純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池包的設(shè)計(jì)

純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池包的設(shè)計(jì)集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)電池包設(shè)計(jì)王陽(yáng)寧國(guó)寶鄭輝〔同濟(jì)大學(xué))【摘要J針那純電動(dòng)片車(chē)，根案設(shè)計(jì)要求選定永磁同步電機(jī)種功力蓄電池春數(shù)，提出了一種崖用T集中電機(jī)壁劃施電動(dòng)汽車(chē)的m沌包詼計(jì)瓶程.包括安全相.可能性、布宵力?案、祖伴玷構(gòu)，楹荷分配校校.熱普理、固定納構(gòu)■.域束.十叫欖棱利納構(gòu)有限土分析菁，井利用詼設(shè)i一流擋成功充成了電泡包犬;史主題詞:純電動(dòng)汽車(chē)集口電機(jī)驅(qū)動(dòng)整軍圳成電池包中圖分類號(hào):L469.72文獻(xiàn)抓識(shí)碼：A文童編號(hào)-1000-3703(2011)07-0032-04BatteryPackageDesignofCentralMotorDriveElectricVehicleVi&幅，、iri月匕l(fā)hHmukZh*tngIIni(T蛔iI.niTSttity)[AIjstriKt]Pf-iiPiuPiKnixynthror心u*nk<ih>ran\\ballrrpbinimrlrr^Eire;deifijnlirigIvigrtrt-inpirrinruli?|rlwlric,<rhick.heIhballttrypiirk，Hgrdfign[PnH：r*iFL)rI'ttniriilmnlurJi'ivrtilticlrit：vkHirIkgiriLrodim],whiuhiiitdiiilrbhriiTifsticmEiIify,liiYcml,fltnicturr,distrihut補(bǔ)加veri+icdiTP^Ti,iht^rmulmiinup^ment,fixingFtnirmrt、^viriTighspaceVHrjric：$LiiiiiMudnlnj^：liii^FEMunjilydi%undtteiim。jtimk理u浦i拍也-lup引％u「i而％「ull,withiJti-；iIrkl^ijpnii：「賊Keyvviirds:ELeirtricvehicle,Centralmotordrive.Vehicleinte)?rdti?n7Batteryp^arkjge32汽辛技術(shù)32汽辛技術(shù)1前言以住統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)為基礎(chǔ)改造集中U機(jī)業(yè)劫挽電動(dòng)汽年髭種快速.適古小批屋試君IL粒蛻控制成本的電動(dòng)汽乍*發(fā)解決力案日該右案蜻大限度保留原車(chē)型的車(chē)身結(jié)構(gòu)利組懼對(duì)動(dòng)力?成系統(tǒng)利相關(guān)濡件進(jìn)行替罹.即用堡中用機(jī)驅(qū)向系統(tǒng)代替內(nèi)燃機(jī)利變速器系統(tǒng)與怯動(dòng)親統(tǒng)連接。純屯動(dòng)汽化同其它形犬新能源汽車(chē)相It,在技末實(shí)現(xiàn)上沒(méi)有電太制約，且成本叫以太帆降低.限制其發(fā)展韻主要聞?lì)}是域就鼬力不理想-主要適用香I?在城市內(nèi)使用-本論丈以某豌電動(dòng)汽牛曲型「作為使托，根據(jù)諼蛆助汽牢的做體設(shè)il?要珠，今昭了一種集中電機(jī)垠幼她電幼汽車(chē)的電池包設(shè)計(jì)情況&2整車(chē)設(shè)計(jì)要求2.1實(shí)川作焚求稅航能力”很?"■&的魂電動(dòng)汽車(chē)比較符有國(guó)情，鼻具體實(shí)用性耍*有：扳續(xù)駛畢.