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电芯，即电池单体，是动力电池系统的基本组成，其比能量、比功率和循环寿命等参数，直接影响电动车辆续驶里程、加速和爬坡能力、使用寿命等性能。

电芯的选型和设计首先需要根据输入的动力电池系统性能要求等信息，转化为电芯的设计开发要求。

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1 电芯选型依据

单体电池的选型和设计主要考虑以下几方面：

电动车辆的应用类型和特点，尤其是不同类型电动车辆对动力电池需求的差异性；

动力电池自身特点的差异性，包括动力电池产品性能、安全性、产品技术和工艺成熟度、产品价格、产能保证能力，以及环保因素等。

2 容量设计选型

单体容量：不仅与电池类型有关，还与常见生产规格有关。因此，电芯单体选型的过程也就是：确定单体容量的过程，主要考虑因素有：

（1）电芯技术成熟度

优先考虑已经批量稳定生产的典型容量规格。新开发的电芯需要考虑其技术可行性 和生产工艺成熟度，否则难以保证电芯的一致性。

（2）单体电池的安全性

单体电池容量越大，在充放电过程中产生的热量越多，散热难度也就越大，因此电芯的安全性越难以保证。

（3）整车电池安装位置和空间的限制

新能源电动汽车需要在乘坐空间、载荷空间和电池安装空间之间找到平衡点。通常，电池包布置在车辆底盘，受到很多方面的限制。因此，电池包的包络尺寸也就限制了单体电池的形状和尺寸。

对于一些紧凑型的电动汽车，更倾向于使用体积较小的圆柱形电芯，以更好利用车辆异形空间。

（4）考虑单体电池串并联组合后总能量与设计容量差别

如果是基于已有电芯进行选型，由于电芯容量是固定的，因此成组之后的总能量可能与所需的电池包总能量有一定差别。因此，在选择单体电池时，需要通过精确计算来确定最合适的容量规格。

串并联组合优化：在选择单体电池时，需要通过精确计算来确定最合适的容量规格。

例子：电池包系统总能量需求为50kWh，电芯容量为 100Ah（磷酸铁锂，标称电压为3.2V）

那么，所需单体电池数量约为 50×1000/(3.2×100)=156.25 只，取 156 只。

软包电芯模组和方壳电芯模组

3 单体电池选型和容量设计示例

案例来源于《电动汽车动力电池设计与制造技术》，由于本书编写时间较早，部分参数如能量密度已不适应目前的行业普遍值，但不影响单体电池选型和容量设计

某综合工况条件下，续驶里程可达300km的纯电动乘用车电池系统性能参数如上表。

根据车辆性能参数，作为动力电池系统的设计输入参数

基于整车续驶里程≥300km的设计要求、目标车速及单位里程能耗分析，动力电池系统总能量需达到55kWh（可用能量46kWh）。当电机及控制器额定工作电压为350V平台时，可以计算系统总容量和可用容量分别为：

因此，电芯容量设计或选型可以有如下表所示6种方案：

根据动力电池系统性能要求，动力电池能量密度≥120Wh/kg，总重量≤460kg。选用三元电（额定电压3.65V），计算可得电芯串联数量：

则电芯可选用的串联方案和系统电压参数如下：

基于电池系统峰值功率与总能量比值（P/E）约为4，可知应选用偏能量型的单体电池，按系统集成效率约为60%计算，则单体电池的比能量应不低于200Wh/kg。

P/E=4：系统峰值功率为总能量的4倍，属于偏能量型电池（典型值3-5），适用于对能量密度要求高、功率需求中等的场景（如城市通勤电动车）

P/E：反映电池系统功率输出能力与储能能力的平衡

系统集成效率（η）：电池系统实际可用能量与单体电池理论总能量的比值

损耗来源主要有：BMS功耗（约2%）、热管理（10%-15%）、电路损耗（3%-5%）、SOC窗口限制等

基于电池系统使用寿命（10年或24万km）和循环寿命（800次）要求，预留20%-30%寿命余量，预计应选用单体电池的循环寿命应不低于1000次（容量保持率≥80%）。

根据续航，计算系统总能量需求：

公式：

例如：300km续航需 15kWh/100km×3=45kWh（总能量），可用能量 45×0.9=40.5kWh。

由于不同用户群体日均续驶里程需求的差异性，以及不同阶段与之相关的政策驱动等因素，整车在不同时期的纯电续驶里程也存在不同设计需求，例如150 km、200 km、250km、300km、400km和500km等。

依次类推，系统的总容量、单体电池的容量设计和系统串并联方案示例：

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       原文标题 : PACK产品开发与设计(10)：单体电池的选型与设计