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三、动力电池的结构原理与应用
通过前两期对纯电动汽车基本结构的整体介绍及说明，读者对纯电动汽车应该已经有了基本认识。接下来几期笔者将对纯电动汽车核心控制技术动力电池及驱动电机进行相对详细的介绍，但限于文章的篇幅，同时想在编写过程中结合自身工作经历，包括想将新能源大赛执裁经历结合到文章之中，因此该文在内容上可能与一般的理论性文章不同，甚或有些只是笔者的浅见，但这也恰恰是我想与大家分享的。
纯电动汽车的动力电池及管理系统承载着纯电动汽车的重要核心技术，由于电动汽车动力电池使用的电压高达数百伏，电流高达数十到数百安培，而且使用环境恶劣，因此要求控制保护及控制措施更全面、更严格。
根据简单的物理知识可知，电池是串联增压、并联增容的。锂离子电池在手机和电动工具上使用的电池管理系统比较简单，因为涉及并联和串联的电池个数不多，需求的电压不高，一般控制好最高充电电压、最低放电电压及温度就可以了。当埋离子电池在电动汽车上使用时，需求的功率高达数十千瓦，电压可达到300～600V，电流高达100A以上，这就需用数十个甚至是成百上干个电池并联及串联，且由于动力电池有感性负载和容性负载，由此就带来了一系列问题需要解决。例如：对外上下电控制、供电高压安全性、充放电电压和电流的测量与控制、高压线路绝缘监测、继电器触点开闭状态监测、各模组电池电压检测、总电量Soc计算、与整车控制器的通信、向充电系统发送充电通信请求等。
图25为动力电池总成内部结构。不同的车型会选用不同厂家的动力电池及其管理系统，每种动力电池电芯并联与串联的数量也不相同，这是整车厂与电池供应商协调设计完成的，整车厂与电池厂还会协同完成如下工作：
（1）整车厂设计新车时首先提出车辆的总体性能要求，包括整车满载质量、一般行驶速度、最高车速以及最高车速持续时间、加速性、爬坡度、车辆迎风面积和轮胎直径等参数；
（2）依据这些参数初步计算出车辆在不同车速时的迎风阻力、轮胎阻力、坡道阻力和加速时的驱动力等；
（3）由此选出驱动电机的额定功率和最大功率；
（4）随后选出动力电池的容量和工作电压，根据续驶里程目标可以计算出电池的功率；
（5）接下来确定电芯的材料、容量和数量；
（6）将电芯并联组成基础模块以达到容量要求，然后确定基础模块的数量，将它们串联以满足工作电压的要求，当然还要综合考虑动力电池布置的空间和环境，考虑选择圆柱形还是方形，或者软包电芯，以便后期设计动力电池内部总成的硬件。
1．电芯模块、电池模组及模组布置
为了提升电池容量需要把单个电芯进行并联，通常把几个容量、性能参数一致的电芯用激光焊接并联组成基础模块，例如3组并联，即3P（Parallel），当然也可以将更多的电芯并联，如5P甚至16P等。同时为了提升电池电压，需要把电芯串联成模块。例如2个3P电芯模块串联为3P2S（Series）电池模块或者3个3P基础模块串联为3P3S电池模块。图26所示为3P2S模组及电压，图27所示为3P2S的原理图。
为了在动力电池内布置方便，模块的组合方式有多种选择：可以单用1个3P2S模块，电池上面可以布置其他电器元件；也可以把2个3P2S叠放串联成3P4S；还可以把1个3P2S和1个3P3S叠放组成3P5S。多种组合方式可以错落有致地固定在动力电池底板上，方便总体布局。选用电芯时要保证各电芯的一致性，包括容量一致性、内阻一致性、充放电一致性、温升一致性、寿命一致性。由于温度是电池充、放电的重要参数，所以电芯模块或者模组内要设温度传感器（图28、图29）来检测电池温度。温度传感器有的放置在串联模组内部，有的放置在模组极柱处，还有的放置在串联模块的镍板背面，镍板用激光焊接到极柱上。
每个电池电芯模块都设置了电压检测信号线，这些检测信号线汇集到电池电压与温度控制单元，可以对每一个电芯的电压随时巡检。检测电芯的电压、电压最高的电芯、电压最低的电芯，计算某个电池电压偏离情况。根据电压计算出电池的SOC数值报告给电池主控盒，然后报告给整车控制器。电池各个组合模块必须用螺栓可靠地固定在动力电池的底板上，使之耐受冲击振动，不得松动。
2．电池模组高压串联回路的连接方式
动力电池通常由90～100个电芯模组串联组成，注意这里说的是电芯模组，不是单一的电池单元，如一个3P2S电芯模组，其实由6个单一的电池单元组成。电动汽车动力电池电压直流高达380V（甚至有些车可达到600V），其对外供电安全措施必须可靠。电芯模组用多层铜皮制成的成型母线带通过螺栓可靠连接。母线带柔软，可避免因车辆振动导致母线与螺栓连接根部产生裂纹。母线带外部用绝缘材料做了耐压绝缘处理，通常在串联的高压回路中设置维修开关、正负母线继电器、预充继电器、预充电阻和熔断器。图30所示为动力电池的主继电器盒，图31所示为主继电器盒继电器的控制原理图。
表2中列出了笔者与同事亲自测量的主继电器盒内参数，供读者了解和参考。维修开关设置在串联回路的中间（图32、图33）、同时维修开关内部还有一个上百安的熔断器。假如回路电流过大，熔断器断开，保护车辆及动力电池。当维修开关拔出时高压回路呈开路状态，正极和负极母线对外部负载输出端分别接了继电器，只有正、负极母线继电器都接通才能对外供电或对电池充电。高压母线还设置了电流检测器，目前有串联在母线上的无感分流器方式和套装在母线外部的霍尔传感器方式两种。传感器都是把检测到的母线电流送到主控盒，用于控制母线输出，不能过流充电、能量回收时电流不能过大。
