摘要:
本文在概述了汽车动力电池包组成的基础上，重点探讨了动力电池成组对电芯高能量密度、轻量化、结构设、安全、热管理、电气、标准化设计要求的要点，并对动力电池成组效率进行比较 。


关键词：组成 要求 效率


1.汽车动力电池包的组成


在纯电动汽车中，动力电池包作为汽车唯一的动力来源，动力电池包电能的高低决定了电动汽车的行驶里程 。提高动力电池包电能的方法有两种：采用高容量的电芯，使用更多的电芯 。一般电芯容量越高，成本也越高 。因此优化动力电池包的结构，尽量使用更多的电芯成为动力电池设计过程需要考虑的重要因素 。

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动力电池系统
1）动力电池模组


动力电池模组是动力电池包的“心脏”，负责储存和释放能量，为电动汽车提供动力 。动力电池模组可以理解为动力电池单体经由串并联方式组合成的多个PACK，PACK是单个组件，是包装、封装、装配的意思，其工序分为加工、组装、包装三大部分 。


动力电池模组通过结构设计，再加上动力电池管理系统和热管理系统就可组成一个较完整的动力电池包 。动力电池包通过工艺、结构固定在设计位置，协同发挥电能充放存储的功能 。可以说模组的基本作用就是连接、固定和安全防护 。


动力电池单体即电芯按正极材料来分，主要包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等 。动力电池模组的结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用，可以概括成3个大项：机械强度，电性能，热性能和故障处理能力 。


动力电池模组按电芯的结构形状可分为：圆柱电芯和方形电芯以及软包这三种，其各自的优缺点也十分明显 。在一定程度上，电芯的性能决定了动力电池模组的性能进而影响整个动力电池包的性能 。因此在进行动力电池包设计时一定要根据整车的设计要求去选择电芯的材料及形状 。


动力电池模组是否能够完好固定电芯位置，并保护其不发生有损性能的形变，如何满足载流性能要求，如何满足对电芯温度的控制，遇到严重异常时能否断电，能否避免热失控的传播等，都将是评判动力电池模组优劣的标准 。


2）结构系统


结构系统主要由动力电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成，可以看作是动力电池PACK的“骨骼”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）作用 。动力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 。


3）电气系统


电气系统主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成，高压线束可以看作是动力电池PACK的“大动脉血管”，将动力电池包心脏的动力不断输送到各个需要的部件中，低压线束则可以看作动力电池PACK的“神经网络”，实时传输检测信号和控制信号 。


4）热管理系统


热管理系统相当于是给动力电池PACK装了“空调”，因为动力电池充放电的过程实际上就是化学反应的过程，化学反应会释放大量的热量，需要将热量带走，让动力电池处于一个合理的工作温度范围内，以提高动力电池的寿命和可靠性 。热管理系统主要有4类：风冷、水冷、液冷、相变材料 。以水冷系统为例，热管理系统主要由冷却板，冷却水管、隔热垫和导热垫组成 。


因为动力电池的内阻及电气连接部件阻抗的存在，在充放电条件下，动力电池包内部会发热，电流越大，发热量越大，如果不能及时把内部热量散出去，轻则影响动力电池寿命，导致使用寿命快速衰减，重则引起热失控，带来安全问题 。动力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 。


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 。


目前的动力电池技术，还无法应对这种挑战，为延长动力电池的使用寿命，也不能让动力电池工作在如此宽广的环境温度下，所以必须在设计动力电池包时，为动力电池装配“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 。