摘 要

随着环境的污染和能源的衰竭，电动汽车正进入快速发展时期，而作为电动汽车的动力源，电池包的设计直接关系到整车性能的好坏和安全性，是电动汽车的核心技术之一。

本文基于一款地下电动工程车，将其动力电池包作为设计对象，首先根据工程车的设计要求和工作条件确定电池组所需的性能参数，并分析国内外动力电池发展趋势，最终确定采用单体容量为120AH,单体电压为3.2V的磷酸铁锂动力电池单体。随后对电池单体的成组方式、连接形式和固定结构进行选择和设计，得到了由15块电池单体串联、容量为120AH、电压为48V的电池模块，并将两组模块并联，构成整车的动力电源。根据电池包对防尘、通风散热、线束布置、电池管理系统等方面的要求，设计出了电池箱体的外形并用CATIA软件绘制三维模型，对电池箱在静态作用下的受力状态进行有限元分析，最终得到了额定电压为48V，额定容量为240AH的电池包。

关键词：电池包；锂电池；电池模块；箱体

Abstract

With the environment polluted and the energy exhausted, electric vechicles are more and more important in our daily life. As the power source of electric vehicles, the design of battery packs is directly related to the performance of the vehicle and its safety, which shows the battery pack is one of the main technologies of the EVs.

This article is based on the tunnel maintenance vehicles, aiming at designing its battery pack. According to the design requirements and working conditions of the vehicles, the performance parameters of the battery pack are determined first, then referring to the development of the domestic and foreign power battery, the rated capacity and voltage of the battery cells can be set to 120AH and 3.2V. So the battery module are consisted by 15 battery cells which are in series, and it has the capacity of 120AH and the voltage of 48V. The two modules were connected in parallel to form the power supply to the whole car. According to the requirements of waterproof and dustproof, ventilation, wiring harness arrangement and battery management system, the shape of the battery box was designed with the 3D model drawn by CATIA . The finite element method was used to analyze the stress state of the battery box under static condition. Finally, a battery pack with a parameter of “240AH, 12V” is made.

Key Words: battery pack, lithium ion battery, battery module, box

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 动力电池包研究现状 1

1.2.1 锂离子动力电池发展现状 1

1.2.2 动力电池机械结构研究现状 2

1.2.3 动力电池热效应研究现状 3

1.2.4 电池包力学性能研究现状 4

1.3 论文研究内容 4

第二章 电池模块设计 5

2.1 模块设计的基本原则 5

2.2 电池基本参数的确定 5

2.2.1 整车性能设计要求 5

2.2.2 电机性能参数的确定 5

2.2.3 电池组性能参数的确定 6

2.2.4 电池单体的选择 7

2.2.5 电池成组设计 8

2.3 电池模块结构设计 9

2.3.1 电池单体的排布 9

2.3.2 电极间的连接 10

2.3.3 电池模块的固定结构 11

2.4 本章小结 12

第三章 电池包结构设计 13

3.1 电池包设计基本原则 13

3.2 线束及电气接口设计 13

3.2.1 电气接口 13

3.2.2 线束设计 14

3.3 冷却散热结构设计 14

3.4 电池管理系统 16

3.5 电池箱体设计 17

3.6 本章小结 18

第四章 电池箱有限元分析 19

4.1 有限元法 19

4.2 对电池箱体的力学分析 19

4.3 本章小结 20

第五章 总结与展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着我国汽车产量的不断增长，大量汽车对石油的依赖及对环境的破坏日益严重，电动汽车的发展迎来了黄金时期。特别是对于一些地下工程车，相对密闭的环境更加凸显了汽油车的尾气、噪声问题，因此，对纯电动地下工程车的研究十分必要。

电池是电动汽车的动力源，是整车最重要的部件之一，动力电池系统的成本占了整车成本的一半左右，其使用状况直接影响了电动汽车的整体性能。而电池包是电池的载体，负责电池的安全管理、连接排列、固定保护等功能。电池包结构设计的优劣，直接影响了电池包生产、安装、拆卸以及使用和维护。由此可见，对电动工程车电池种类的选择和电池包的设计研究尤为重要。

1.2 动力电池包研究现状

电池包的主要部件是电池单体，而电池在工作中所面临的发热与振动问题是影响电池寿命的主要因素，下面将从锂离子电池的发展现状、电池包机械结构的研究现状、电池的热效应与电池包的力学性能研究现状四个方面共同阐述电池包的发展概况。

1.2.1 锂离子动力电池发展现状

对于地下工程车，因为地下道路具有一定的坡度和长度，所以要求工程车的电池组具有一定的比能量、比功率；同时为了提高车辆的使用率，又对工程车的电池有着较长使用寿命的要求。与传统动力电池相比，锂离子电池具有电压高、重量轻、体积小、寿命长、工作环境温度范围宽、安全可靠、无污染等优点，是理想的电动汽车能量源之一，同时也是各国政府、企业争相研发的重点技术，满足了电动地下工程车电池的使用要求。

科学家对锂离子电池的研究最早可追溯到20世纪70年代，经过多年的努力，日本的索尼公司于1991年成功将其商业化^[1]。目前，世界各国都在积极进行对锂离子电池的研究，其中，日、韩、美、德等国家走在世界的前列。尤其是日本的松下、NEC、索尼等公司都建有大规模锂离子电池生产线。韩国的LG化学供应的锂离子电池已驱动超过30万辆电动汽车上路，三星SDI也已成为全球主要的动力电池供应商，提供电池给宝马、菲亚特、法拉利等汽车品牌。