刘娟娟　苏亚辉

摘 要：本文系统地介绍了一款纯电动物流车动力电池系统设计，主要从电池选型、高低压电气原理、BMS策略设计及结构设计等四方面进行阐述，提升电池系统的安全性和可靠性。

关键词：物流车 动力电池系统 安全 系统设计

Power Battery System Design and Development Research

Liu Juanjuan，Su Yahui

Abstract：The paper systematically introduces the design of the power battery system for the electric logistics vehicle， mainly including the following aspects： selection of battery， high and low voltage electrical principle， BMS strategy design and the structural design， to enhance the safety and reliability of the battery system.

Key words：logistics vehicle， power battery system， safety， system design

1 引言

能源危机和环境危机是当前人类社会面临的两大挑战，电动汽车具有节能、环保等特点，是世界汽车工作未来发展的方向。由于物流业的快速发展，纯电动物流车的研究已经刻不容缓。城市物流车行驶路线固定，车辆使用频繁，城市的环保压力大，而纯电动物流车运营成本低、节能环保，非常契合城市物流行业的需求[1]。物流车电动化成为大部分城市物流企业解决末端配送难题的主要方式动力电池系统是电动汽车的核心技术之一，动力电池系统的性能直接影响电动汽车的安全、动力和经济性[2]。

本文基于某款纯电动物流车电池系统，提升电池系统的安全性和可靠性，需要BMS完善的控制策略、良好的结构设计防护、良好的电安全设计。动力电池系统设计要以满足整车的动力要求和其他设计为前提，同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。结合整车设计要求，在考虑安全设计、线束布置设计等相关要求后，确定电池箱体大概尺寸，在有限的空间下，进行电池模组排布、电池管理系统、高压系统等的布置，保证电池单体及模块均匀散热，保证电池的一致性，提高电池系统的寿命和安全;此外，设计时还要考虑到整体和通用性要求有：安全性高、能量密度大、温度适应性强、使用寿命长、安装维护性强、综合成本控制等。本文从动力电池系统设计方面进行展开。

2 动力电池系统设计

2.1 电池选型

电池选型结合整车参数设计需求见表1，而整车电池系统设计不仅要满足整车设计参数，还有结合电池包的包络空间、电池类型等综合考虑[3]，下表2该物流车电池系统详细设计参数。

2.2 电气原理设计

电池系统高低压电气原理如图1所示。其中，电池包为一体箱，BMS集成在电池包内部，加热回路也集成电池包内部，引出电池正和电池负极低压通讯口和高压盒及整车低压线束对接;高压盒匹配有直流充电回路、交流充电回路、DCDC回路、预充回路（驱动回路）、空调及暖风回路等。

2.3 BMS策略设计

放电回路控制BMS会与VCU、MCU通信，根据通信反馈的状态来控制继电器的吸合与断开，从而控制充放电过程[4]。钥匙信号和充电信号为12V信号，BMS工作时优先检测充电信号和充电报文，如果能够检测到充电信号或充电机CAN报文，BMS进入充电模式，且同时检测到CC2和CC信号时，禁止充电;若同时收到充电信号和行车信号时，进入充电模式。BMS未检测到充电信号和充电机CAN报文，如有钥匙信号，BMS进入放电模式，BMS先进行自检，无异常后吸合主负继电器，等待上电指令，BMS接收到VCU发的上高压指令后，BMS控制预充继电器开始预充，BMS根据输入端电压和负载端电压判断，负载端电压达到输入端电压的95%时判断预充完成（要求预充时间2s内完成），预充完成后，闭合主正继电器，断开预充继电器，允许车辆行进，从整车供电到整车进入可行驶模式时间不得超过3秒钟。

故障处理策略：系统故障报警分为三级，三级最为严重，优先级：三级>二级>一级。BMS与整车采用高速CAN通讯，及时可靠地将电池状态报至整车，有效地防止电池滥用。BMS按故障严重性分三级向整车进行报警，当出现一级故障时，BMS只上报故障类别，不做任何处理;在二级报警情况下，BMS上报该故障类别，电机控制器应根据可用充放电电流值进行降功率50%运行;三级报警情况下，车辆在3s内减电机输出功率为 0，然后VCU向 BMS 发送下电指令，得到VCU允许可以下电。若整车不作处理收不到VCU指令，告警后30秒后，自行切断主放电回路，断开总负极接触器， 进入保护模式，待故障解除后需重启上电。

2.4 结构设计

电池系统结构设计结合整车底盘包络空间、电池系统设计要求及电池系统电气原理图，电池箱体整体外观及尺寸如图2所示。该箱体设计整体设计考虑箱体轻量化设计，采用铝壳箱体，箱体材料Al5052，电池包整体采用标准模组结构设计，方便后续标准化梯级利用，电池包串并总和为2P92S。電池包内部集成了加热回路、主负继电器、MSD、高低压接插件，其中MSD位置可在驾驶室座椅下方方便插拔，可快速切断高压回路。电池包后部两侧放置BCU和HVU，实现BMS控制及绝缘监测上报;左右模组之间放置BMU从板，实现电池系统单体电压和温度采集;上下盖之间有密封垫，满足IP67防护等级。电池模组和电池包之间通过长螺杆固定，电池包满足国标GBT31467.3中振动要求。电池包通过15个固定点悬挂于底盘下部。

3 结语

本文系统地介绍了一款纯电动物流车动力电池系统设计，主要从电池选型、高低压电气原理、BMS策略设计及结构设计等方面进行阐述，该电池系统通过一系列测试验证后，均满足国家标准要求，也同时提升了电池系统的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]夏兰.锂离子电池的安全性技术[J].化学进展，2011，23（2-3）：328-335.

[2]陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社，2002：175-176.

[3]郭孔辉，姜辉，张建伟.电动汽车动力系统的匹配及优化[J].科学技术与工程，l0（16）：3829—3896.

[4]符兴锋，周斯加，龙江启.电动汽车动力电池安全管理研究及验证[J].汽车技术，2013（9）：40-44.