纯电动汽车动力电池系统对标技术研究*

辛明华 郭艳萍 窦汝振 苟毅彤

（天津清源电动车辆有限责任公司）

伴随着节能减排、技术进步、产业升级等多方面要求，以及国家政策的扶持和推广，纯电动汽车已逐步渗透到社会的各个角落，公交车、出租车、物流车、私家车及租赁车等随处可见，但由于其发展历程较短，产品亟待广泛验证，技术亟待迅速提升。动力电池作为纯电动汽车的唯一高能量载体，其技术水平、可靠性及安全性在很大程度上决定了整车的技术状态和水平，因此加快动力电池的技术水平提升非常必要。产品对标作为技术提升和了解行业技术发展水平的重要手段之一，将其与动力电池系统的研究相结合，系统全面地对标国内外电池系统是文章研究的重点。

1 汽车产品对标方法流程

对标方法是建立一套发现自己缺点、找到别人优点的方法体系和指标体系，并不断完善这套体系，使之成为行动指南[1]。汽车产品在自主研发时，需要参考市场上比较成熟、具有一定竞争力的产品，通过对该产品的拆解、分析，得出对标产品的优势和劣势。通过对对标产品的研究，可以为自主产品在研发过程中提供参考和数据依据，确保开发的产品具有竞争力。汽车产品的一般对标流程为：对标产品资料搜集→系统/部件级测试→系统/部件拆解→库存管理→对标数据库建立。

动力电池作为纯电动汽车的能量载体，在设计过程中力争实现高能量密度、良好的环境适应性、安全可靠、使用寿命长且成本低。因此在对标分析过程中应从这些需求入手，找出实现方法和要达到的水平，基于此，文章介绍了电池系统对标测试和对标拆解方法。

2 电池系统对标测试

电池系统测试一般在整车上进行，主要用来考察电池系统性能、热管理性能和SOC（荷电状态）估算精度等。1）电池系统性能是系统设计结果的直接表现，从测试结果可以看出电池单体集成后整体性能是否衰减，用来判别系统集成技术的优劣。2）为了延长动力电池的寿命、提高电池系统的安全性，电池系统设计中都采用了不同程度的热管理设计。按照换热介质分类，热管理可分为液体换热和气体换热2种方式；按照热管理方式分类，可分为强制换热和自然换热。热管理效果的优劣直接影响电池的使用安全和寿命。3）SOC是评价电池系统设计的重要指标之一，高精度的SOC估算可以使整车更加合理充分地利用车上有限的电能。

在对标测试中，测试工况和测试项目设计应考虑同时兼顾以上3个方面的对标需求。

2.1 测试工况设计

测试工况一般选择典型工况或者依据电池状态设计工况。典型工况包括标准工况和极限工况。标准工况一般为稳态工况和瞬态工况同时选择，比如匀速工况、NEDC工况、FTP75工况及W LTC工况等，利用标准工况进行整车续驶里程测试；极限工况按照整车模式可以选择极限加速、极限减速及持续最高车速等。依据电池状态，可以在不同SOC下，如10%，20%，30%，40%……，设置相同的依次变化的踏板开度进行测试。条件允许时，在高温和低温下重复以上工况。

2.2 测试项目设计

动力电池系统测试项目，如表1所示。电池性能测试是根据不同工况分别测试电池系统的容量、峰值放电能力、持续放电能力及充电能力；热管理测试是在整车续驶里程工况测试过程中，记录电池包内最高温度、最低温度和每个电池单体温度，测试结束后，分析数据，观察电池的最高和最低温度是否在电池的理想工作温度范围内，用每个电池单体的最大温差来考察电池热管理系统的工作效果；SOC估算精度测试是在整车续驶里程工况测试过程中，记录电池管理系统上报的SOC，分析整个测试工况SOC的变化来检测SOC估算的精确度。

表1 动力电池系统测试项目

3 电池系统对标拆解

电池系统拆解用于分析对标电池的机械结构设计、电气设计及热管理设计。

3.1 机械结构设计对标

机械结构设计对标主要包括电池箱体对标和模块设计对标两部分。1）箱体对标分析包括箱体结构分析、箱体与外部紧固连接方式分析、箱体的材料成分分析、电池箱内高低压电气部件排布和安装方式分析及热管理部件的布置分析等。2）模块设计对标分析包括模块固定结构分析、安装方式分析、支架材料分析及绝缘材料组分分析。

通过对标逆向设计出箱体及内部部件的爆炸图，还原箱体结构设计，分析箱体结构设计特点。对于关键受力部分或刚度薄弱部分，进行强度和刚度分析。

3.2 电气系统设计对标

电气系统包括高压电路、采样均衡电路及低压供电电路。首先，分析电气系统采用的部件，比如接触器、预充电电阻、电流传感器/分流器、保险丝、手动维修开关及高低压接插件等。记录这些部件的规格型号，查找技术参数。其次，分析各部分电路选用的线缆规格、电池单体的连接方式、汇流排的形式及过电流能力，绘制线束图，分析电池系统工作时电流方向和线缆电流通过能力。最后，绘制出电气原理图和线束图，分析电气设计特点。

3.3 热管理系统拆解分析

电池的热管理系统拆解分为电池系统热管理拆解和电池模组热管理拆解。系统层级需要拆解换热系统与外部系统的连接接口、换热管路的形状及布置形式；模组层级需要注意模组的热管理接口、导热材料、换热管路形状及布置形式等。

4 对标数据库建立

整车对标知识库的数据一般以结构图、特征信息、图片及图表清单等形式来表示，这种对标数据表示形式是当前十分主流的表示形式，其优点是使用方便、操作简单、便于检索与存储、数据形式直观高效及适用范围广等。国外汽车企业的开发知识库也采取了上述形式存储数据[2]。测试与拆解完成后，按照测试数据、测试报告、逆向数据及分析报告等类别规划建立电池系统数据库，便于对标成果的积累和使用。

5 结论

电池系统对标是一个系统工程，文章介绍了汽车产品对标的流程，并结合电池系统设计要点给出了机械设计、电气设计及热管理设计的对标分析项目，形成了纯电动汽车电池系统对标研究体系。该体系有助于快速积累产品开发经验，对于电池系统新产品设计开发和先进样品对标分析具有一定的指导意义。