摘要：動力電池系統是新能源電動汽車動力的來源，作為電動汽車的關鍵零部件，其設計的合理性和安全性對電動汽車起著至關重要的作用。文章基于某車企需求研發設計一款28 kWh的動力電池系統，主要從電池系統整體結構的排布與設計、電池電氣系統的設計、電池熱管理系統的設計等三個方面對該動力電池系統進行詳細設計和分析。該設計通過結構上尺寸鏈的分析校核是合理的，以及對其熱管理系統進行仿真分析，從而來驗證其性能的可行性。此次設計為后續進一步對該電池系統進行優化和試驗驗證提供了一定的理論基礎，也為電池系統開發工作者提供一定的參考價值。

關鍵詞：動力電池系統；結構設計；電氣設計；熱管理系統設計

據新能源汽車電池包線路板小編了解到，近年來，隨著環境污染、溫室效應與能源短缺的加劇，為汽車尋找新型能源已迫在眉睫，于是新能源汽車應運而生[1-2]。新能源汽車行業作為國家發展戰略得到了快速發展，近年來新能源汽車的需求量越來越大。以鋰離子電池為代表的動力電池因能量密度高、充放電倍率大、壽命長等優點，成為電動汽車動力來源的首選[3]。然而動力電池在實際工作過程中經常因為大電倍率充放電，導致電池內部熱量聚集，甚至會產生熱失控現象，影響整車的安全性和可靠性[4]。在日常使用過程中，動力電池工作溫度的高低也會影響其輸出性能，良好的動力電池系統必須具有有效的熱管理系統。所以設計一款結構合理且安全性好、具有良好的工作溫度的動力電池系統很有必要。

本文基于某車企需求，設計一款排布合理、結構緊湊動力電池系統，并對其尺寸鏈進行分析，驗證其結構設計的合理性和可行性，并對其熱管理系統進行熱仿真性能分析，來驗證該系統設計的安全性和可靠性。

01電池系統結構設計

線路板廠小編提醒大家，動力電池包是電動汽車的關鍵核心零部件，目前大多數電池包的固定方式采用箱體裝載式并固定于汽車底盤[5-6]。動力電池系統主要由電池組件、電池箱體組件、電池管理系統（Battery Manage- ment System, BMS）、高壓電氣系統和熱管理系統等組成。動力電池系統的整體布局在滿足客戶設計需求的前提下，電池內部空間需排布合理，并且保障動力的穩定性以及電池的安全性。各排布之間確保零件之間不會相互干擾，且保證電池系統在合理的工作范圍內工作，且確保電池系統在合理的溫度范圍內工作，也就是確保電池的熱管理系統正常工作，均勻散熱，確保電池的一致性，提高電池的利用率，同時延長電池的使用壽命[7-8]。

以下對電池系統整體排布與設計進行概述。

根據上述動力電池系統的特點和特性，以及主機廠的設計要求，本文設計的動力電池系統主要由電池箱體、箱蓋、電池模組、高壓銅排、液冷板、高壓插件、電池切斷單元（Battery Disconnect Unit, BDU）、BMS主機和從機、煙霧傳感器以及高低壓接插件等組件組成。電池各部件的初步選定為：采用方殼電芯進行設計，電池模組選用1P34S×3成組方式，系統額定容量為87 Ah，額定電壓為326 V，標稱電量為28.39 kWh，電壓范圍為255～372V，可用的電池荷電狀態（State Of Charge, SOC）范圍為0～100%，電池系統的能量密度為120.8 Wh/kg。電池的防護等級根據國家的相關標準采用IP67的防護等級。目前熱管理方式主要有液冷和風冷兩種方式，根據電池結構特點和客戶需求，本文采用液冷板液冷散熱和側面正溫度系數熱敏電阻（Positive Temperature Coeffic- ient, PTC）加熱的熱管理方式。BMS排布選擇一主兩從的結構形式。整體的PACK尺寸設計為 1 230 mm×1 085 mm×130 mm，整體PACK的重量應為235 kg。電池包的三維整體布置如圖1所示。

圖1 電池包三維整體布置圖

該電池PACK系統中電池模組通過螺栓固定在電池箱體上，箱體與箱蓋最終通過螺栓進行密封。模組與模組之間通過串聯銅排進行連接，電池系統的前端留有一個矩形空間，專門布置2個高壓箱BDU、BMS主機和BMS從機、煙霧傳感器以及用于引出總正和總負的高壓銅排。箱體前端外部安裝有高低壓接插件用于充放電以及與整車通訊連接。為了散熱性能好，在電池模組底部設計有液冷板用于散熱冷卻，模組側邊設計有PTC加熱，兩者相結合保證電池系統在合理的溫度范圍內工作，提高電池系統的使用壽命。該電池系統結構設計緊湊、集成度高，且便于裝配和維修。