相同的基本電子硬件將用于低壓和高壓鋰電池系統(tǒng)（如UPS鋰電池、鋰離子汽車電池等）。

它們包括：主接觸器、預(yù)充接觸器、高壓互鎖回路（HVIL）、手動(dòng)維修斷路器（MSD）、保險(xiǎn)絲、總線、電池連接板、低壓線束和高壓線束。這些部件統(tǒng)稱為高壓前端（HVFE）。

 

低壓和高壓鋰電池系統(tǒng)

高壓前端電子元件的選擇取決于鋰電池系統(tǒng)的電壓。對(duì)于電壓超過60V的系統(tǒng)，應(yīng)考慮使用高壓設(shè)備，因?yàn)楸┞队?0V以上的高壓可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重傷害甚至死亡。

因此，高壓（HV）系統(tǒng)需要額外的安全預(yù)防措施，在設(shè)計(jì)中必須考慮這些措施，以確保操作員在系統(tǒng)操作或維護(hù)期間的安全。

如果鋰電池系統(tǒng)的電壓低于60伏，人們觸摸它時(shí)會(huì)感到麻木，但通常不會(huì)危及生命。因此，理論上安全的電池系統(tǒng)更傾向于低電壓設(shè)計(jì)。

 

 

盡管低壓鋰電池系統(tǒng)不需要像高壓系統(tǒng)那樣復(fù)雜的硬件和控制部件來確保安全，但仍然需要適當(dāng)?shù)陌踩到y(tǒng)。

大多數(shù)汽車應(yīng)用的電壓峰值約為400 V，而發(fā)電站和一些工業(yè)應(yīng)用中的mWH級(jí)電池系統(tǒng)可超過1000 V。所選擇的高壓設(shè)備類型必須適合系統(tǒng)的最高電壓。

如電池管理系統(tǒng)（BMS）文章中所述，電池設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要事項(xiàng)是確保系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）和抗電磁干擾（EMI）。

這包括正確使用屏蔽布線，以及評(píng)估系統(tǒng)中PCBS和控制面板的設(shè)計(jì)和放置。此外，包裝材料也有助于提高鋰電池系統(tǒng)的電磁兼容性和抗電磁干擾性。

 

接觸器/繼電器

機(jī)電開關(guān)或繼電器的目的是連接電路以允許電流流動(dòng)，或斷開電路以阻止電流流動(dòng)。

開關(guān)是鋰電池系統(tǒng)中另一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)和安全元件，因?yàn)樗鼈兛梢酝Ｖ够驍嚅_電池的電流和電壓輸出。開關(guān)被視為機(jī)電設(shè)備，是一種機(jī)械操作。

開關(guān)通常密封在充滿不導(dǎo)電氣體的氣密容器中，這樣不僅可以在電路打開或損壞時(shí)避免火花，還可以在腐蝕性環(huán)境中使用，例如在汽車尾氣的惡劣環(huán)境中，以避免污染或腐蝕。

現(xiàn)在有許多大公司為電氣系統(tǒng)提供成品開關(guān)。因此，人們更愿意與這些組件的制造商合作，為他們的鋰電池系統(tǒng)選擇合適的開關(guān)，而不是自己設(shè)計(jì)開關(guān)。

開關(guān)通常使用預(yù)充電接觸器或預(yù)充電電阻器連接。這是一個(gè)與主開關(guān)并聯(lián)的輔助開關(guān)。該開關(guān)的功能是在主開關(guān)閉合時(shí)避免突然的高電流情況。

 

 

輔助開關(guān)需要首先閉合，以允許小電流流入系統(tǒng)，這樣當(dāng)主開關(guān)完全閉合以形成回路時(shí)，可以防止其他電路損壞，或者主開關(guān)在閉合位置熔斷。

本段下圖顯示了與預(yù)充電開關(guān)并聯(lián)的三個(gè)主開關(guān)。在圖的頂部，主開關(guān)和預(yù)充電開關(guān)都斷開，因此此時(shí)鋰電池系統(tǒng)中沒有電流，即位置打開。

在中間電路圖中，預(yù)充電開關(guān)閉合，因此此時(shí)允許少量電流流動(dòng)，而主開關(guān)保持關(guān)閉狀態(tài)達(dá)預(yù)定時(shí)間。在最終的電路圖中，主開關(guān)也閉合，鋰電池系統(tǒng)允許所有電流流過，系統(tǒng)開關(guān)處于打開位置。

在大多數(shù)鋰電池系統(tǒng)中，只有一個(gè)開關(guān)和一個(gè)預(yù)充電開關(guān)。然而，一些大型系統(tǒng)由一系列并聯(lián)電路組成，每個(gè)串聯(lián)電路都有自己的控制開關(guān)，因此它們可以在自己的控制下獨(dú)立運(yùn)行。

 

高壓聯(lián)鎖電路

許多高壓儲(chǔ)能鋰電池系統(tǒng)包括一個(gè)稱為高壓互鎖回路（HVIL）的安全部件，當(dāng)電池組包裝時(shí)，該部件會(huì)產(chǎn)生閉合電路。如果電池組的一部分?jǐn)嚅_，電路開關(guān)關(guān)閉，電流停止流動(dòng)。

