電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的概念。以下是每輛電動(dòng)汽車的：電池。

任何電動(dòng)汽車 （EV） 的基本部件都是電池。電池的設(shè)計(jì)必須滿足車輛使用的電機(jī)和充電系統(tǒng)的要求。

這包括物理限制，例如在車身內(nèi)進(jìn)行有效包裝以限度地提高容量。作為 EV 重量的主要貢獻(xiàn)者，設(shè)計(jì)師還必須考慮電池在車輛內(nèi)的位置，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響電源效率和車輛操控特性（這通常是為什么您經(jīng)常會(huì)看到電池放置在車輛底板下方的原因） 。

以下是 EV 電池設(shè)計(jì)中的一些規(guī)范、安全注意事項(xiàng)和管理系統(tǒng)的概述。

EV 電池規(guī)格：電壓和容量

電動(dòng)汽車電池通常由數(shù)百個(gè)以串聯(lián)/并聯(lián)配置排列的小型獨(dú)立電池組成，以在終電池組中實(shí)現(xiàn)所需的電壓和容量。一個(gè)普通電池組由 18-30 個(gè)串聯(lián)的并聯(lián)電池塊組成，以達(dá)到所需的電壓。例如，標(biāo)稱電壓為 400V 的電池組通常有大約 96 個(gè)串聯(lián)塊（如 Tesla Model 3）。

當(dāng)前車輛中常見(jiàn)的標(biāo)稱電池組電壓范圍為混合動(dòng)力/插電式混合動(dòng)力車輛的 100V-200V 和純電動(dòng)車輛的 400V 至 800V 甚至更高。這樣做的原因是更高的電壓允許在相同直徑（和質(zhì)量）的銅電纜上以更少的損耗傳輸更多的功率。

具有串聯(lián)的單個(gè)電池的示例 EV 電池系統(tǒng)。

更高電壓的缺點(diǎn)包括在整個(gè)系統(tǒng)中需要更高額定電壓的組件。如果不在車載充電器中加入某種類型的 DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器，它們還會(huì)阻止使用較低電壓的 DC 快速充電站的能力。

另一方面，常見(jiàn)的電池容量范圍如下：

混合動(dòng)力汽車： 0.5 至 2 kWh

插電式混合動(dòng)力汽車： 4 至 20 kWh

電動(dòng)汽車： 30至100千瓦時(shí)或以上。

EV 電池的安全性：接觸器（和 Pyro 保險(xiǎn)絲）

電池在設(shè)計(jì)方面以及其中存在的高電壓方面對(duì)安全性提出了多項(xiàng)挑戰(zhàn)。

保險(xiǎn)絲存在于輸出連接器之前的電池組內(nèi)部，通常位于正極和負(fù)極側(cè)。稱為接觸器的特殊大電流密封繼電器將內(nèi)部保險(xiǎn)絲連接到電池本身。

一系列松下EV繼電器/直流接觸器（左）和接觸器的結(jié)構(gòu)分解圖。圖片來(lái)自松下

接觸器具有犧牲觸點(diǎn)等功能，可防止由于觸點(diǎn)點(diǎn)蝕而增加電阻。它們通常還包含一個(gè)輔助觸點(diǎn)，用于檢測(cè)內(nèi)部焊接，如果接觸器在大電流通過(guò)時(shí)有意或無(wú)意打開(kāi)，則可能會(huì)發(fā)生這種情況。

接觸器線圈供電通常通過(guò) HVIL 或高壓互鎖回路，該回路與高壓電纜（通常包含在每個(gè)連接器中）一起繞過(guò)系統(tǒng)中的所有高壓組件，這樣接觸器就無(wú)法接收電源關(guān)閉，除非所有高壓連接都牢固地插入電池。

預(yù)充電接觸器在主接觸器之前閉合，以允許小電流通過(guò)大電阻流入系統(tǒng)。這限制了進(jìn)入系統(tǒng)中所有大電容器的浪涌電流，并允許電池管理系統(tǒng)在大電流路徑完成之前檢測(cè)短路。

持續(xù)監(jiān)測(cè)隔離，通常是在主接觸器的兩側(cè)，如果從高壓系統(tǒng)任一側(cè)到底盤(pán)的隔離下降到每伏 500 歐姆以下，就會(huì)發(fā)生故障。

特斯拉還在他們的 Model 3 和更新的電池組中加入了一種新的安全裝置，稱為熱熔絲。如果接觸器被焊接，這個(gè)裝置可以被一個(gè)小的煙火炸藥炸開(kāi)，這使得他們可以使用不太堅(jiān)固的接觸器。放電電阻器和接觸器有時(shí)會(huì)跨接在電池輸出端，以允許系統(tǒng)在關(guān)機(jī)后主動(dòng)放電至安全電壓。

EV 電池監(jiān)控 PCB

電池的電池塊需要受到監(jiān)控并保持平衡，電池組中包含專門(mén)的電路板來(lái)執(zhí)行此任務(wù)。這些電路板必須包括一個(gè)隔離的通信接口，因?yàn)槊繅K電路板的接地參考相互之間以及與主 BMS（電池管理系統(tǒng)）的接地參考電壓將相差數(shù)百伏。

這些板監(jiān)控每個(gè)塊的電壓和溫度以及塊之間互連的溫度。它們還包含一小組電阻器來(lái)執(zhí)行平衡任務(wù)。

電池組內(nèi)的電池塊之間的電壓必須保持在幾毫伏以內(nèi)，以允許功率傳入和傳出電池組。由于電池制造的自然差異，一些塊的充電或放電速度會(huì)比其他塊稍快。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在充電期間，會(huì)執(zhí)行平衡，從電壓塊中消耗少量功率，使它們靠近其他塊。

這些塊監(jiān)控板還為電池組提供額外的安全功能，可以非常地監(jiān)控電池組內(nèi)的電池和互連點(diǎn)的溫度。例如，在電池?fù)p壞的情況下，這意味著可以在嚴(yán)重?fù)p壞甚至可能發(fā)生火災(zāi)之前引發(fā)故障。

電池管理系統(tǒng) （BMS）

，電池管理系統(tǒng)，或眾所周知的 BMS，負(fù)責(zé)管理監(jiān)視和控制電池組各個(gè)方面的任務(wù)。

電流分流器向 BMS 各種信息，包括傳入和傳出電池組的總電荷。接觸器前后的電壓測(cè)量允許監(jiān)測(cè)電池組系統(tǒng)電壓。接觸器控制和經(jīng)濟(jì)器電路管理接觸器閉合并在觸點(diǎn)吸合后化通過(guò)線圈的靜態(tài)電流。

BMS 還與塊管理板保持持續(xù)通信，以監(jiān)控電池電壓和溫度并控制平衡。

400V 電池組的參考設(shè)計(jì)框圖。圖片來(lái)自德州儀器

監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)和連接器的溫度，以檢測(cè)由松動(dòng)的連接器或螺栓引起的任何高電阻連接。

系統(tǒng)和電池組隔離也受到持續(xù)監(jiān)控，并且可以合并其他潛在的冗余安全功能。BMS 還向車輛的其余部分公開(kāi)了一個(gè)通信接口——通常通過(guò)汽車以太網(wǎng)或CAN 總線——它與逆變器、充電器和其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。它計(jì)算并提供充電和放電電流限制，包裝健康狀態(tài)和充電狀態(tài)，并在接觸器必須打開(kāi)時(shí)通知其他系統(tǒng)，以便理想情況下它們可以在沒(méi)有負(fù)載的情況下打開(kāi)。