芯耀
570
东莞市浩博光电科技有限公司
614.4V 100Ah 磷酸铁锂（LiFePO₄）电池系统技术方案
下面给出一个可直接落地的技术方案，覆盖电气参数、组串方案、BMS、热管理、保护与机械结构、标准与试验、制造与维护建议。所有计算与建议均基于常见 3.2V 标称 LiFePO₄ 电芯（充满 3.65V，截止放电 2.5V）和 100Ah 单体规格。LiFePO₄ 单体标称电压通常取 3.2V。
1. 概要参数（目标）
标称包电压：614.4 V（直流）
标称容量：100 Ah
总能量：61.44 kWh（计算：614.4 V × 100 Ah = 61,440 Wh = 61.44 kWh）
单体选型（建议）：LiFePO₄，3.2 V / 100 Ah（或等效组合）
组串数（S）：192S 1P（192 节串联，单并联）——3.2 V × 192 = 614.4 V（名义）。
额定连续放电率建议：1C（100 A） → 连续功率 ≈ 61.44 kW；可设计短时放电峰值 2C（200 A，短时）≈ 122.88 kW
2. 电压窗与极限值（计算）
单体：标称 3.2 V；充满 3.65 V；截止放电约 2.5 V（以电芯厂商数据为准）
电池包电压范围（192S）：
充满（最大）电压 = 3.65 V × 192 = 700.8 V DC
标称电压 = 3.2 V × 192 = 614.4 V DC
截止放电电压 = 2.5 V × 192 = 480.0 V DC
设计时务必保证系统（逆变器/变流器/充电器）和器件（接触器、绝缘、测量电路）额定电压≥750 V DC 以保有安全裕度（考虑浪涌、测量误差与环境升温）。
3. 单体与模块化建议（制造与生产便捷）
直接 192S1P 在生产、维护与均衡上难度较高，建议采取模块化设计，例如将 192S 拆为 4 × 48S 模块 或 3 × 64S 模块（优先推荐 4×48S）：
每模块标称电压（48S）≈ 153.6 V；4 模块串联成 614.4 V。
模块化好处：便于焊接/装配、热管理、快速替换与局部均衡/保护；每模块装配独立的被动/主动均衡电路与局部 BMS，从而由主 BMS 做整包管理与高压通讯。
4. BMS 与电控（关键）
架构：主从式 BMS（Master + per-module Slave）
每模块 BMS 负责单体监测、均衡、温度、局部故障隔离；主 BMS 负责整包策略、SOC/SoH 估算、 CAN/CAN-FD 或 RS485 通讯、与整车/上位机交互。
功能要求：
每单体（或 2~4 串一组）电压监测（建议最小分辨率 ≤ 1 mV）与温度探针（每模块至少 4 个点）；
主动均衡优先（提升循环寿命与容量利用率），若成本受限可采用高效被动均衡；
SOC/SoH 估算（融合电压-电流-温度与开路电压校正）；
过压/欠压/过流/短路/高温/低温/接地故障检测与隔离策略；
支持 CAN（标准帧）、外部急停、远程固件升级（OTA）接口；
高压隔离监测（绝缘检测功能，检测对地泄漏/绝缘降级）。
BMS 电气等级：适配最高工作电压 ≥ 750 V，连续工作电流 ≥ 1.2×额定连续电流，短时断流能力按系统需求设计（与接触器/熔丝匹配）。
推荐冗余：关键测量（电压/温度）或关键开关（双主接触器）采用冗余设计以提升安全性。
5. 热管理（核心寿命与安全保障）
根据系统功率密度和工作环境选择：
被动/风冷：功率密度较小或间歇负载时可采用风冷；成本低但在高功率连续工况下不足。
液冷板（推荐）：长时间高功率放/充电、对温度均匀性要求高的场景优先液冷；通过冷板贴合每单体或模组底面，温差控制在 ±3°C 内。
温度控制目标：工作温度 0 ～ 45°C（常规）；若需 -20°C 以下工作，必须加装预热/低温充电控制策略（限制充电电流）。
