电动汽车动力电池系统设计与制造技术

目录Contents

第1章 电动汽车动力电池系统技术发展综述 1

1.1 电动汽车发展史 2

1.1.1 电动汽车的第一个黄金时代 2

1.1.2 电动汽车的第二个黄金时代 2

1.1.3 电动汽车的第三个黄金时代 4

1.2 电动汽车Pack产品分类 5

1.2.1 动力储能电池的分类 6

1.2.2 动力电池系统的功能分类 10

1.2.3 动力电池系统在整车的安装位置 19

1.3 电动汽车Pack的关键技术 23

1.3.1 系统集成技术 24

1.3.2 电芯设计及选型 25

1.3.3 结构设计技术 27

1.3.4 电池包电子电气设计 28

1.3.5 电池包热设计 29

1.3.6 电池包安全设计 30

1.3.7 电池包仿真分析技术 32

1.3.8 电池包工艺设计 32

1.4 我国电动汽车Pack技术发展趋势 33

1.4.1 我国新能源汽车的发展阶段 33

1.4.2 我国政府制定的2020年关键技术指标 34

1.4.3 技术挑战及发展趋势 35

参考文献 38

第2章 动力电池系统总体方案设计 41

2.1 动力电池系统总体方案设计概述 42

2.1.1 动力电池系统总体方案设计流程 42

2.1.2 动力电池系统的总体需求分析 43

2.1.3 动力电池系统的基本性能参数 47

2.1.4 动力电池系统产品参数匹配性分析 48

2.2 单体电池的选型与设计 51

2.2.1 单体电池的选型与设计概述 51

2.2.2 单体电池的选型依据 51

2.2.3 单体电池容量选型设计 52

2.2.4 单体电池选型和容量设计示例 53

2.3 机械结构概念设计 57

2.3.1 机械结构总体设计概述 57

2.3.2 机械结构设计要求 58

2.3.3 电池包在整车上的布置 62

2.3.4 电池包总体布置方案设计 67

2.3.5 电池箱体和电池模组概念方案设计 69

2.4 电池管理系统概念设计 71

2.4.1 电池管理系统设计概述 71

2.4.2 电池管理系统基本功能 71

2.4.3 电池管理系统设计要求 72

2.4.4 电池管理系统概念设计方案 76

2.5 高压电气系统设计 77

2.5.1 高压电气系统设计概述 77

2.5.2 高压电气系统设计要求 78

2.5.3 高压电气系统概念设计方案 81

2.6 热管理系统设计 84

2.6.1 锂离子动力电池的温度特性 84

2.6.2 热管理系统设计概述 85

2.6.3 热管理系统基本功能 86

2.6.4 热管理系统设计要求 86

2.6.5 热管理系统概念设计方案 86

参考文献 90

第3章 动力电池系统结构与电连接设计 93

3.1 电池系统结构设计概述 94

3.2 模组结构设计 95

3.2.1 需求边界 95

3.2.2 模组的固定与连接 98

3.2.3 模组电连接设计 103

3.2.4 模组安全设计 107

3.2.5 模组尺寸标准化 108

3.3 电箱结构设计 109

3.3.1 需求边界 110

3.3.2 整体排布设计 110

3.3.3 详细设计 112

3.3.4 电连接设计 116

3.3.5 电箱安全设计 119

3.4 高压箱结构设计 123

3.5 轻量化设计 125

3.5.1 新的成组方式 126

3.5.2 新型材料的应用 128

3.5.3 极限设计 129

3.6 IP防护设计 131

3.6.1 接触防护 131

3.6.2 防水防尘 132

参考文献 138

第4章 动力电池管理系统（BMS）设计 139

4.1 BMS的功能及其重要性 140

4.1.1 BMS的角色定位 140

4.1.2 BMS的主要功能 141

4.2 BMS的硬件开发要点 146

4.2.1 拓扑结构的选择 146

4.2.2 电压、电流、温度采集电路的设计要点 150

4.2.3 BMS中两个关键硬件模块的设计 154

4.2.4 BMS的抗干扰设计 158

4.2.5 面向提高可靠性的冗余设计 161

4.3 BMS的软件开发要点 162

4.3.1 SOC相关的概念 162

4.3.2 电池荷电状态（SOC）估算 164

4.3.3 电池健康状态（SOH）评估 167

