华骐纯电动轿车电池包设计与研究

　　摘要：在纯电动车开发领域，电池、电机和电控是开发纯电动车汽车的三大核心技术。其中电池性能的好坏，直接决定了一款电动车的综合续航里程长短。本文在简要介绍了目前纯电动汽车电池种类之后，详细剖析了我司华骐纯电动车的电池布局、电池管理系统设计（BMS）以及电池循环寿命试验结果。并针对目前所遇到的问题，提出了后续改进方向。

　　关键词：电动汽车电池电池管理系统

　　为积极顺应国家对于新能源汽车发展的政策要求，东风悦达起亚汽车有限公司加大了对新能源车的研发与投入。其中电池部分的开发，是我司新能源车开发中，需要重点攻关的项目。

　　1、华骐电动车电池布局

　　在经过详细调研及论证之后，我司华骐电动车是直接在我司成熟车型赛拉图的基础上直接开发，将整车动力系统进行彻底变更。

　　该动力系统由动力电池、三相异步电机及电机控制器、电子油门踏板和机械变速器等组成。

　　为保证整车安全，合理布局电池系统，对车身的地板结构进行了重新设计，增加底盘的高度，将动力电池组布置在前、后轴之间的地板下方。由于电池重量的增加，导致其整备质量增加了300kg，所以，在前后轮的减震弹簧设计上，相对传统车有所加强，以保证车辆的安全性和舒适性能。

　　电池包是纯电动汽车的主要动力来源，能源储存及供给系统，是纯电动车三大核心技术之一。动力电池系统的结构设计，需要满足华骐纯电动车总体布置要求，既不能影响乘员的乘坐舒适性，也不能影响整车动力性能，因此，在动力电池系统空间上，要求比较严格，同时，对电池系统的箱体设计也提出了要求，即应当具备较高的空间利用率。此外，动力电池系统作为纯电动乘用车的重要组成部分，对整车的安全性能也起着决定性的影响，因此电池系统在箱体结构设计上，不仅需要满足对动力电池组及其辅助器件的承载要求，还需要能够对纯电动车安全性能的提高起到积极促进作用。

　　该电池系统的主要优点有：

　　1）箱体主要由上盖（包括前、后上盖及维修孔盖）及下箱体两部分组成，箱体零件均为冷轧钢板冲压成型。下箱体零件通过点焊连接，加工工艺简单并且结构强度高；

　　2）箱体上盖与下箱体通过螺栓连接成一个整体（前上盖亦与箱体横梁连接），均为承载部件，可有效提高箱体载荷承受能力；

　　3）箱体内部焊装有两根横梁，横梁截面呈矩形空腔形状，可保证箱体整体具有较高刚度，并能够在车辆在发生碰撞或者翻滚事故时减小电池箱体形变，从而避免箱体内部电池受挤压而发生短路或泄露，保证车辆乘员安全；

　　4）电池箱体前部共计10个安装点，与车身前地板横梁和纵梁相连；箱体后部共计4个安装点，与设置在车身后地板的安装点相连。考虑到车身前后地板及安装点的尺寸误差，电池箱体的前部安装支架采用焊接形式与箱体相连，后部安装支架则采用可调高度的螺栓连接方式。安装支架采用此种设计方式后，可有效避免因车身前后安装点尺寸误差造成的电池箱体变形。

　　3.华骐电池管理系统设计与功能

　　华骐电池管理系统（BMS）主要由电池系统管理单元BMU（Battery Management Unit）、本地电池监控单元LMU（Local Monitor Unit）、数据记录仪（Data Logger）、高压控制单元及诊断工具等模块构成。采用主从分布式模块化系统结构设计。

　　BMS分为1个BMU（电池管理单元）和4个LMU（本地显示单元）。

　　1）主要工作原理。4个LMU分别检测电池四个区域的单体电池电压、温度数据，并汇总好的数据传达给BMU，BMU检测电池包的总电压、总电流，分析出电池包内单体最高、最低电压和最高、最低温度以及电池的SOC等数据。

　　2）电池管理系统主要功能

　　① 能量均衡管理。在不同环境下，电池的使用会造成单体电池间SOC不均衡。在充放电末期，单体电池间电压不等，会严重影响其充放电深度。BMS的能量均衡功能可通过搬移能量使单体电池SOC差异缩小，从而发挥电池的储能潜力。

　　②热管理。系统工作环境温度及电池自发热等因素极易影响单体电池温度一致性。BMS中的BMU通过实时检测各系统采样点温度，判断系统温度状态等级，若发现系统出现过温、低温状态，则主动控制不同电池模组中的风扇、加热装置等设备的开关，进而缩小系统各处温差，保证电池系统热均衡。

　　③充放电管理。当BMS收到充放电指令时，首先检查当前状态，确定是否安全，并向上建议充放电功率。

　　④报警及保护。在电池使用过程中，为避免安全问题，BMS会根据故障等级采取向上报警，或者直接控制继电器等措施，确保系统安全。

　　⑤数据管理。BMS处于运行状态时，会实时显示系统电压、电流、温度等重要电池数据，并通过CAN总线将电池系统数据上传至上级控制器。计算机辅助专业人员处理数据，可预见电池运行状态的未来趋势。数据记录仪可将系统数据存放于本地存储器。便于后期数据分析及比对。

　　4.电池循环寿命试验结果

　　为充分保证整车安全性能，我司要求供应商委托国家轿车质量监督中心，对电池包的总体性能，进行委托检验。

　　检验项目包括：1）单体外观、记性、外形尺寸及重量、20℃放电容量、-20℃放电容量、55℃放电容量、20℃倍率放电容量，常温、高温荷电保持能力及容量恢复能力、储存、循环寿命、安全性等；2）模块外观、极性、外形尺寸及重量、20℃放电容量、简单模拟工况、耐振动以及安全性等。

　　通过检测，结果显示，单体层面，通过目测，外观无变形及裂纹，表面平整、干燥、无外伤、无污染等；端子极性正确，并有正负极的清晰标识；外形尺寸、质量符合我司提供的技术条件；电池完全充电后，其20℃放电容量处于12.02Ah（额定值的100.1%）～12.53Ah（额定值的100.4%）之间；-20℃放电容量为8.67Ah

　　（额定值72.3%）；55℃放电容量为12.54Ah（额定值的104.5%）；20℃倍率放电容量为11.83Ah；储存28天后容量：12.4Ah（额定值的103.3%）；容量恢复能力：12.55Ah（额定值的104.6%）。在蓄电池完全充电情况下，循环500次后容量为11.87Ah（额定值的99.0%），寿命>500次。在蓄电池完全充电后，过放电或过充电情况下，无爆炸、起火和漏液现象。在电池充电后经过短路、跌落、加热、挤压或针刺等情况下，电池无爆炸，起火现象。模块层面，经过以上测定，均符合国家相应法规标准。

　　经综合测定，该电池所检验项目的结果符合QC/T 743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》的要求。

　　参考文献

　　[1]《关于加强节能与新能源汽车示范推广安全管理工作的函》[M]，国科办.2011年版

　　[2] 《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》[M]，国务院.2012年版

　　[3]《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》[M]，国家财政部.2013年版.

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