【导读】现阶段各汽车厂家的纯电动汽车动力电池模块各不相同的情况，本文通过对现已量产的4个车型的动力电池组进行对比分析，得到了对于动力电池模块4 个方面的共通性。为今后各个厂家在电动汽车动力电池模块的统一设计方面提供了支持与参考。
在电动汽车动力电池应用中， 由于单体电池不能满足整车电压和能量要求， 因此在电池系统中均需采用串联、并联或混联等方式进行电池成组，以电池组的形式在电动汽车上应用[1]。随着电动汽车的蓬勃发展，电池组的统一问题亟待解决，此时电池模块应运而生，不同车型可通过相同模块的不同组合形成相应的电池组， 文章围绕不同厂家已量产的纯电动车型的电池模块共通性展开了研究。
1 车型分析
文章以日产聆风纯电动车型、TESLA)ROADSTER纯电动车型、BMW)MINI)E 纯电动车型及通用VOLT 沃蓝达纯电动（增程式）4 款已批量生产的成熟车型为代表， 研究现阶段纯电动汽车在电池箱和电池模块方面的情况。1）日产聆风。该车是一款100%电动汽车，在充满电的情况下巡航里程达160)km 以上，电池采用新研发的超薄层叠式紧凑型锂离子电池，单体电池、电池箱及电池箱位置，如图1～图3 所示。
图1 日产聆风的层叠式紧凑型锂离子电池 图2 日产聆风电池箱
图3 日产聆风电池箱位置
2）TESLA'ROADSTER。该车的底盘设计借鉴了莲花跑车，材料选择了最轻的碳纤维，电池选择了锂离子电池，TESLA'ROADSTER 的动力电池、电池箱及电池箱位置，如图4～图6所示。4's之内车速提高到60'mile/h（约合969km/h）。
图4 TESLA ROADSTER的动力电池
图5 TESLA ROADSTER的电池箱 图6 TESLA ROADSTER的电池箱位置
3）BMW9MINI9E。该车装备一台输出功率约为1509kW的电动机， 由1 组高性能可充电的锂离子电池提供电能，通过单级螺旋齿轮变速箱将动力传输至前轮，而且可实现汽车的完全零排放。BMW9MINI9E 的动力电池、电池箱及电池箱上下部位置，如图7～图9 所示。
图7 BMW MINI E的动力电池 图8 BMW MINI E的电池箱
图9 BMW MINI E电池箱位置
4）通用沃蓝达。该车是通用公司生产的增程式纯电动轿车，现阶段已实现全面量产并对外销售，其电能为169kW·h 的锂离子电池是储能中心， 如图10 所示。该车在纯电动模式下最远可行驶809km，增程模式下的总续驶里程达5709km， 并且一次充满电仅需不到39h。雪佛兰Volt 沃蓝达增程型电动车拥有3709N·m 的最大扭矩和1119kW 的最大功率，0～1009km/h 加速约99s，最高车速1609km/h。通用沃蓝达的电池箱及其位置，如图10 和图12 所示。
图10 通用沃蓝达的动力电池单体 图11 通用沃蓝达的电池箱 图12 通用沃蓝达的电池箱位置
各车型动力电池组参数对比与分析
表1各车型动力电池组参数及布置
2 数据分析
1）电池单体。各个厂家所选用的电池单体各不相同，其中有铝塑膜软包电池及圆柱电池等。锂离子电池以其本身的各方面优势成为纯电动（含增程式）车型的首选电池类型。但是锂离子电池由于正极材料的不同导致单体额定电压不同， 在模块设计时应充分考虑此影响因素。
2）电池模块。主流车型基本上都采用了电池组的模块化设计， 而每个模块的结构设计基本上要受到电池单体的尺寸、电压及电池箱尺寸的限制，从而没有一个相对固定的形状与尺寸。
3）BMS。从以上4 款车型的BMS 布置上来看：大部分车型采用分开布置的形式，即BMS 独立于电池模块之外， 通过连接模块伸出的采样线进行采样， 只有TESLA 的BMS 采用了在模块内布置电路板的设计，直接在模块内部取电并具备采样与均衡的功能。而从实际使用效果来看，TESLA,ROADSTER 的BMS 对电池的维护性能更好。
4）电池箱内部布置。纯电动（含增程式）车型的高压电电压等级普遍在320～400,V， 这也是为了满足现阶段纯电动汽车普遍的电压平台设计。在温度控制方面，水冷已成为主流设计形式，通过液体的流动对动力电池进行加热或冷却，以保证其在最佳的工作温度，但同时也带来了液体泄漏而导致短路的风险； 风冷在很多车型中仍被采用，主要是因为其低成本与安全性。
5）电池箱整体布置。不同厂家的不同车型在电池箱布置时存在很大的不同，但普遍满足3 点共性要求：
保证汽车离地间隙、保证安全性能以及保证汽车的性能和续驶里程。
3 结论
通过对各车型电池组设计参数的对比分析， 文章得出电池模块在4 个方面的共通性。
3.1 基本形状
软包电池一般是将几个电池单体平行平铺排布进行串并联形成小型的电池模块； 圆柱电池的布置更为灵活，可以更贴合汽车的要求进行设计。电池模块的尺寸应保证：
1）某一方向上尺寸较小，以便于其在地板以下布置时不影响驾驶员及乘客的脚部空间；
2） 另外2 个方向上应该尽量避免正方形布置，一定的长宽比更便于布置；
3）同一车型使用的模块可以在保证单体并联数量不变的前提下变更串联的数量， 或是保证单体串并数
量不变的前提下，变更长宽尺寸，以得到不同尺寸的模块，便于不同位置的布置。
3.2 电压等级
为了增加电池模块在安装和更换时的安全性，根据人体安全电压规定[2]，电池模块电压不应高于36+V。纯电动（含增程式） 车型的高压电电压等级普遍在320～4008V， 按照锂离子单体电池额定电压（一般在3.2～3.68V）来换算，一般为100～110 个单体串联；按照单体额定电压3.28V 计算，368V 约是10～11 个单体串联。出于电池箱空间利用率的考虑，应该存在另外的小尺寸等电荷低电压模块。可根据电池模块在电池箱内不同位置布置时空间限制而换用低电压模块。
3.3 BMS 的布置
在模块内部布置BMS 电路板的设计是比较合理的，也符合未来对BMS 更严苛的要求。模块内部电路板应具备以下功能：实时采样、欠/ 过压保护、一致性分析、电池均衡及辅助热管理。此时在电池箱内部还应有BMS 主板，负责电池信息的汇总、计算及上报。
3.4 模块温度控制
模块的温度控制一般分为风冷和水冷2 种形式。风冷的成本低且安全性高，但传热效率低，需要的空间大，电池单体之间的热均衡不容易保证，相对来说对电池单体寿命有影响；水冷的传热效率高，空间紧凑，但需要制作专门的管道， 要求冷却液要均匀地对各个电池单体进行散热， 管道与电池单体之间还要有高传热效率的导热材料，整体成本高，同时对管路的密封有非常高的要求，一旦泄露有短路危险。目前水冷设计已成为主流，更能保证电池维持在最佳的工作状态。
