關(guān)于電動汽車中電池系統(tǒng)的介紹

（文章來源：EEToday電子頭條）

任何電動汽車（EV）的基本部件都是電池。蓄電池的設(shè)計(jì)必須滿足車輛使用的電機(jī)和充電系統(tǒng)的要求。 這包括物理限制，例如車輛車身內(nèi)的有效包裝以最大化容量。作為電動車重量的供能，設(shè)計(jì)人員還必須考慮電池在車輛中的位置，因?yàn)樗鼈儠绊?a target="_blank">電源效率和車輛操控特性（這通常是你經(jīng)常看到電池放置在車輛底板下的原因）。以下是EV電池設(shè)計(jì)中一些規(guī)范、安全注意事項(xiàng)和管理系統(tǒng)的概述。

電動汽車蓄電池通常由數(shù)百個(gè)小的、單獨(dú)的電池組成，這些電池按串聯(lián)/并聯(lián)配置排列，以在最終電池組中實(shí)現(xiàn)所需的電壓和容量。普通電池組由18到30個(gè)串聯(lián)的并聯(lián)電池組成，以獲得所需的電壓。一個(gè)額定電壓為400V的電池組通常有96個(gè)系列的電池組。當(dāng)前車輛的通用額定組電壓范圍為混合動力/插入式混合動力車輛的100V-200V，電動車輛的400V-800V及更高。這是因?yàn)檩^高的電壓允許在相同直徑的銅電纜上以較小的損耗傳輸更多的電力。

更高電壓的缺點(diǎn)包括在整個(gè)系統(tǒng)中需要更高額定電壓的元件。它們還可以防止在車載充電器中使用低電壓的直流快速充電站，而無需在車載充電器中加入某種類型的直流直流升壓轉(zhuǎn)換器。 另一方面，常見的電池容量范圍如下：混合動力汽車：0.5至2kWh；插電式混合動力汽車： 4至20kWh；電動車：30至100kWh或以上。

在設(shè)計(jì)時(shí)，電池代表了對安全性的多重挑戰(zhàn)，也代表了電池內(nèi)永久存在的高壓。在輸出接頭之前，蓄電池組內(nèi)部通常有保險(xiǎn)絲，通常位于正極和負(fù)極。特殊的大電流密封繼電器稱為接觸器，它將內(nèi)部保險(xiǎn)絲連接到電池本身。

接觸器具有犧牲接觸等特性，以防止由于接觸點(diǎn)蝕而增加的電阻。它們通常還包括一個(gè)輔助觸點(diǎn)，以檢測內(nèi)部焊接，如果接觸器在大電流通過時(shí)有意或無意地打開，可能會發(fā)生這種情況。接觸器線圈電源通常通過HVIL或高壓互鎖回路，該回路沿高壓電纜（通常包含在每個(gè)連接器中）在系統(tǒng)中的所有高壓部件之間進(jìn)行循環(huán)，從而使接觸器無法接收電源以關(guān)閉。除非所有高壓連接牢固地插入電池，否則關(guān)閉。

預(yù)充電接觸器在主接觸器之前閉合，以允許小電流通過大電阻流入系統(tǒng)。這限制了進(jìn)入系統(tǒng)中所有大電容器的浪涌電流，并允許電池管理系統(tǒng)在高電流路徑完成之前檢測短路。通常在主接觸器的兩側(cè)連續(xù)監(jiān)測隔離，并且如果從高壓系統(tǒng)的任一側(cè)到底盤的隔離降低到小于500歐姆/伏，則將發(fā)生故障。

特斯拉還在他們的Model 3和更新的電池組中加入了一種新的安全裝置，稱為火焰保險(xiǎn)絲。如果接觸器被焊接，該裝置可以通過小的煙火裝料吹開，這允許它們使用不太堅(jiān)固的接觸器。有時(shí)在電池輸出端包括放電電阻和接觸器，以使系統(tǒng)在關(guān)閉后主動放電至安全電壓。

電池的電池組需要被監(jiān)測并保持平衡，電池組中包括專門的電路板來執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)。這些電路板必須包括一個(gè)獨(dú)立的通信接口，因?yàn)槊總€(gè)電路板的接地參考電壓將是數(shù)百伏，彼此和主BMS（電池管理系統(tǒng)）不同。這些電路板監(jiān)測每個(gè)模塊的電壓和溫度以及模塊之間互連的溫度。它們還包含一小組電阻來執(zhí)行平衡任務(wù)。

電池組內(nèi)的電池塊必須保持在幾毫伏的范圍內(nèi)，以允許最大功率傳輸進(jìn)出電池組。由于電池制造中的自然差異，一些電池塊的充電或放電速度比其他電池塊稍快。為了解決這一問題，在充電過程中，需要進(jìn)行平衡，以從最高電壓塊中消耗少量的電源，使其靠近其他塊。這些塊監(jiān)控板還提供了額外的電池組安全功能，可以非常精確地監(jiān)控電池組內(nèi)的電池溫度和互連點(diǎn)。例如，在損壞的電池的情況下，這意味著可以在嚴(yán)重?fù)p壞之前發(fā)生故障，甚至可能發(fā)生火災(zāi)。

最后，電池管理系統(tǒng)或BMS管理監(jiān)視和控制電池組各個(gè)方面的任務(wù)。當(dāng)前分流器向BMS報(bào)告各種信息，包括傳入和傳出的總電荷。接觸器之前和之后的電壓測量允許監(jiān)測電池組系統(tǒng)電壓。接觸器控制和節(jié)能器電路管理接觸器閉合，并在接觸器拉入后最小化通過線圈的靜態(tài)電流。BMS還與塊管理板持續(xù)通信，以監(jiān)控電池電壓和溫度以及控制平衡。

監(jiān)測整個(gè)系統(tǒng)和連接器溫度，以檢測連接器或螺栓松動導(dǎo)致的任何高電阻連接。系統(tǒng)和包裝隔離也會持續(xù)受到監(jiān)控，其他可能的冗余安全功能也可以被整合。BMS還通過汽車以太網(wǎng)或CAN總線向車輛的其他部分提供通信接口，在該接口中，BMS與逆變器、充電器和其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。它計(jì)算并提供充電和放電電流限制、電池組健康狀態(tài)和充電狀態(tài)，并在接觸器必須打開時(shí)通知其他系統(tǒng)，因此理想情況下它們可以在沒有負(fù)載的情況下打開。