电动汽车pack设计开发

保持当前未
Y
加热状态
闭合加热继电器， 动力电池加热状态
==加热中
远程空调指令 ==开启?
高压下
N
电出口
Y
判断充电请求 待机
SOC<=96% Y
充电模式
N
保持当前待 机请求
Vmax>=3.65V
N
保持当前电
Y
源模式请求
动力电池充电请求 ==电源模式
动力电池充电请求 ==待机
判断充电请求 待机
SOC<=96% Y
充电模式
N
保持当前待 机请求
Vmax>=3.65V
N
保持当前电
Y
源模式请求
动力电池充电请求 ==电源模式
动力电池充电请求 ==待机
高压下 电入口
停止计时器tmr；断开加热继 电器；动力电池保温状态==
未保温
SOC==100%
N
Y
动力电池充电请求==待机； 高压下电请求，进入高压下
电流程
动力电池充电请求==电源模 式；动力电池充电中
SOC影响的要素分析--SOH
电芯的容量将随温度的变化而变 化，这一变化可以通过实验进行系 统数据规律统计
温度主要修正可用容量
电芯的容量将随循环次数的增加 而减小，这一变化也可以通过大量 实验进行系统数据规律统计
SOH主要修正标定容量
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 SOC影响的要素分析--一致性
提升SOC基础算法AH积 分的采集量，将分流器精度、 AD转换提升
利用卡尔曼滤 波对AH积分进行 补充
②优化SOC 算法
SOC
③建立精准的 电池数据模型
建立精准的实验数据， 完善电芯修正数据库； 建立电芯的电物理模 型，预测电池实际状 态
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 SOC影响的要素分析
SOC 100%
利用容量最低电芯SOC值作为系统的SOC； 在上电初始阶段，进行电池衰减、温度、电压修正； 放电过程中低端修正和末端修正 充电中，根据单体电压和充电倍率修正
SOC 70% SOC 90%
容量最小电芯SOC 即为系统SOC
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 电池的均衡管理
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
6.动力电池工程化的需求-用户关注的安全点
③充放电过程安全
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
7.动力电池系统设计要求总结
用户最关心的问题或者需求，转化为电池pack系统设计需求
二、满足用户需求的设计应对
1.动力电池全环境快速充电设计应对-因素
电芯倍率
factors
系统热管理
系统高压化
二、满足用户需求的设计应对
1.动力电池全环境快速充电设计应对-系统的热管理 设计的设定温度工作范围和温度均一性
电池衰减速度-使用寿命 充放电性能-车辆性能 电芯衰减一致性-使用寿命 控制策略上对于温度归一化的处理
-5度下电芯NEDC工况放电能量/标称能量
-5度下系统NEDC工况放电能量/标称能量
跑的远
重量密度大 轻量化
电池状态估算准 均衡管理
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
4.动力电池工程化的需求-何为便利
方便、可得性好
① 制 造 提 炼
②
该能源的取 运 得在时代的 输
保 技术经济条 存
能够方便、 经济运送到 各补充站。
③ 车 辆 加 注
能源能够顺 利、简便、 快捷加注到 车辆的能源
快充需求重新定义：15min；
充电机功率达350-500kw，
充电电流350-500A,
充电电压达800V以上； 系统在100-125AH其他器件
追求加油般的充电体验
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-因素
电芯能量密度 材料体系，大容量趋势
去模组化 去PACK化设计
新材料 新的工艺
1000
100 10
0
氢金属 化合物
锂电池 镍氢电池 铅电池
1000 2000
3000
4000
5000
6000 7000 8000 9000 10000 体积能量密度（Wh/L）
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
3.动力电池工程化的需求-用户对能量密度关注点
体积密度大， 装的多
全温度脉冲倍率大 能量回收好
进行开路电压在线估算的研究，进而使用 开路电压法进行SOC修正，会得到较真实的 单体荷电状态
电动汽车pack设计开发
纲要
