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2018年02月07日 | 新能源汽车锂电池PACK系统集成的四大核心技术
2018-02-07 来源：互联网
对于设计研发人员，电池PACK的电子和电气组件在较强的机械载荷下是否会发生连接松动？是否会加速老化？电气与结构组件之间的距离是否会影响绝缘性能？BMS功能失效是否会导致电芯发生过充进行引起热失控？温度变化对电池荷电状态（SOC）计算精度会产生怎样的影响？长期高温环境使用，电池寿命衰减程度如何？
电池包作为新能源汽车动力系统的核心部件，安全与性能是最重要的指标。电池包系统集成，在于梳理机、电、热、化之间的相互关系，相互作用、相互影响，定量和定性地分析产品是否可以满足产品设计指标。
机
电池包装载在汽车上，首先得考虑和满足机械方面的特征，产品需要具有足够的强度和刚度，在振动、冲击等机械载荷下不发生形变和功能异常，在碰撞、挤压、翻滚、跌落等事故状态下有足够的安全防护。
电
电动汽车依靠电能驱动车辆行驶，瞬时功率可能高达几百千瓦，电压范围从几十伏特到几百伏特，电流也可以达到正负几百安培，大电流的充电和放电，以及高电压的输出，意味着电池包有很高的电气载荷要求。
此外，整个电池包由非常多的单体电池构成，为了有效地管理这些电池，控制电池包的充放电，以及响应整车层面的功能需求，电池包还有一套非常复杂的电池管理系统（BMS），由传感器、执行器、控制器（电控单元）等组件构成，采集系统的电压、电流、温度等数据，进行复杂的计算，与整车其他部件进行通信，完成特定的功能，实施判定系统的运行边界，控制系统的异常状态等。
热
1、首先是针对外部环境的热管理要求，在北半球的高纬度地区，冬季的室外温度会达到-30℃，甚至更低，而在低纬度地区，夏季的地面温度可以达到50℃以上，电动汽车必须面对严寒和酷暑这两个极端的使用环境温度要求。目前的电池技术，还无法应对这种挑战，为了延长电池的使用寿命，也不能让电池工作在如此宽广的环境温度下，所以必须在电池包设计的时候，为电池装配“空调”系统，夏季能够降温，冬季能够加热，从而解决大范围变化的环境温度所带来的挑战。
2、针对内部热管理要求，因为电池内阻和电气部件阻抗的存在，充放电条件下，电池包内部会发热，电流越大，发热量越大，如果不能及时把内部热量散出去，轻则影响电池寿命，导致使用寿命快速衰减，重则引起热失控，带来安全问题。电池包产品的热管理系统是非常复杂的，要解决加热、散热、保温、热均衡等几方面问题。
化
化指的是电化学，即电池的电化学机理。以目前大量使用的锂电池为例，其表现出来的物理特性是有电化学机理所决定的。锂离子在正极和负极之前来回的穿梭，与正极和负极发生化学反应，改变分子结构，从而在正负极之间表现出充电和放电的物理特性（电子移动）。化学反应的数量规模，决定了电池的充放电的能量（产生的电子数量）；化学反应的快慢，决定的充放电速度；化学反应的的可控与不可控，决定了电池的安全性；化学反应的可逆程度，决定了电池的寿命。电池内部的化学反应，除了跟电池本身的材料相关之外，还与外部的电气载荷和温度有非常大的相关性。如我们所知的，大倍率的充放电或者高温度下使用，会导致电池寿命的衰减，短路会导致热失控等现象。
电池PACK系统集成，是复杂系统产品开发的关键，除了对各个子系统需要有深入的研究之外，还要特别关注子系统的接口、交叉、相互影响等，以及由此表现出来的新特性。系统集成需要应用大量的过程分析方法、辅助以仿真分析和测试验证，才能达到产品设计目标。
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