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电动汽车电池系统结构及工作原理

新能源电动汽车

一、电动汽车电池系统结构

动力蓄电池系统大致可分为安全结构、模组结构、支架结构、IP结构、热结构、电气结构六部分（如图所示），下面将以东南DX3EV400电池包为例对电池系统结构进行介绍。

1.电池包箱体

电池包箱体（安全结构、IP结构、电气结构）电池包箱体是六结构中的灵魂，重点在安全，作用是固定电池包内部组件（即热结构、模组结构、支架结构和电气结构）并且将电芯与外界环境进行隔离；高强度的箱体，可以对电池进行碰撞防护同时也加强了车身刚度。既完成对系统的承载，也通过电池包吊耳或支架，完成和车身的装配结合，集承重、加强、防护等诸多功能于一体。电池包箱体结构如图所示：

1.电池包箱体

图3-10常用电池包箱体材质表

另因市场对纯电动汽车续驶里程增加的需求，对于动力蓄电池系统能量密度要求越来越高，基于安全性保证情况下，对电池包结构各部件的轻量化设计也提出了更高的要求，特别是质量占比最大的上下箱体，因此目前市场上出现了多种不同轻量化材质的箱体材料，如图3-10所示：

2.电池模组

电池模组（模组结构、支架结构）电池模组是电池包的能源模块，是由几颗到数百颗电芯经由并联及串联所组成的，电芯成组的方式有三种：

先并后串方式需求的BMS管理通道少，成本较低，但过流能力较差，多应用于乘用车；先串后并方式则正相反，过流能力好，但需求BMS管理通道多，增加成本，多用于大巴车等。电池系统通常利用并联的方式提高电池容量，然后再利用串联的方式提高电池电压。

2.电池模组

电池模组结构根据电芯类型不同大致可分为三种，如图所示：

2.电池模组

电池模组结构根据电芯类型不同大致可分为三种，如图所示：

3.热管理系统结构

热管理系统结构（热结构、支架结构）以DX3EV400电池包为例（如图所示），热管理系统结构包含水冷板、水管接头、管路、硅胶垫、减震泡棉等。

4.BMS硬件及线束

BMS硬件及线束（电气结构）BMS硬件包含BMS主控盒、BMS从控盒、唤醒模块、低压线束等，DX3EV400电池包BMS硬件及线束结构局部如图所示：

5.高压电气元件

高压电气元件(电气结构、支架结构)高压电气元件包括模组间软连接铜排/高压线（如图所示）、高压安全控制模块BDU（包含BDU壳体、继电器、传感器等，如图所示）、熔断器MSD（如图所示）等。

二、电动汽车电池系统工作原理

锂离子电池的工作原理：锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子在正负电极间的往返嵌入和脱嵌的过程。充电时，锂离子正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保持负极的电平衡。放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入到正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。

锂离子电池的工作原理：

二、电动汽车电池系统工作原理

锂离子电池的电极反应表达式分别为：

正极反应式：LiMO2→Li(1－x)MO2＋xLi++xe；

负极反应式：nC+xLi++xe→LixCn；

电池反应式：LiMO2+nC→Li(1－x)MO2＋LixCx；

式中M——Co、Ni、W、Mn等金属元素。

正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距的变化，不破坏晶体结构；在放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。

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