电动汽车电池系统简介

电动汽车设计是一个复杂的概念。让我们来看看每一辆电动车的核心:电池。

任何电动汽车(EV)的基本部件都是电池。电池的设计必须满足汽车使用的电机和充电系统的要求。

这包括物理约束，如有效包装在车辆的车身最大限度地发挥能力。作为电动汽车重量的主要因素，设计师还必须考虑电池在车辆中的位置，因为它们会影响动力效率和车辆操纵特性(这也是为什么你经常会看到电池被放在车辆底盘下的原因)。

以下是电动汽车电池设计的一些规范、安全考虑和管理系统的概述。

电动汽车电池规格:电压和容量

电动汽车电池通常由数百个小的、单独的电池串联/并联排列，以达到最终电池组所需的电压和容量。普通的电池组由18-30个并联电池块串联而成，以获得所需的电压。例如，一个400V额定电池组通常有大约96个系列块(就像在特斯拉Model 3)。

目前汽车的额定电压范围为100V-200V(混合动力/插电式混合动力汽车)和400V - 800V或更高(纯电动汽车)。其原因是更高的电压允许更多的电力传输与更少的损失在相同的直径(和质量)的铜电缆。

单个电池串联的电动汽车电池系统。

高电压的缺点包括在整个系统中需要更高的额定电压元件。如果不在车载充电器中加入某种类型的DC-DC升压转换器，它们还会妨碍使用低电压的直流快速充电站。

另一方面，常见的电池容量范围如下:

• 混合动力汽车:0.5到2千瓦时
• 插件混合动力汽车:4至20千瓦时
• 电动汽车:30至100千瓦时或以上。

电动汽车电池的安全性:接触器(和热保险丝)

当涉及到设计时，电池代表了安全的多重挑战，以及关于其内部永久存在的高电压。

在输出连接器之前，保险丝在电池组内部，通常在正负两侧。特殊的大电流密封继电器，即接触器，将内部保险丝连接到电池本身。

一系列松下EV继电器/直流接触器(左)和一个接触器的结构故障。图像松下

接触器具有牺牲触点等特点，以防止由于接触点蚀而增加电阻。它们还经常包含一个辅助触点来检测内部焊接，如果有大电流通过时，接触器有意或无意地断开，则可能发生内部焊接。

接触器线圈电源通常通过一个HVIL或高压联锁回路，该回路通过系统中所有的高压电缆(通常并入每个连接器)，这样，除非所有的高压连接都安全地插入到电池中，否则接触器无法接收到关闭的电源。

一个预充电接触器在主接触器之前关闭，以允许一个小电流通过一个大电阻流入系统。这限制了进入系统中所有大电容的涌流，并允许电池管理系统在大电流路径完成之前检测短路。

隔离被持续监测，通常是在主接触器的两侧，如果从高压系统的任何一侧到底盘的隔离下降到每伏特500欧姆以下，就会发生故障。

特斯拉还在他们的Model 3和更新的组件中加入了一个新的安全装置，即所谓的火保险丝。如果接触器是焊接的，这个装置可以被一个小烟火电荷吹开，这允许他们使用不那么坚固的接触器。放电电阻和接触器有时包含在电池的输出端，以允许系统在关机后主动放电到安全电压。

电动汽车电池监测pcb

电池的电池块需要被监控并保持平衡，而电池组中有专门的电路板来执行这项任务。这些板必须包括一个隔离的通信接口，因为每个板的接地参考将是几百伏特不同，从主BMS(电池管理系统)。

这些板监测每个块的电压和温度，以及块之间互连的温度。它们还包含小组电阻来执行平衡任务。

电池组内的电池块必须保持在相互之间的几毫伏以内，以允许最大的功率转移到电池组和出电池组。由于制造电池的自然差异，有些电池块的充放电速度会比其他电池块稍快一些。为了解决这个问题，在充电过程中，平衡会从最高的电压块中消耗少量的能量，使它们靠近其他电压块。

这些块监测板还提供了包的一个额外的安全功能，可以非常精确地监测包内的电池和互连点的温度。例如，在电池损坏的情况下，这意味着在严重损坏或甚至可能发生火灾之前，可以引发故障。

电池管理系统(BMS)

最后，电池管理系统，或众所周知的BMS，管理监测和控制电池组的所有方面的任务。

电流分流器向BMS报告各种信息，包括转移到包内和出包的总电荷。测量接触器前后的电压可以监测包系统的电压。接触器控制和省电器电路负责控制接触器的闭合，并在接触器被拉入后将通过线圈的静态电流降至最小。

BMS还与模块管理板保持不断的通信，以监测电池电压和温度，并控制平衡。

400V电池组参考设计框图。从图片德州仪器公司

对整个系统和连接器温度进行监测，以检测连接器或螺栓松动造成的任何高电阻连接。

系统和充填隔离也可以持续监测，并可以纳入其他潜在的冗余安全功能。BMS还向车辆的其他部分公开一个通信接口——通常通过汽车以太网或CAN总线-与逆变器、充电器和其他系统通信。它计算并提供充放电电流限制、封装状态和充电状态，并在接触器必须打开时通知其他系统，以便在理想情况下它们可以在没有负载的情况下打开。

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这就结束了我们对电动汽车核心——电池组的探索。如果你想了解更多关于电动汽车的解剖，请在下面的评论中告诉我们!