4.3.4 SOF的估算 170

4.4 BMS的测试与验证 172

4.4.1 一些值得讨论的问题 172

4.4.2 在产品设计、制造的不同阶段对BMS 的验证 173

4.4.3 用于BMS验证的电池模拟器 174

参考文献 177

第5章 动力电池系统热管理设计 179

5.1 热管理系统设计概述 180

5.1.1 热管理系统的“V”模型开发模式 180

5.1.2 仿真分析的应用 182

5.1.3 实验验证 189

5.2 冷却系统设计 190

5.2.1 冷却方式的选择 191

5.2.2 自然冷却系统 191

5.2.3 强制风冷系统 193

5.2.4 液冷系统 197

5.2.5 直冷系统 212

5.3 加热系统设计 214

5.3.1 设计需求 214

5.3.2 电加热膜设计 216

5.3.3 PTC加热设计 218

5.3.4 液热设计 220

5.4 保温系统设计 222

5.4.1 保温设计概述 222

5.4.2 模组保温设计 222

5.4.3 箱体保温设计 223

5.5 热管的应用 224

5.5.1 热管简介 224

5.5.2 热管在热管理系统中的应用 225

5.5.3 热管应用注意事项 225

参考文献 226

第6章 动力电池系统结构仿真分析 227

6.1 电池系统结构优化 228

6.1.1 结构拓扑优化 228

6.1.2 电池壳体结构形貌优化 230

6.1.3 其他优化方法简介 231

6.2 动力电池系统结构强度仿真 232

6.2.1 弹性变形体的基本假设 232

6.2.2 应力应变基本概念及关系 232

6.2.3 材料模型 235

6.2.4 冲击分析 236

6.2.5 挤压仿真分析 240

6.3 动力电池系统振动疲劳仿真 242

6.3.1 疲劳理论介绍 242

6.3.2 基于极限拉伸强度的S-N曲线估算 245

6.3.3 结构振动疲劳寿命估算 250

6.3.4 随机振动案例解析 255

6.4 制造工艺仿真 259

6.4.1 冲压成型仿真 260

6.4.2 超声波焊接仿真 262

6.4.3 搅拌摩擦焊接 263

6.4.4 模流分析 269

参考文献 272

第7章 动力电池系统开发性试验验证 275

7.1 电池单体测评 276

7.1.1 出厂参数 277

7.1.2 温度和倍率充电性能 277

7.1.3 温度和倍率放电性能 279

7.1.4 恒功率特性 280

7.1.5 脉冲功率特性 281

7.1.6 能量效率 282

7.1.7 荷电保持能力 283

7.1.8 产热特性 284

7.1.9 老化特性 285

7.1.10 安全性测试 287

7.2 动力电池系统开发性验证 289

7.2.1 系统功能 289

7.2.2 系统壳体防护功能 292

7.2.3 电性能 295

7.2.4 可靠性 304

7.2.5 安全性 311

7.2.6 热管理系统开发性试验验证方法 316

7.2.7 EMC开发性试验验证方法 317

参考文献 321

第8章 动力电池系统制造技术概述 323

8.1 概述 324

8.2 模组结构和工艺介绍 324

8.2.1 圆柱电芯模组结构和工艺介绍 325

8.2.2 方形电芯模组结构和工艺介绍 329

8.2.3 软包电芯模组结构和工艺介绍 331

8.3 关键工艺介绍 334

8.3.1 电芯分选 334

8.3.2 电阻焊接 335

8.3.3 键合焊接 340

8.3.4 激光焊接 343

8.3.5 打胶工艺 346

8.3.6 Pack总装紧固 348

8.3.7 线束装配 350

8.3.8 气密性检测 351

8.4 生产过程控制 352

8.5 下线测试（EOL） 359

8.5.1 下线测试（EOL）作用 359

8.5.2 下线测试（EOL）检测功能需求分析 359

8.6 模组及Pack 信息/自动化 363

8.6.1 动力电池模组与Pack产线的自动化 363

8.6.2 动力电池模组与Pcak产线的信息化 365

8.6.3 动力电池模组与Pack产线的智能化 367

8.6.4 本章小结 370

参考文献 370

缩略语 371