设计要点：冷却回路防震、软管耐高压耐燃油、冗余温度探针与流速/压差监测。
6. 电气保护与开关元件
主回路：双主接触器（主接触器 + 旁路或辅助接触器），并配合预充电电阻与预充回路以避免击穿或充电浪涌。
过流保护：高能量熔断器/断路器，选型按最大短路电流与 I²t 考量；并留有更换维护便利。
隔离/接地：整包绝缘监测（对地漏电检测），机箱接地按规范执行。
软熔、PTC 温控、热断设计保证在热失控初始阶段可切断供能。
带有 HV 避雷与浪涌保护元件（TVS / MOV）以防外部干扰或浪涌。
7. 机械结构与防护
外壳材料：铝合金或钢板，表面喷涂；结构需满足抗振（按客户工况：车辆/固定/移动）和抗冲击要求。
防护等级：常规建议 IP54；户外或潮湿/多尘环境建议 IP65。
绝缘与爬电距离：设计满足 750 V+ 的最小爬电间隙 / 空气间隙与材料选型（绝缘套、端子套）；并在高压区域设明显危险标识与安全互锁。
人体安全：设置防误触门、急停开关与能量隔离标签。
8. 充放电策略与充电器接口
常规充电参数（建议参考电芯厂家）：
恒流阶段上限：1C（100 A）（可扩展到 0.5–1C 根据电芯）
恒压截止：模块级 3.65 V/单体 → 包级 700.8 V；充电器须支持带 BMS 的通讯与允许的充电曲线。
低温保护：若电芯 < 0°C，禁止/限制充电（需加预热或低温充电策略）。
建议充电接口支持 CAN 通讯以实现 BMS-充电机协同控制（充电限流、SOC 纠正、温度闭环）。
9. 标准、试验与认证（必须）
建议在设计与出厂前按下列标准进行验证与测试（视应用场景补充）：
电动汽车动力电池包/系统相关：GB/T 31467.3-2015（安全要求与试验方法，适用于动力电池包/系统）。
其他可参考标准：GB/T 31484、GB/T 31485（有关电池系统测试与管理），以及 IEC/ISO 对应标准（如 ISO 12405 系列/或 IEC 62660 系列，按出口市场要求）。（具体标准版本与适用性请依据投放市场与用途确认）｡
必做试验（示例）：电压/容量测试、循环寿命（不同 C-rate）、高/低温性能、短路试验、过充/过放保护试验、机械振动/冲击、热滥用/热失控传播试验、绝缘与耐压测试、雨淋/盐雾（如适用）等。
10. 维护、监测与寿命管理
建议建立云端/后台数据采集：周期性上传 SOC/循环次数/单体不平衡/温度分布/绝缘报警等，便于预测性维护（SoH 退化趋势）。
维护手册：更换模组规范、熔丝更换步骤、紧急断电流程、故障代码表。
寿命估算（示意）：LiFePO₄ 在合理温控与 0.5–1C 充放下可达到 2000–4000+ 次循环，实际寿命受温度、DoD（放电深度）、充放电速率影响显著（需根据电芯厂商数据做精算）。
11. 关键设计决策建议（供快速决策参考）
模块化（4×48S）：利于生产、测试与维护。
液冷：若系统存在长时间高功率放电 / 快充需求，强烈推荐液冷。
主动均衡 + 模块 BMS 分层：实现在大容量包中保持单体均衡与延长寿命。
BMS 与充电器 CAN 协同：保证充电安全与效率。
冗余接触器与绝缘监测：提升安全等级与认证通过率。
12. 计算附录（逐步）
单体标称电压：3.2 V（假设）
串联数 S = 614.4 / 3.2 = 192（取整）
充满电压（包） = 3.65 × 192 = 700.8 V
截止放电电压（包） = 2.5 × 192 = 480.0 V
总能量 = 614.4 V × 100 Ah = 61,440 Wh = 61.44 kWh
连续功率（1C）≈ 614.4 V × 100 A = 61.44 kW；短时 2C ≈ 122.88 kW。
（上面电压窗与能量计算基于常见 LiFePO₄ 单体参数，最终数值请按电芯厂商实测数据做微调。）
