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1、 純電動(dòng)轎車動(dòng)力電池布置研究 摘要：隨著環(huán)保、全球變暖等問題日漸顯著，世界各國紛紛制定燃油車輛禁售時(shí)間表。純電動(dòng)汽車等新能源汽車成為替代燃油汽車的最佳選擇。動(dòng)力電池等關(guān)鍵技術(shù)成為制約純電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素，文章主要從應(yīng)用層面對動(dòng)力電池的評價(jià)、性能影響因素及電池管理系統(tǒng)進(jìn)行論述，為動(dòng)力電池選擇及應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞：純電動(dòng)轎車；動(dòng)力電池；布置引言由于鋰離子動(dòng)力電池在低溫條件下，電池組開路電壓減小，內(nèi)阻升高，電池組放電功率和能量都大大減少，且低溫充電存在析鋰現(xiàn)象，會存在安全問題，因此，對增程式電動(dòng)車動(dòng)力電池組進(jìn)行預(yù)熱變得非常重要。1、純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池簡介作為純電動(dòng)汽車的能量來源，動(dòng)力電池可以稱

2、之為純電動(dòng)汽車的“心臟”。其性能優(yōu)劣直接影響到電動(dòng)汽車的安全、續(xù)航、動(dòng)力性、成本、使用經(jīng)濟(jì)性等整車性能。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池滿足純電動(dòng)汽車的使用需滿足以下要求：1）高能量密度；2）高功率密度；3）使用壽命長；4）充電時(shí)間短；5）安全性好；6）維護(hù)方便；7）成本低等。目前用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池主要有：鎳氫電池和鋰離子電池，其中鎳氫電池主要用于混合動(dòng)力汽車；鋰離子電池分為：鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸亞鐵鋰電池、鋰聚合物電池、三元鋰電池等，其中錳酸鋰電池、三元鋰電池和磷酸亞鐵鋰電池目前已在電動(dòng)汽車上進(jìn)行了批量應(yīng)用。2、影響動(dòng)力電池的性能的因素2.1、高度方向尺寸確定由于電池主要布置在前后座椅座墊下方，

3、前后座椅之間是后排乘客的踏腳空間，因此電池盡管集中在一個(gè)電池包內(nèi)，但也分成兩部分，放置在前后段，分析電池包的高度實(shí)際上就是電池包前后兩個(gè)凸起處的高度，即圖4中h1和h2。h1對應(yīng)著電池包前頂面m和底面k之間的距離，h2對應(yīng)著電池包后頂面n和底面k之間的距離。圖1恒流放電容量溫度特性曲線適當(dāng)提高環(huán)境溫度會提高電池容量降低極化內(nèi)阻等，但過高的溫度會造成電池的正負(fù)極反應(yīng)不可逆，破壞電池結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響電池壽命。2.2、負(fù)極材料以鋰離子電池負(fù)極材料為例，鋰電池的負(fù)極材料選擇應(yīng)滿足下列條件：1）插鋰是的氧化還原電位要低，最好接近Li的電位，有利于提高電池的能量密度；2）鋰能夠盡可能多的從負(fù)極材料中可逆的嵌入

4、和脫嵌，提高電池的循環(huán)壽命；3）鋰離子嵌入和脫出過程中材料結(jié)構(gòu)沒有或很少發(fā)生變化，確保良好的循環(huán)性；4）具有較好的電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散率，減少極化，有利于大電流充放電。2.3、制造工藝以磷酸亞鐵鋰電池正負(fù)極材料制備工藝為例，有研究人員利用球磨工藝進(jìn)行磷酸亞鐵鋰電池正負(fù)極材料攪拌后由于活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑在水性漿料中的分散性得到提升，用其制備出的電池較通過傳統(tǒng)攪拌機(jī)制備的電池倍率放電容量和平臺電壓均有一定幅度的提高。3、純電動(dòng)轎車動(dòng)力電池布置3.1、整車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文研究的增程式電動(dòng)車結(jié)構(gòu)如圖2所示，分為2種工作模式：驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)整車；驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)為電池組進(jìn)行充電；制動(dòng)能量回收模式下，驅(qū)動(dòng)

5、電機(jī)為電池組充電。圖2增程式電動(dòng)車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意3.2、高度方向尺寸確定由于電池主要布置在前后座椅座墊下方，前后座椅之間是后排乘客的踏腳空間，因此電池盡管集中在一個(gè)電池包內(nèi)，但也分成兩部分，放置在前后段，分析電池包的高度實(shí)際上就是電池包前后兩個(gè)凸起處的高度，即圖3中h1和h2。h1對應(yīng)著電池包前頂面m和底面k之間的距離，h2對應(yīng)著電池包后頂面n和底面k之間的距離。圖3電池包高度方向尺寸要想增大電池包的高度空間，首先要確定電池包前頂面m、后頂面n的最大高度，以及下底面k的最低高度。3.3、駕駛員座椅R點(diǎn)到座椅后部安裝點(diǎn)高度駕駛員座椅R點(diǎn)到座椅后部安裝點(diǎn)高度，是指駕駛員座椅R點(diǎn)到座椅后部安裝點(diǎn)的垂直