程在Fim箱環(huán)標(biāo)準(zhǔn)I、因到1U0城駛里欄frFTP72循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下達(dá)到100km,以60虹雄的經(jīng)詼時(shí)速最大續(xù)剎!里程達(dá)到165km,年行。里程可達(dá)25000kmc在枕堂充電站充到山池，蜂電1TO的設(shè)計(jì)充電時(shí)間約為2h...車(chē)輛保特康有4摩格N一可轂乘切數(shù)不受於響，有一定的行李空間。12幼力性和操凱穩(wěn)定性姿-求原型牛為中高皴轎牛：.您則上改型后純電助汽年的動(dòng)力性利操颯穩(wěn)定性與膈卑相比不域有次大是別，具體要求有：H.45。km/h加速時(shí)小.為5%h最高土速約為110km/h,d從挑嫌崔更性考慮，的、,ri輪教荷分配座盡可能均衡。2J室全性一要求￡,3.1蒂構(gòu)安全性能驥求電池包H規(guī)定的碰第工.況卜-必箴保持婿構(gòu)完整和商定W靠，車(chē)輛菱I血正而碰楨試嘛蒯得的工向M速度峰悄約為孫寄，電濁包姑構(gòu)謎計(jì)以此作為受力要求°電池勺丁作在振動(dòng)中的李身IH,其怖態(tài)局都應(yīng)力利冽態(tài)企局給構(gòu)共振卜的疵若壽命褥滿足段寸要求。2.3.2電安全性能要求2.3.2電安全性能要求為改普純電動(dòng)汽中?的動(dòng)力隹和能量利H率，動(dòng)力蓄山池的屯壓越來(lái)越高，由兒1-伏上刃到現(xiàn)在的數(shù)nk..為確強(qiáng)用電安全，湍要配備*門(mén)的高壓電

管理系統(tǒng)』實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓電路的電舞狀態(tài)，通研狀態(tài)r^.i^P：，lll5火戲U市世；,.',□，空沁L；：立即輸由故障狀態(tài),井利H繼屯器噌由相應(yīng)動(dòng)作「在根垣酎仇內(nèi)f|明切新高.壓電輸出.從機(jī)械角度，電池包還應(yīng)具備楚蜂防?護(hù)、漏屯保護(hù)、電纜接捅骨防設(shè)插，車(chē)輛碰撞后高壓屯彳動(dòng)斷開(kāi)，緊急斷電保護(hù)安4*美.高耳電系統(tǒng)用腿月的安全包標(biāo)■等功能：高壓電系統(tǒng)還冷要考虐電磁兼容(EMC)性能，坤未經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析與設(shè)LI,屯磁輻射叫能倉(cāng)干擾CAN悟號(hào).從而便iF常功能K法實(shí)現(xiàn)，對(duì)行車(chē)安金造成不利影響匚摟午的屯磁福射騷擾及頁(yè)弒度K驗(yàn)結(jié).果需滿足現(xiàn)白粗關(guān)標(biāo)準(zhǔn)-之3一3躍水防生性能要求考虐到車(chē)輛行恥!邸境的豆雜性相電安辛總勝一您成為由池包提供??個(gè)防水，防，.，通呻的空間°設(shè)計(jì)電氣陛入防護(hù)等地選用IP55JP表小.I鵬詢Pnaeetioni進(jìn)入防護(hù))tIPXX后第I個(gè)數(shù)字表示防塵答/數(shù)字越大，防生等皴越高,冷塵5覲，表示不可能寸全阻止火塵進(jìn)入，但撫塵域入數(shù)量不會(huì)笊響設(shè)備正常壇行;第2個(gè)數(shù)字賽示防水等搬，數(shù)字越大，防水等皺越高，防水5繾，指從任何方向?qū)ν?沒(méi)備射值功摩應(yīng)不小F驅(qū)動(dòng)電機(jī)址大功布'以電乩q率F刊矩特性為依據(jù)確定的母線電居苑陶是電池糾的允許屯壓I作范用，配合中悻電地雪數(shù).就鹿瑜區(qū)所需的屯池故依掘軍制維駛司程和動(dòng)力性等要求，可得到U他容量〔表？以2動(dòng)力蘑電池莎數(shù)電浦刑式悝離f布1定電W36&電池徭E/A-lhRfl摸埃數(shù)22坑坦方式]|平W井3.2電池包堆計(jì)電池相主拶數(shù)/定后，根揖模塊形狀尺才、布置宇間和性能要求設(shè)計(jì)電池包.