對于電池Pack技術(shù)研發(fā)人員，設(shè)計好一款動力電池系統(tǒng)，重點在于梳理機(jī)、電、熱、化之間的相互關(guān)系，相互作用、相互影響，定量和定性地分析產(chǎn)品是否可以滿足產(chǎn)品設(shè)計指標(biāo)。

熟悉特斯拉的朋友都知道，單論電池和電動車技術(shù)，特斯拉其實是排不上號的，但特斯拉卻一飛沖天，成為全球各大車企的對標(biāo)車型。究其原因，就在于其出色的電池包設(shè)計及BMS技術(shù)。

由此可見，一直被認(rèn)為技術(shù)門檻低的動力電池Pack技術(shù)，其實在電動汽車整車性能中扮演著非常重要的角色。

當(dāng)前，通過動力電池包的輕量化來大幅度提升能量密度已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的主流方向，但筆者想要強(qiáng)調(diào)的是，在輕量化的設(shè)計過程中，一定要注意嚴(yán)格把控動力電池系統(tǒng)的性能變化。

事實上，動力電池Pack是一個非常有講究的環(huán)節(jié)，比如電池PACK的電子和電氣組件在較強(qiáng)的機(jī)械載荷下是否會發(fā)生連接松動？是否會加速老化？電氣與結(jié)構(gòu)組件之間的距離是否會影響絕緣性能？BMS功能失效是否會導(dǎo)致電芯發(fā)生過充進(jìn)行引起熱失控？溫度變化對電池荷電狀態(tài)(SOC)計算精度會產(chǎn)生怎樣的影響？長期高溫環(huán)境使用，電池壽命衰減程度如何？

這些問題都直接影響著整車性能，而對于電池Pack技術(shù)研發(fā)人員來說，設(shè)計好一款動力電池系統(tǒng)，重點在于梳理機(jī)、電、熱、化之間的相互關(guān)系，相互作用、相互影響，定量和定性地分析產(chǎn)品是否可以滿足產(chǎn)品設(shè)計指標(biāo)。

機(jī)、電、熱、化四個方面幾乎涉及了動力電池的全部性能，是研發(fā)人員需要注意的核心技術(shù)。

機(jī)

電池包裝載在汽車上，首先得考慮和滿足機(jī)械方面的特征，產(chǎn)品需要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在振動、沖擊等機(jī)械載荷下不發(fā)生形變和功能異常，在碰撞、擠壓、翻滾、跌落等事故狀態(tài)下有足夠的安全防護(hù)。

電

電動汽車依靠電能驅(qū)動車輛行駛，瞬時功率可能高達(dá)幾百千瓦，電壓范圍從幾十伏特到幾百伏特，電流也可以達(dá)到正負(fù)幾百安培，大電流的充電和放電，以及高電壓的輸出，意味著電池包有很高的電氣載荷要求。

此外，整個電池包由非常多的單體電池構(gòu)成，為了有效地管理這些電池，控制電池包的充放電，以及響應(yīng)整車層面的功能需求，電池包還有一套非常復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)(BMS)，由傳感器、執(zhí)行器、控制器(電控單元)等組件構(gòu)成，采集系統(tǒng)的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，進(jìn)行復(fù)雜的計算，與整車其他部件進(jìn)行通信，完成特定的功能，實施判定系統(tǒng)的運(yùn)行邊界，控制系統(tǒng)的異常狀態(tài)等。

熱

1、首先是針對外部環(huán)境的熱管理要求，在北半球的高緯度地區(qū)，冬季的室外溫度會達(dá)到-30℃，甚至更低，而在低緯度地區(qū)，夏季的地面溫度可以達(dá)到50℃以上，電動汽車必須面對嚴(yán)寒和酷暑這兩個極端的使用環(huán)境溫度要求。目前的電池技術(shù)，還無法應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，為了延長電池的使用壽命，也不能讓電池工作在如此寬廣的環(huán)境溫度下，所以必須在電池包設(shè)計的時候，為電池裝配“空調(diào)”系統(tǒng)，夏季能夠降溫，冬季能夠加熱，從而解決大范圍變化的環(huán)境溫度所帶來的挑戰(zhàn)。

2、針對內(nèi)部熱管理要求，因為電池內(nèi)阻和電氣部件阻抗的存在，充放電條件下，電池包內(nèi)部會發(fā)熱，電流越大，發(fā)熱量越大，如果不能及時把內(nèi)部熱量散出去，輕則影響電池壽命，導(dǎo)致使用壽命快速衰減，重則引起熱失控，帶來安全問題。電池包產(chǎn)品的熱管理系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，要解決加熱、散熱、保溫、熱均衡等幾方面問題。

化

化指的是電化學(xué)，即電池的電化學(xué)機(jī)理。以目前大量使用的鋰電池為例，其表現(xiàn)出來的物理特性是有電化學(xué)機(jī)理所決定的。鋰離子在正極和負(fù)極之前來回的穿梭，與正極和負(fù)極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變分子結(jié)構(gòu)，從而在正負(fù)極之間表現(xiàn)出充電和放電的物理特性(電子移動)。

化學(xué)反應(yīng)的數(shù)量規(guī)模，決定了電池的充放電的能量(產(chǎn)生的電子數(shù)量)；化學(xué)反應(yīng)的快慢，決定的充放電速度；化學(xué)反應(yīng)的的可控與不可控，決定了電池的安全性；化學(xué)反應(yīng)的可逆程度，決定了電池的壽命。電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，除了跟電池本身的材料相關(guān)之外，還與外部的電氣載荷和溫度有非常大的相關(guān)性。如我們所知的，大倍率的充放電或者高溫度下使用，會導(dǎo)致電池壽命的衰減，短路會導(dǎo)致熱失控等現(xiàn)象。

總結(jié)

電池PACK系統(tǒng)集成，是復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵，除了對各個子系統(tǒng)需要有深入的研究之外，還要特別關(guān)注子系統(tǒng)的接口、交叉、相互影響等，以及由此表現(xiàn)出來的新特性。系統(tǒng)集成需要應(yīng)用大量的過程分析方法、輔助以仿真分析和測試驗證，才能達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)。