最大持续放电电流 （A） 120 最大持续充电电流 （A） 90 100%DOD循环寿命 （次） ≥2000