使川苞池W模塊化設(shè)il?和財(cái)裝的優(yōu)點(diǎn)主要有空間緊湊..能在有陽(yáng)空閆中.布貿(mào)較多電池模塊；有利于系統(tǒng)祓計(jì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng);有利于高壓電蛆嫁防護(hù)；適合模塊化拆裝.快速史換；有利「電地句雄梅.共缺」5是電池包扇晴較大，巧街散:熱困難°電池包設(shè)汁流程如圖1所疏，衣全吐.耳忒也.，:r如防水軍甄超鬲,防水5級(jí)，折隊(duì)任何方向?qū)ν圃O(shè)備時(shí)水不應(yīng)引起損害，3電池包設(shè)il3J屯池包參數(shù)設(shè)土根據(jù)升.內(nèi)空氣布置及功率需求，純電動(dòng)汽:乍常選用永破同步值機(jī)(表1L通常以保證最高車(chē)速為能件初步選擇由動(dòng)機(jī)由率。在滿足質(zhì)斌及可非性前提I*犧定轉(zhuǎn)速越高、功率密度.越大,則體枳越小■，質(zhì)量越輕.但相防的披堆器速比建大.驅(qū)初電機(jī)峰俏轉(zhuǎn)補(bǔ)股根據(jù)整車(chē)爬坡性能要求確席，電機(jī)釁值轉(zhuǎn)速則按瑚最高車(chē)速及住動(dòng)比確尤叫1米磕同步電挑瑟數(shù)領(lǐng)定山玉/V^75(DC)蜂尚功率爪呼90蓄定常勒+皿100峰怕配矩/TVm210額定轉(zhuǎn)速/r'-min-14000岬植?轉(zhuǎn)速M(fèi)minJ11500冷卻月式水待鮑麻等最H避防護(hù)等讖1P55Iq制S9丘建離子電池的比能策和比功奉都較何，適臺(tái).IIJ作動(dòng)力蓄電池L訕力普電池的選型要綜合奇慮純申命汽車(chē)曜體，件能及動(dòng)方系城叫酗魅成'評(píng)價(jià)電I.,鋰離了電池的出能量和比功率都較高，生合用作用力誓電池，動(dòng)力用電池的逸叩.要蚱含考慮噸電動(dòng)汽車(chē)整體性能及動(dòng)力一牽統(tǒng)匹配耍求-評(píng)價(jià)電池性能的蠢數(shù)很多，主要參數(shù)是最大充許充、放蟲(chóng)功率和容量叫整車(chē)能量控制策略蜜求動(dòng)力普屯池峰201]—篇7期國(guó)L電池包設(shè)詐流程3.2.1安全性、功能性分斯前舶、中央通逍■，卑底汕箱位置訊后備箱是可利用的電池布置站間-將電池包布置在前胎和中央通道對(duì)船車(chē)軸荷分布及動(dòng)力性能有利，但祐搶內(nèi)需布置動(dòng)力，冷卻和空調(diào)系統(tǒng),11牛犧發(fā)生正而碰攆的概率相對(duì)較大，易使前觸變拶?律致電池破桐.H?至“投起火事故，因此.不推薦將電誰(shuí)包布置在前胎.[建型中央逋道有桂動(dòng)軸經(jīng)過(guò)，沒(méi)有布置空間，因此加率相對(duì)較大，易使御船變括J致電池破桐，W至出發(fā)起火中故M『，F(xiàn)推薦將電池包布告彳.前冊(cè)，本車(chē)型中央通道有佐動(dòng)和經(jīng)過(guò)，沒(méi)有布置叩問(wèn).?月此將電她包布曾在車(chē)底油箱位置和后備箱中。后備氧內(nèi)咆注包不度占用*：輔尾部的硬抵吸能區(qū)空問(wèn)，IIIFz<—33—

耕H重K約堵加15%.因此為車(chē)輛提部碰撞預(yù)留-的吸能區(qū)域也應(yīng)相隔擴(kuò)大，3一2衛(wèi)方案布置也池包內(nèi)共需巾宜22個(gè)電池模塊，首先鬟結(jié)合電池椎垸大小科車(chē)身尺寸確定布置方案，li池在工作時(shí)會(huì)有一定膨脹，需在模塊問(wèn)給電池形交預(yù)留足夠間隙，井將此W寸要求柞為設(shè)LI?公）：體現(xiàn).圖2是后備帶內(nèi)和油箱姓電池?fù)p埃布置方案『W■~^arrTbujijl頊UlRffiiHOOffm）.