1 电动汽车发展趋势对动力电池系统需求 2 满足用户需求的设计应对 3 电池系统评价测试体系
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
1.汽车发展的方向
智能的路
智能的车
智能交通
能量交互
信息交互
汽车信息化
汽车电动化，轻量化
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
2.用户对能源特质的“使用体验”
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确
SOC（state of charge）定义---即电池的荷电状态。用来反映电池剩余容量 占总容量的比值。
SOC 100%
SOC 70% SOC 90%
目前soc上下端修正是为了保护电芯不被过充 或过放，一致性差会导致soc上下修正幅度大，电 池包的系统实际荷电状态小，车辆可用容量
加热状态==加热中
N Y
N
动力电池充电请求==待机； 断开加热继电器，动力电池
加热状态==未加热
高压下
电出口
Y
Tmr>=6hrs
N
N
Tmin<=5'C
Tmr>=6hrs
Y
N
判断加热状态
未加热
加热中
Tmin>8'C Y
N
保持当前加 热状态
断开加热继电器， 动力电池加热状态
==未加热
Tmin<=5'C
N
1.动力电池全环境快速充电设计应对-系统的热管理 温度采集点的布置
温度布置点
电芯本身最高温度点-极柱 仿真分析+试验的温度极值点
温度点个数的和成本关系
二、满足用户需求的设计应对
1.动力电池全环境快速充电设计应对-系统的热管理 温度采集点的采集
硬件的实现
温度点的数据有效诊断
极限情况下温度的变化特性 采集温度趋势比对
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-新材料&工艺
上 箱
特斯拉例外
体
玻璃钢SMC
开始商业化应用
不一定适用全部电池包，
下
较小电池包可能铸铝有优势
箱
挤压铝型材工艺
体
某款车 碳纤维增强复合材料，模
铸铝材料壳体
复合材料电池壳体
压成型，无需喷涂处理，设计重 量由铸铝39kg降低约25.4kg，减 重13.6kg,减重比例34.8%
Cell2
R1 S1
Cell1
Block -
MUX select
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确
主动均衡
Secondary side Block +
NP
Nn Sn
Celln
Primary side
N3 S3
Cell3
S1 S2 S3 ……... SN
I/O
µC
ADC in
A-cell
A-Sys
S-cell
S-Sys
F-cell
F-Sys
不只是冷却，还有加热和保温
二、满足用户需求的设计应对
1.动力电池全环境快速充电设计应对-系统的热管理
某款电动汽车电池内部温度分布
风冷方式，水冷方式 直接式，介质式（间接式） 内部式，外部式 外部隔热 工艺性
二、满足用户需求的设计应对
方 件下可行 便
方 便于保存 便
方 便
容器中
储量丰富≠实际 意义上的丰富
易输送、易保存 液态、气态相对好
加注设备简单
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
4.动力电池工程化的需求-用户的关注的经济点
电池充电时间
便利
衡量 标准
动力电池系统 高低温充电
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
5.动力电池工程化的需求-何为经济
考虑能源本身的自燃点、 闪点、蒸发性、密度、爆炸 极限、腐蚀性等等；
能源运输的过 程不会因为一般 的颠簸、碰撞等 发生爆炸、燃烧 等，一旦发生泄 漏能有效控制， 不会对环境造成 长期较大危害
②运输 安全
安全 性高
③使用 安全
能源的正常使用 安全，没有对人体 形成伤害的辐射或 其它潜在隐患，在 交通事故中，不至 于人员的叠加伤害
1、自放电、放电倍率对 SOC的影响较小 2、自放电、放电倍率目前 也没有很好的探测手段
放电 倍率
自放 电
SOC
温度
容量 衰减
1、容量衰减对特定环境总容量有一定 影响； 2、容量衰减可以通过实验及模型计算
一致性
温度、一致性对SOC影响最 为明显，需重点关注
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 SOC影响的要素分析--温度分析
AH法
SOC = 1- ———————— C rated
Q： C rated 采用的是标准工况进 行测得的；
两者结合应用 给予电芯试验数据做修正 初始化容量