6、高度。如圖4所示的h。由于座椅座墊有個(gè)57傾斜角，座椅后端安裝點(diǎn)較低，所以選取座椅后部安裝點(diǎn)。圖4駕駛員座椅總成高度在電動(dòng)車的開發(fā)上，為了增大電池包的高度，控制駕駛員座椅R點(diǎn)到座椅后部安裝點(diǎn)高度h，是常被采取的措施。有的取消座椅上下調(diào)節(jié)功能，有的改變座椅結(jié)構(gòu)，將滑軌、安裝點(diǎn)排布在座墊的兩側(cè)。當(dāng)然，座椅舒適性的降低，必須在可接受范圍之內(nèi)。3.4、動(dòng)力系統(tǒng)主要零部件選型3.4.1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型電機(jī)的選擇需要考慮整車性能的需求，功率既不能選的過大也不能選的過小，功率太小，純電動(dòng)汽車動(dòng)力不足，不能達(dá)到預(yù)期的性能要求；功率選的過大，則會造成整車效率偏低且車輪容易打滑。總之，電機(jī)的選擇應(yīng)能夠同時(shí)滿足對最

7、高車速，加速性能和爬坡性能的要求。同時(shí)，電機(jī)的尺寸和重量也需要方便電動(dòng)汽車的布置與配重要求。由于純電動(dòng)車需要滿足整車的性能指標(biāo)，所以，根據(jù)最高車速和加速度兩個(gè)方面初步選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)。3.4.2、動(dòng)力電池的選型三元鋰電池持續(xù)放電3C；最大為5C，放電時(shí)間不超過3分鐘。初選單體容量為25.5Ah的電池，成組方案為25.5Ah6并，96串，電池組3C放電時(shí)功率為159kW。動(dòng)電機(jī)額定功率為40kW，最大功率為80kW。25.5Ah6并，96串電池滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求。3.4.3、減速箱參數(shù)的設(shè)計(jì)要求減速箱用于轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對驅(qū)動(dòng)

8、車輪牽引力及車速為的不同要求的需要。用減速箱轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的必要性在于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化特性的特點(diǎn)是具有相對小的對外部載荷改變的適應(yīng)性。為保證減速箱具有良好的工作性能，對減速箱提出如下設(shè)計(jì)要求：此減速箱為一級減速箱，速比為1.8；最大輸入轉(zhuǎn)矩：250Nm，最大輸入轉(zhuǎn)速：6000rpm；最大輸出轉(zhuǎn)矩：450Nm，最大輸出轉(zhuǎn)速：2778rpm；布局：輸入輸出端再同一側(cè)中心距：245mm減速箱輸入軸與電機(jī)輸出軸連接方式：花鍵連接；減速箱殼體與電機(jī)殼體連接方式：端面連接；潤滑方式為油池潤滑；噪聲要求：符合手動(dòng)機(jī)械變速箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn)；工作環(huán)境溫度：-4045。3.5、電池安全控制電池管理系統(tǒng)安全

9、控制主要包括：上電控制、充電控制、溫度控制及故障報(bào)警。上電控制主要功能是將電池管理系統(tǒng)等低壓電路與電池供電系統(tǒng)等高壓電路進(jìn)行隔離，使電池管理系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定。同時(shí)通過硬件電路設(shè)計(jì)中增加預(yù)充電感的方式防止電池因上電瞬間電流過大造成損傷。充電控制包括電池管理系統(tǒng)與充電機(jī)的握手，充電參數(shù)配置，充電及充電結(jié)束控制等，充電控制主要作用是：1）建立動(dòng)力電池與充電機(jī)的參數(shù)化連接；2）動(dòng)力電池或充電機(jī)充電故障報(bào)警；3）動(dòng)力電池過充保護(hù)。溫度控制主要是設(shè)定動(dòng)力電池各工況溫度閥值并對各工況溫度閥值進(jìn)行分級，通過分級確定電池管理系統(tǒng)的下一步動(dòng)作。故障報(bào)警分為警示報(bào)警和禁行報(bào)警兩類。警示報(bào)警主要提示駕駛員動(dòng)力電池使用

10、達(dá)到極限需進(jìn)行充電、檢修或降功率運(yùn)行。禁行報(bào)警時(shí)說明電池繼續(xù)使用會造成嚴(yán)重后果，通常包含強(qiáng)制性動(dòng)作，如電池溫度超過極限溫度閥值有可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)，電池管理系統(tǒng)會切斷主回路。結(jié)束語隨著動(dòng)力電池電極材料及制造工藝的改進(jìn)，電池的能量密度、功率密度、使用壽命等關(guān)鍵參數(shù)也在不斷突破，國內(nèi)也出現(xiàn)了快充動(dòng)力電池、電池快充技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，相信在不就的將來純電動(dòng)汽車的使用將更加環(huán)保、安全、方便。參考文獻(xiàn)：1楊勝兵，范文濤.純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池絕緣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.電源技術(shù)，2018，42（09）:1369-1371.2張友龍，袁文強(qiáng)，芮凱，朱成燕.純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)研究J.汽車實(shí)用技術(shù)，2018（17）:19-22.3于遠(yuǎn)彬，李新用，閔海濤，張曉偉，馮達(dá).增程式電動(dòng)車動(dòng)力電池組低溫行車預(yù)熱策略J.中國公路學(xué)報(bào)，2018，31（09）:209-219. -全文完-