占缶箝屯他包um視曲i比）白缶箱電池也:視圖）咬電池包I為憤隋｝圈2電池包布胃方寮3.23總體奸i構(gòu)設(shè)計(jì)咬電池包I為憤隋｝圈2電池包布胃方寮電池包股體靖構(gòu)遂計(jì)時(shí)，始構(gòu)強(qiáng)度要足夠大，以保證車(chē)抽在發(fā)生碰撞時(shí)11池包魅件站構(gòu)不陞破壞，電池模塊不會(huì)琨入乘員拒;在.有限空問(wèn)豹柬下一足可能保證電池模塊及單體實(shí)現(xiàn)均與散燃；保證電池包與車(chē)身連接緊同匚最綣方.案為采用3信型材支架甜成電池包結(jié)構(gòu)C圖3）.型?甘尺寸通過(guò)計(jì)位珈定：此方案的優(yōu)點(diǎn)是能保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為電池模抵均勻散燕瓶留了空問(wèn)，不足是需分M裝配」1.時(shí)制造精度.如笑較高*圖3啟希箱電池t*.一內(nèi)站粘構(gòu)利宓配方案3.24戟荷分配校核改型中需姿增加和粹除的主要幫件見(jiàn)表3所列，為提高載荷分配計(jì)算精度，需要逐?確定各部悴質(zhì)量“表3增減的校心部件用凱筮的機(jī).電耳附撲表3增減的校心部件用凱筮的機(jī).電耳附撲電機(jī)及控制器京速器轉(zhuǎn)向也〃滎電動(dòng)澈出助力轄向系統(tǒng)請(qǐng)施粗件用而圭鄰空牌樸.埔＜1電動(dòng)空調(diào)壓縮成及控制般油箱電池包脫控制單"L，屯動(dòng)JX空系拌氣系統(tǒng)電動(dòng)冷卻水兼夏控J器車(chē)輛控制系統(tǒng)楓：所轉(zhuǎn)換肆的A*,如黃、誠(chéng)振器、牛:粒等都應(yīng)根據(jù)新參數(shù)進(jìn)行匹配庾H井調(diào)整或更腆u甚十成本，制造部皿.質(zhì)量、技術(shù)成熟岐等方間考慮,電池包嫻管理系統(tǒng)栗用.此衿方式。：1|『鋰離于山池店行的最憂「懷鼠度區(qū)I：一較個(gè)，巨電池粗的行為特配受屯池包單體工作狀況限制，因此.系統(tǒng)時(shí)溫度控制和故熱均旬性有很高要求。從防水、防塵角度，卷要求電池包熬管理系觥必領(lǐng)引用沽凈空箕仲本文采用從后備箱內(nèi)弓!入空氣，再將熱空代打管路送回后備箱內(nèi)扣坑機(jī)排出車(chē)外的熱管建方累。后各桁內(nèi)電池包將從左例引入空氣，通過(guò)電池包』1邢行自右俯管路送入立14機(jī)完成般熱（圖4a）,車(chē)底油箱處電池包也湍段計(jì)管路，將自后備箱送來(lái)的空弋吹牢輛中央平面位置引K兩側(cè)電池包，地室弋閂電池包后方通過(guò)管躊再送凹后備箱4塢機(jī)（圖4bL為保證備模塊間曲愁場(chǎng)勻性，電池包內(nèi)還設(shè)計(jì)"?些導(dǎo)M板.以引導(dǎo)氣流根據(jù)帝耍有蚊通過(guò)，空氣流速,成適尺寸一利風(fēng).機(jī)用率等姻管理系統(tǒng)徨計(jì)耕數(shù)根據(jù)汁算和有限元分析「段確定.有限?？廖鲂：税◣缀谓＃–AT1A，網(wǎng)格劃分（HyperMsh）和計(jì)算鄙體力學(xué)分析；Flmul）3個(gè)主要部分-設(shè)十流程為仕炸散熱M：r初定州機(jī)功率r設(shè)計(jì)凡道結(jié)構(gòu)r計(jì)算用.降、流速，確艱.M道損而K寸一校校魄熱最T枝核坷消擊需空詞一試驗(yàn)蛉證。電池包及動(dòng)力電境、散短系統(tǒng)、捽制器等的總質(zhì)蛾很太，會(huì)影響整乍藐荷命配，"成屯池包總陣布首后「.在CATU軟件中檢查苦部性坐標(biāo)，根據(jù)告部件質(zhì)量估算整車(chē)載荷分配是否滿足設(shè)訃要求.改型，□車(chē)內(nèi)有一君駕皺員時(shí)牛輛前、后鳳魅分配約為43l57c為保證車(chē)輔，詞!t時(shí)的穩(wěn)定性與安全性，原車(chē)—34—

