摘要：本文從動力連接結(jié)構、密封與絕緣結(jié)構、固定與減震結(jié)構、高壓風險控制、熱管理設計、電池管理系統(tǒng)等六個方面系統(tǒng)講解了如何將動力電池系統(tǒng)安全性設計做的更好。

動力電池系統(tǒng)是新能源汽車的最核心的零部件，7月26日，在重慶車輛檢測研究院有限公司、電動汽車資源網(wǎng)聯(lián)合主辦了2017中國新能源汽車測試評價技術發(fā)展高峰論壇，論壇從動力連接結(jié)構、密封與絕緣結(jié)構、固定與減震結(jié)構、高壓風險控制、熱管理設計、電池管理系統(tǒng)等六個方面系統(tǒng)講解了如何將動力電池系統(tǒng)安全性設計做的更好。

動力連接結(jié)構

動力連接是指將單體電芯通過串并聯(lián)組成電池模組、電池模組通過串并聯(lián)組成電池包的連接技術，要求連接結(jié)構具有高強度、高可靠性及低阻抗的特點。目前主要采用的動力連接方式為機械連接或焊接連接。

機械連接最常見是螺栓連接，此連接方式簡單方便、成本低，且裝拆方便，利于檢修。但這種連接方式缺點是對裝配操作要求高，裝配預緊力及表面質(zhì)量會造成接觸電阻不穩(wěn)定；同時螺栓易松動也會造成接觸電阻增大。對于如何保證螺栓連接的可靠性，論壇提出以下幾點：1、要選用足夠強度等級的螺栓螺母，以便承受足夠鎖緊力和機械沖擊力；2、選用防松螺母，以保證長期使用過程中連接處能夠抗機械沖擊和熱沖擊；3、保持連接導電體接觸面潔凈度和平整度，確保接觸面積足夠大；4、接觸表面需要做鍍層，以防止表面腐蝕；5、螺栓螺母確保鎖緊力達到設計值，確保接觸電阻盡量小。

焊接連接目前最常用的就是電阻焊接和激光焊接，此連接方式自動化程度高，一致性好，生產(chǎn)效率高，但最大問題是維護成本比較高。

密封與絕緣結(jié)構

關于動力電池系統(tǒng)密封與絕緣結(jié)構，值得注意的一點是密封設計。進行密封設計時常常忽略高壓連接器、MSD的防護等級，以及彈性元件等方面的限位，實際上，密封圈不壓得越緊越好，應該有一些限位，保持彈性區(qū)間不變形。

絕緣結(jié)構主要分為電芯的絕緣、模組的絕緣和電池總成的絕緣，電芯的絕緣設計主要是正極與負極集流體之間絕緣，其主要依靠電芯隔膜來實現(xiàn)絕緣設計，利用隔膜較好的力學性能和絕緣特性保證正負極間的絕緣。電芯（正負極集流體和隔膜等構成的總成件）與電池外殼之間的絕緣，主要通過隔膜來實現(xiàn)，在正負極集流體疊片或卷繞，完成后再卷繞2~3層隔膜以保證電池芯與外殼間的絕緣。電池正負極極耳與外殼間的絕緣，主要通過極耳與外殼間增加一層絕緣材料。

總成的絕緣設計，在模組安裝固定時需要做絕緣防護，模組與模組間的連接線束、電池箱輸出極、手動維修開關也需要做絕緣防護。

固定與減震結(jié)構

固定結(jié)構要有足夠的強度以支撐加速度很大情況下質(zhì)量很大的電池組，箱體底部設計縱橫梁，安裝固定后與車身連成一起也可以增加車身承載強度。選擇車身上鋼板等級和厚度較高部分作為基礎，將電池組有效固定，通過受力分析和計算，確定縱橫梁具體的結(jié)構、材料型號和厚度。對于縱橫梁和車身的固定連接處，應通過增加強板或改進結(jié)構等措施保證強度，使電池箱體即使在在惡劣工況下固定連接處也不發(fā)生變形。如車身厚度不能滿足相關焊接標準，可采用局部加厚車身方式保證焊接質(zhì)量，使電池組固定結(jié)構有足夠的安全系數(shù)。

連接時選用螺栓緊固方式，通過綜合考慮電池組質(zhì)量、碰撞加速度與接合面摩擦系數(shù)確定螺栓規(guī)格型號。固定點的選取原則是盡可能均勻?qū)ΨQ布置，使各螺栓較平均地承受載荷，推薦安裝固定點6~10個。