开路电压法
Q： 没有考虑温度的差异；
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 SOC精度提升总体思路
①提升信号采集精度
factors
BMS状态准确估算 发挥电芯一致性
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-PACK车身一体化
对A0级乘用车，降低50kg，预计可以降耗1% 现有三元材料到811，200mAh/g@1C,4.2V 去模组化，将模组构造将与pack结合，实现减重； 一体化设计降低对电池包结构件的强度需求，降低电池包重量
开路电压修正-跳变
放电倍率的修正
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 SOC未来发展—电压修正
基于大量的电芯试验，建立 电芯的电性能模型
OCV （SOC, T） R, C（SOC, T, I）
目前在放电末端使用单体最低电压进行 SOC和放电功率的修正，动态电压不能反映 单体真实的荷电状态，会造成SOC“跳变”
能源全寿命周期经济性好
1
主机成本低
2
使用成本低
3
配套设施 经济合理
主机不复杂，继承性 能源价格低，新能源主机 运输、存储、加注设施投 好，制造改装经济、 可靠性高、维修费用少、 资不十分昂贵，投资回报
容易
寿命长
周期短
用户最关心的问题，关系到新能源能否得到用户的认
可和欢迎，是新能源能否推广的最实际的问题之一
IBaidu NhomakorabeaO GND
Filter
N2 S2
N1 S1
Cell2 Cell1
SP1
Block -
每节电池都需参与均衡，无需均衡的电池也要参与频繁的充放电 均衡变压器设计复杂
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 SOC修正参数分析
两端电压的修正
温度的修正 SOH的修正 两端预修正-压差
温度点的规划一处理
电池本身设计的温度特性
二、满足用户需求的设计应对
1.动力电池全环境快速充电设计应对-系统的热管理
温度处理策略
车载充电截止 state110
Tmin<10'C And Tmax<25'C
Y
开始计时器tmr； 动力电池保温状态
==保温中
Tmin<=5'C
Y 动力电池充电请求==待机； 闭合加热继电器，动力电池
充电
SOC最大的 单体充满时
放电
SOC最小的 单体放尽时
可用容 量
实际容量
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 被动均衡
保险； MOS；
S1 S2 S3 ……... SN
I/O
µC
I/O
ADC in GND
Block +
Rn Sn
Celln
R3 S3
Cell3
R2 S2
容量小的电芯放电深度大，加剧了电池包的寿 命衰减
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 SOC（state of charge）在整车层面的应用
续驶里程的计算
作为电池放电能力的一维变量，利用插值法计 算电池对外做功能力
二、满足用户需求的设计应对
2.提升能量密度和轻量化-状态估算准确 当前SOC计算方法及修正策略
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
5.动力电池工程化的需求-用户关注的经济点
电池与车辆同寿命 系统高可靠性、低维修率 系统充放电效率
寿命终结残余价值，系统 可以直接梯次利用，循环利 用的可回收率和直接再次使 用率
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
6.动力电池工程化的需求-安全
①本身性能稳定
2.方便补充
1.储量丰富
3.使用经济
汽车 能源
7.能量密度高
4.随车可带
5.环保
6.安全性
一、电动汽车发展趋势对动力电池系统需求
3.动力电池工程化的需求-能量密度衡量-跑的远
质量能量密度（Wh/Kg）
高压氢气
10000 （35MPa）
CNG (20MPa)
气体能源 载体
乙醇
汽油
柴油
生物柴油
液体能源载体
N Vmax>=3.65V
Y
SOC修正到100%
二、满足用户需求的设计应对
1.动力电池全环境快速充电设计应对-系统的高压化
奔驰AMG Project One
800V，混动，450/735kw
奥迪AICON
800V，700km，260kw
保时捷MissionE
800V，500km，440kw
产品趋势：电池容量将达到100kWh左右，续航里程将达到400-600km