电池组的选择与设计

蓄电池作为动力源，一般要求有较高的电压和电流，所以需要将若干个单体电池通过串联、并联与复联（串联和并联混合应用即混联）的方式组合成电池组使用。串联的主要目的是增加电压。并联的目的是增加电池容量。电池组中对单体电池性能有严格的要求，在同一组电池中必须选择同一系列、同一规格、性能尽可能一致的单体电池。目前，影响纯电动汽车发展的主要因素之一是续驶里程短。电动汽车续驶里程的影响因素较为复杂，其中电池的容量、电池箱串联电池个数、电池箱并联电池组数等较为重要。电池组的选择与设计主要考虑如下几个方面：

　　1．生产过程的质量控制

　　首先，对母料的来源、纯度、成分、配比、保存条件、隔膜质量的严格监控与检验，是保证电池单元一致性的第一道关卡。正、负极材料和电解质等的原料尤为重要。

　　其次，要严格控制电池单元制造过程。如电池涂敷工艺，在生产过程中，浆料涂覆均匀性及厚度均需自动化监控设备及时调整，以保证涂敷均匀。固态工艺，液态（润湿）工艺，熔铸工艺，控制纳米级颗粒的纯度、大小和晶体形态，溶剂的选择，添加反应剂的秘类，配料及保证配料均匀，过程产物和废弃物的回收利用（减低成本）等，每一个关键环节的质量控制都非常关键。任何一步的过程参数和反应条件出现微小偏差，都会直接影响成品的一致性，导致合格率无法达到量产的水平，从而影响电池单元的商业化生产。故此，大型专用精密生产线是保证工艺稳定性的必要条件。

　　 2．动态平衡与系统联动

　　对于已经用串联原理组装而成的电池组，仍可以用动态均衡原理改善其一致性：对于电池组内的每个单体电池，其电压、内阻和荷电状态(SOC)等参数都是可以随时监控的。这些信息如果可以及时有效地反映给电池管理系统，由电池管理系统按各个电池的实际状况，控制其充放电状态和流量，以及相应的冷却散热调节，保证电池单元在最适宜的状态下工作，自然也就可以最大限度地保护电池单元，延长其寿命，确保整个电池组在使用中的一致性。

　　3．电池一致性补偿

　　充电设计有旁路分流电路，以保证每个单体都可以充满电，这样可以减缓电池老化的进度，延长电池的使用寿命。当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证电池组表现能力更强。

　　4．电池箱串联个数

　　增加每个电池箱串联电池的个数，电动汽车的续驶里程明显增加。这主要是：一方面由于增加了电动汽车电池的数量，可以增加电池组的总能量储备；另一方面由于电池组的电压增高，在电池放电效率相同的情况下，减小了电池的放电电流，可以增加电池组的有效容量。电池箱电池数量的增加，会增加整个电池组的电压，电动汽车的动力性会得到提高。

　　5．电池箱并联组数

　　在保持电池组总电压的情况下，增加并联电池箱的数量可显著增加电动汽车的续驶里程。这主要是：一方面增加了电池的数量，可增加电池组的总能量储备；另一方面由于并联支路的增加，在各并联支路电池箱不超过额定放电电流的情况下，可以增加电池组的放电电流，从而增加电池组的额定容量。增加电池箱并联数量，可提高电池组的放电功率，电动汽车的动力性会显著提高。

　　6．电池组的热管理

　　在电动汽车上由众多的单体电池通过串、并联的方式组合成电池组，以达到所需要的容量和电压要求，并以某种方式安装在电池箱中。要使电池组发挥良好的性能、确保安全使用和较长的循环寿命，电池的工作温度需要限定在一个比较小的范围。电池组热管理系统就是为确保各电池工作在适宜的温度范围内，它包括电池箱、风机、传热介质及其监控设备等部件。

　　由于动力电池组的各个电池组通常布置在汽车底盘的不同位置，各处的散热条件和环境不同；即便在同一电池箱中，处在中间位置的电池也更容易积累热量，而在四周的电池散热条件就要好些；并且各个电池单体由于本身内阻的差异也会引起在工作中发热量的不一致性。电池组内各单体或模块之间的温度不一致就会加剧电池内阻和容量的不一致性，进而影响电池组的充、放电性能和使用寿命。热管理系统通常具有五项主要功能：对电池温度的准确检测和控制；电池组温度过高时能有效散热和通风；在低温条件下能快速加热，使电池组工作在所要求的温度范围内；使电池组温度均匀分布，以保证所有电池单体温度有较好的一致性；产生有害气体时能有效通风。有些电池在工作时会产生较高的热量，可采集其热量用于汽车空调取暖系统和风窗玻璃的除霜等，使热量得到充分应用与管理。

　　7．电池组的安装设计

对动力电池组在电动汽车上的布局安置，除了按车辆动力学降低质心的配重要求和维护方便外，还应考虑使各电池能得到均匀散热。毋庸置疑，提高电池组一致性的终极目标是提高电池组的性价比、寿命和安全性。电池组能否发挥最佳效能，除了其本身的特性，还受制于电池组与其他系统的配合。如果能在研究提高电池组效能的同时，完全针对将要采用的电池组的实际特性，设计对应的电池管理系统、起动系统、发动机系统和充电系统部分，就可以达到最佳匹配效果。这样，即使电池组单体的一致性提高有困难，但是专门配合其他系统，一方面可以精准地检测和控制电池组及每个单体的温度、电性能参数和寿命等，另一方面可以及时调节其温／湿度．合理安排电池单元的充放电，防止一部分电池单元过载过充，而另一部分电池单元浅放浅充等问题。

　　这样综合、系统地设计电池驱动系统，降低了电池模组的使用门槛，但对系统设备供应商的整合能力提出了更高的要求。要设计出理想而均衡的系统，设备厂商需在化学、电学、材料学等基础科学上深入研究，并在相关的电子、电气零部件和准系统等有成熟的技术。