高壓風險控制

在高壓控制方面，一般將內(nèi)部高壓電路進行分割。電池包內(nèi)裝配繼電器，非工作狀態(tài)下因為繼電器觸點斷開，電池包對外無電壓，對于電池運輸、測試、安裝人員來說相對較安全。在電池中間位置安裝手動維修開關，保護在高壓環(huán)境下維修電動汽車的技術人員安全或應對突發(fā)的事件，可以快速分離高壓電路的連接，使維修等工作處于一種較為安全的狀態(tài)，如外部短路情況保護，維修時需要斷開高壓。目前設計的高壓分割均是模塊化設計方案，考慮到未來量產(chǎn)、降成本的因素，從電芯到成組時將BMS放入，連接將比較可靠，量產(chǎn)時需要的工時數(shù)將較小。

碰撞保護方面，可以將繼電器整合進入系統(tǒng)安全策略，一般是配合碰撞傳感器斷電為主動安全策略。車的前、后、側(cè)面各加碰撞傳感器，在車遭受碰撞時碰撞傳感器反應經(jīng)過安全氣囊控制器讀取處理以后，將碰撞信息反饋到整車控制器和電池管理系統(tǒng)，在電池包內(nèi)控制繼電器斷開，電池包高電壓被繼電器斷開，保證乘車安全。

絕緣檢測方面，較高的供電電壓對整車的電氣安全提出了更高的要求，尤其是對高壓系統(tǒng)的絕緣性能提出了更為苛刻的要求。絕緣電阻是表征電動汽車電氣安全好壞的重要參數(shù)，相關電動汽車安全標準均作了明確規(guī)定，目的是為了消除高壓電對車輛和駕乘人員人身的潛在威脅，保證電動汽車電氣系統(tǒng)的安全。

在過流保護上，為了保證車載用電器和乘客的安全，防止短路及過載現(xiàn)象的發(fā)生，一般選用熔斷器進行保護。熔斷器的選型涉及以下因素：施加在熔斷器上的電流特性、電壓特性、熔斷器的環(huán)境溫度、安裝尺寸限制、應用線路等。當外加電壓和安裝尺寸一定的情況下，熔斷器的選擇主要從電流特性、環(huán)境溫度及應用線路3個因素考慮。對于高電流保護區(qū)，所選熔斷器應具備以下性能：①容量大，通常在幾十到幾百A；②能夠承受瞬間高電流、高脈沖；③安全可靠性高；④運行環(huán)境溫度相對較高；⑤機械特性好。

高壓互鎖的目的是用來確認整個高壓系統(tǒng)的完整性的，當高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，就需啟動安全措施。這里面有幾個關鍵：HVIL的存在，可以使得在高壓總線上電之前，就知道整個系統(tǒng)的完整性，也就是說在電池系統(tǒng)主、負繼電器閉合給電之前就防患于未然。HVIL的存在，是需要整個系統(tǒng)構成的，HVIL主要通過連接器完成，主要防范的對象是線束&連接器的連接來確定，無法監(jiān)測各個部件外殼被打開的情況，所以每個高壓部件開蓋檢測電路是獨立存在的。

熱管理設計

動力電池熱管理是為了能夠準確測量和監(jiān)控電池溫度；電池組溫度過高時的有效散熱和通風；低溫條件下的快速加熱，使電池組能夠正常工作；有害氣體產(chǎn)生時的有效通風；保證電池組溫度場的均勻分布。

由于動力電池所采用的電芯規(guī)格較小，預留通風通道時，可以在一定程度上增加風道，幫助散熱。熱管理設計時，需要考慮系統(tǒng)整體的匹配，包括電機的功率、電池容量，盡量減小電池的倍率。如果電池倍率設計較為完善，正常的散熱就已足夠。加熱方面，需要預留加熱的空間，實現(xiàn)天冷充電過程中的加熱。

電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)方面，目前電池管理系統(tǒng)在和整車結(jié)合的部分還有較大改善空間。電池管理系統(tǒng)需要對于電池的溫度、工況條件等特性了解得非常透徹，但實際上這并不容易。目前電池的各種問題，主要是因為對電池的特性了解得不夠，對于電池在任一時刻、任一溫度環(huán)境下，電池的放電能力是多大，能夠給整車提供多大的倍率，電池的壽命如何，處于什么的范圍區(qū)間，這都是電池管理系統(tǒng)需要去做的工作。