如何计算电池包成本？- 7

图5.9中的原理图显示了模组之间串联连接的示例，即一个模组并联。假设所有模组都是串联连接，决定的数量和大小，而不考虑“Dashboard”上的配置输入。模组的配置(即串联和并联连接)会影响电池组的电压和电流，但互连的计算不依赖于这些数据。这样做是为了简化计算，因为模组、模组端子和模组互连的精确方向可以被认为是一个开放式优化问题。

对于所有电池包，模组之间的互连数等于模组数加上每一行模组的额外互连数。这种额外的互连说明了母线和分组终端之间的额外连接距离。请注意，虽然BatPaC假设一个模组并行，但计算也提供了对两个模组并行互连的质量、成本和ASI的合理估计。当从一个模组并行到两个模组时，为了考虑跨多个模组的连接，互连的长度会增加。然而，大多数互连的面积减少，因为通过的电流更低(见第5.6节)。这些因素相互抵消，为一个和两个并联模组产生相似的互连质量。此逻辑不适用于两个以上的并行模组。在目前的设计中，容纳两个以上的并行模组可能需要重新定位模组和/或过多的互连。因此，建议在电芯到电芯级别处理包内更高程度的并行连接(即，增加并行的电芯数量)。BatPaC v5.0包含一个警告，用于标记并行使用两个以上模组的错误配置。

5.5.3 电池包尺寸

电池组体积包括所有模组排架(MRRs)，模组和模组排架之间的连接间距(Wicnct,gap)，电池组护套(δjack)和额外的装配公差(δtol)。图5.10提供了突出显示这些尺寸的包装原理图。包长计算方法如下：

其中δtol在所有尺寸上的默认值为2mm。护套是由夹在两块金属片之间的绝缘材料构成的。其厚度由式5.49和5.50计算。

在式5.49中，下标Al,int；Al,ext；steel,ext；绝缘层为内部铝(默认为1mm)，外部铝(10kwh以下为1mm, 10kwh ~ 20kwh为1.5 mm，其他均为2mm)，外部钢(默认为1mm)，绝缘(默认为10mm)。钢用于护套的外部底座，以防止穿孔。在图5.10a中注意，从主包中挤出的端子和冷却管不包括在这个长度或体积中，因为它们将被车辆的其他部分所包含。

电池包的宽度和高度计算如下：

间隙是指连接所需的模组之间的间距。参考图5.9,BatPaC的设计中有三种间距：1)模组互连紧挨封装壁时的间距(如图5.9a所示)，2)模组互连紧挨另一行模块互连时的间距(图5.9b和c)， 3)两行模组背靠背时的间距(图5.9c)。图5.10c演示了一个场景，中间有一个背靠背间距(iii)，两边有两个互连间距(ii)。对于间距类型i)、ii)和iii)， BatPaC假定默认间距分别为10、15和5mm。每种间距类型的数量是根据分组中的行数和母线数计算的。

主电池组的最终体积是三个维度(公式5.48、5.51、5.52)的乘积。主组件的质量是各个组件质量的总和。这包括冷却系统内冷却剂的质量。电池包的质量还包括围绕护套底部周长的的质量，以保证结构的稳定性(未在图5.10中显示)。角铁的尺寸取决于包装的体积。< 20L的包不使用角铁，尺寸为30 × 30 × 3的角铁用于20 ~ 40L的包，其中前两个尺寸是指角铁沿护套侧面和底部的延伸，第三个尺寸是指钢材的厚度。对于>40L的包装，假设使用40 × 40 × 4的角铁。角铁的总质量可以重写。角铁的体积不包括在BatPaC包装的体积中。

电池组的总体积和质量还包含电池和的附加元件，如图5.11所示(详见第7节和第8节)。它们的质量和体积包含在总结果中，但不假设它们在车辆中的精确位置。这些多余的组件包括断开，，泵和冷却剂混合设备。

5.6 模组和电池包连接尺寸

回顾第2节、5.2.2.2节、5.3节、5.4节和5.5节，模组和电池包具有各种形式的连接器，用于管理组件之间的电气连接。该模组具有用于连接电芯与模组端子的卡扣、用于提供模组外壳外连接的端子和用于连接模组与其他模组的互连片。该包有母线和终端。模组和封装设计中的一个重要因素是这些连接器的尺寸，以适应额定功率下导体中允许的温升速率。BatPaC为所有连接设置可接受的温升速率，dT/ dT。默认速率范围为0.04至0.4°C/秒，具体取决于连接器和是否考虑电动汽车充电。模组极耳的默认温度为0.4℃/秒，模组端子和互连的默认温度为0.2℃/秒。对于分组母线和端子，电动汽车充电时的可接受温升为0.04°C/秒，未充电时的可接受温升为0.1°C/秒。加热速率q与这些值相结合，确定设计电池所需的连接质量m，如下所示：

式中，Cp为连接器材料的比热容。在这个等式中，连接器是指接头、端子、互连或汇流排。根据焦耳加热方程，加热速率也是连接器长度、Lcnct和面积Acnct的函数，可以得到如下公式：

可以将式5.53和式5.54结合起来确定连接器的面积，如式5.55所示。

这样，在每次模拟过程中，每个连接器的面积都被重新设计，以满足规定的功率要求和允许的温升。除了帮助确定模组的尺寸和重量外，还可以根据公式5.22至5.26，使用每个连接器的Acnct来确定模组和封装中的连接器电阻。

5.7 车型的影响

用于计算电池组功率和能量的输入参数的值取决于所模拟的车辆类型。由于不同类型的车辆在不同的充电状态下运行，并且具有不同的功率要求，因此值会发生变化。BatPaC根据车辆的操作条件为这些输入参数提供默认值。

表5.1总结了模型对轻度混合动力汽车(mild-HEV)、大功率混合动力汽车(HEV-HP)、插电式混合动力汽车(PHEV)和电动汽车(EV)四种车型的工况假设。该表还列出了哪些输入参数受到假定的操作条件的影响。此外，表5.1中包含了每种车型的默认电芯厚度，这是基于BatPaC小组观察到的行业标准。一般来说，对于功率能量比更高的车辆来说，电芯变得更薄，因为热管理是一个更重要的问题。本节的其余部分简要描述了这些值背后的基本原理。