梁存百孔隙「，蕃箱內(nèi)的風(fēng)扇噪音會(huì)箕播到泰員船十降低乘坐舒適世._、也池包信玲能束由各也池包匯總.-J^CAN，il眺仿輸給電池管理慕統(tǒng)5MW,幼方攜柬通過(guò)布置在行備帶前部的線辟看.與HMS'/IAW趨的IJCfW:轉(zhuǎn)換器和高壓屯器，戲路色內(nèi)的主要都件甌保險(xiǎn)維、存.1|、毋氏利繼電器勺線審合理化姓計(jì)還哽滿足電康.某容和總線無(wú)余耍季。3.18Fj斜覘圖3.18ra4風(fēng)適設(shè)方案3.2力電池包團(tuán)定結(jié)伺世計(jì)尚定結(jié)構(gòu).要有足夠的強(qiáng)度以吏捧加速度很大情況F質(zhì)量很大的沮池魅還要者息凰可能不改劫原『月既利?專限勺裝配電池包的操作建劾程度，.音?備箱內(nèi)（圖晶｝布置的'電池包較多.康量很&,砰撞后對(duì)后作乖員有較大成冊(cè)，而且R?務(wù)犧內(nèi)剩徐T間有限，姑構(gòu)設(shè)訂?避度很太。選擇車(chē)身上銅板等級(jí)利厚度較高部分作為基礎(chǔ)，將電池習(xí)有牧困足，通過(guò)哽方分析利計(jì)算.碰定具體的維構(gòu)、材料型號(hào)頹厚度。如車(chē)身厚度不能滿足利美焊按林推.叩采用局部加厚乍身方式保亞埠樓質(zhì)H.使電池包固定結(jié)構(gòu)有足夠的安全系數(shù):連接時(shí)選用螺栓緊固方式.通過(guò)綜臺(tái)者唐電■池包城陸.碰撞m姓度與接會(huì)面摩擦系淞麗定螺柱威格-蝎榨緊周的主要優(yōu)點(diǎn)是可靠性高.鍬點(diǎn)是會(huì)埔大電池包快速更換的雅度，此外，屯池包裝卸時(shí)需要??》齦準(zhǔn)平而網(wǎng)此主其底部設(shè)計(jì)了兩條方便推入推出的滑道*油箱處（圖陽(yáng)電池包削乘員直接啊抑較『，但碰撞后出池包結(jié)胸被破壞時(shí)仍有很衣隱患-逢接點(diǎn)的選取原則虻要便備螺栓較平?均地承受或荷.且能郛在有限空間內(nèi)實(shí)瀏裝卸..為進(jìn)-?止提高碰捶時(shí)電池包的玄令系數(shù).地可以在.電池包，:rlj牛身間晾部位加入橡皎伴，增大按觸面枳，降低碰拴時(shí)掇椎承受的應(yīng)力，提高可靠性匚導(dǎo)「；務(wù)推內(nèi)5,袖福姓捋，山池包因定華構(gòu)[h,后備哲內(nèi)（h）ifiiffia碧圖5電而包固定結(jié)枸3.2.7城束設(shè)計(jì)與布置后各箱內(nèi)儲(chǔ)個(gè)模塊婦汕箱姓&個(gè)模玦構(gòu)成次11的并聯(lián)結(jié)捌｛圖W,為保證高壓并聯(lián)系統(tǒng)電聞均衡.并聯(lián)能束&度.應(yīng)盡量相等。我束布置而考慮將較粗的動(dòng)力電纜合珪穿過(guò)年身，且盡』韻不破壞車(chē)身站構(gòu)中此外，眺束布置不腿影響車(chē)內(nèi)空間密射，如油后拜掙電池囪〔前）「…―■…一_…；電沌壬：,?;T?..'圈&電池包級(jí)路路樣空間校核利用CATFA軟件裝配模埃的測(cè)雄功能對(duì)電找包亍土身、傳動(dòng)軸的間距、離地1勺隙等諼行今而檢查-不僅要保證電池包利4：身間留有足夠間隙，還?？家搽姵匕鈨?yōu)厚廈、思管理系統(tǒng)、統(tǒng)束布插件和保與位置等因素“3.Z9結(jié)構(gòu)有-限元分析利用CATLHyperM瑋姑和MSC^ati'aa軟件.用前面提到的受力工況歸」?電池包結(jié)構(gòu)有限據(jù)命析c網(wǎng)格劃分主要使尤叫誼形和二角形元素，焊接部位使用血見(jiàn)剛性連接，限制車(chē)身上零件節(jié)點(diǎn)全部的6個(gè)自由度.電池模挾側(cè)機(jī)材料定義為鋁制有料，井氽結(jié)構(gòu)使用45號(hào)優(yōu)質(zhì)錮。將有限元模型導(dǎo)入MSCTainin,據(jù)義加載即邊界條件后，可仿口得到屯池包結(jié)構(gòu)"力分布.優(yōu)化敝圖7a）tt口一-結(jié)果顯示，最大VanMg應(yīng)力為1030MPa,結(jié)何某些薄