需要注意的是，在電池組設(shè)計(jì)中，不僅HVIL元件可以安裝在電池組中，其他組件和控制單元也需要安裝在鋰電池系統(tǒng)中，但只有在HVIL損壞時(shí)才能打開電池組。

這樣做的原因是為了確保在維護(hù)或維修電池組期間打開電池系統(tǒng)的人員的安全。

 

 

實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方法是將電動(dòng)汽車的電纜連接到聯(lián)鎖電路，然后將此狀態(tài)報(bào)告給電池組的控制器。在這種類型的鋰電池系統(tǒng)中，當(dāng)BMS控制器識(shí)別到其中一個(gè)聯(lián)鎖電路已打開時(shí)，電池控制器將向開關(guān)發(fā)出一條信息，迫使其斷開，因此高壓母線放電，電池安全打開。

實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的另一種方法是通過MSD（手動(dòng)維修斷開）設(shè)備連接到高壓電源，該設(shè)備具有內(nèi)置高壓保險(xiǎn)絲和高壓互鎖。在外部短路時(shí)，保險(xiǎn)絲切斷高壓電路；

當(dāng)需要手動(dòng)斷開高壓時(shí)，首先斷開高壓聯(lián)鎖，然后斷開高壓電路。MSD將電池組與外部高壓物理斷開，確保維護(hù)人員的安全。

 

保險(xiǎn)絲

如前所述，車輛中的大多數(shù)高壓儲(chǔ)能鋰電池系統(tǒng)都有MSDS，這些MSDS是作為HVIL的一部分設(shè)計(jì)的。高壓電源線通過MSDS連接。

MSDS通常安裝在電池組的中間，例如，在100串電池組中，MSDS通常位于50串電池組的中央。

為了確保斷開功能降低總電壓，將總電壓切割成幾個(gè)較低的電壓段，以降低可能的安全風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)電池類型，在設(shè)計(jì)MSD時(shí)有時(shí)可以考慮其他保險(xiǎn)絲。低壓電池通常不需要考慮MSD，但根據(jù)鋰電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可能需要一個(gè)或多個(gè)保險(xiǎn)絲。

 

 

當(dāng)保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)，一些OEM（原始設(shè)備制造商）將小型保險(xiǎn)絲直接集成到控制面板中。這在單電池或并聯(lián)電池故障或電壓浪涌的情況下提供了額外的安全性。

大型儲(chǔ)能系統(tǒng)可能沒有MSD保險(xiǎn)絲，但其他類型的保險(xiǎn)絲通常內(nèi)置在電池中以確保安全。對(duì)于大型鋰電池系統(tǒng)，保險(xiǎn)絲也通常集成在蓄電池?cái)嚅_裝置（BDU）中。

 

蓄電池切斷裝置

在大多數(shù)混合動(dòng)力車中，電子設(shè)備和子系統(tǒng)都位于電池組的某處。事實(shí)上，一些組件供應(yīng)商和OEM將它們組裝在一個(gè)單獨(dú)的物理單元中，稱為BDU（電池?cái)嚅_單元）。

盡管BMS通常與BDU分開安裝，但BDU可以為電子探測(cè)器、汽車控制器和汽車外部提供通信服務(wù)。

 

 

一些組件供應(yīng)商將其設(shè)計(jì)為一系列標(biāo)準(zhǔn)成品型裝置，可作為單獨(dú)裝置購(gòu)買并安裝到儲(chǔ)能鋰電池系統(tǒng)中。主開關(guān)、預(yù)充電開關(guān)、保險(xiǎn)絲、HVIL和其他電子硬件都可以是一個(gè)單元。

德爾福（Delphi）和泰科電子（Tyco Electronics）等公司可以根據(jù)客戶的電氣經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用要求提供現(xiàn)成的高壓設(shè)備，這大大節(jié)省了工程團(tuán)隊(duì)的時(shí)間，提高了工程效率。

 

連接器

在設(shè)計(jì)控制和鋰電池系統(tǒng)時(shí)需要考慮的另一個(gè)重要組件是連接器。由于鋰離子電池行業(yè)剛剛起步，標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，因此可能有許多解決方案可供選擇，每種方案的成本和效益都不同，但并非所有方案都兼容。

此外，許多便攜式電子設(shè)備中使用的連接器尚未被證明能夠滿足汽車行業(yè)的可靠性要求。

連接器必須滿足電池封裝要求，能夠承受惡劣環(huán)境、EMI屏蔽，并滿足電流、電壓和通信要求，而不會(huì)顯著增加系統(tǒng)成本。

 

 

連接mod模塊和單元到單元的連接器非常重要。一些連接器制造商開發(fā)了連接設(shè)計(jì)，使安裝和維護(hù)更容易。

例如，安費(fèi)諾的“Radsok”連接器易于安裝和拆卸。它唯一的缺點(diǎn)是它比傳統(tǒng)連接器成本更高。

連接器和接線通過內(nèi)置閂鎖設(shè)計(jì)固定，這不僅對(duì)運(yùn)輸應(yīng)用中的動(dòng)力電池組是必要的，而且建議在所有鋰電池系統(tǒng)中考慮。

通過集成聯(lián)鎖連接器，確保這些連接不會(huì)隨著時(shí)間的推移而分離或分離。此外，SAE標(biāo)準(zhǔn)J1673規(guī)定的黃色高壓電線用于將其與車內(nèi)電線區(qū)分開來。