《电动汽车动力电池系统》

《电动汽车动力电池系统》第一章第一章、电动汽车动力电池系统技术进展综述第一章、电动汽车动力电池系统技术进展综述一、Wh：能量单位一、Wh：能量单位二、Pack二、Pack:电池PACK三、电池的Pack三、电池的Pack离子电池铅酸电池：铅酸电池：电极主要由铅及其氧化物制成电极主要由铅及其氧化物制成电解液是硫酸溶液的一种电池电解液是硫酸溶液的一种电池放电状态：正极主要成分二氧化铅、负极主要生成铅放电状态：正极主要成分二氧化铅、负极主要生成铅充电状态：正负极主要成分均为硫酸铅充电状态：正负极主要成分均为硫酸铅注液盖注液盖优点：电压稳定、电池廉价，使用范围最广泛的化学电池产品优点：电压稳定、电池廉价，使用范围最广泛的化学电池产品缺点：大而笨重、能量密度低、使用寿命短、日常修理频繁〔老式寿缺点：大而笨重、能量密度低、使用寿命短、日常修理频繁〔老式寿22命变长，修理修理也简洁〕铅酸电池的进展：铅酸电池的进展：19851985〔力量密度、充放电倍率均大幅度提升〕镍氢电池：镍氢电池：在镍镉电池的根底上产生〔镍镉电池记忆效应强，循环寿命短，镉是重金属，毒性较强环境污染大〕在镍镉电池的根底上产生〔镍镉电池记忆效应强，循环寿命短，镉是重金属，毒性较强环境污染大〕正极：镍氧化物正极：镍氧化物负极：金属氢化物负极：金属氢化物电解液：碱液(KOH)电解液：碱液(KOH)主要组成：正极片、负极片、电解液、隔膜、盖帽、绝缘层、外壳主要组成：正极片、负极片、电解液、隔膜、盖帽、绝缘层、外壳镍氢电池比镍镉电池力量密度大〔两倍〕，重量轻、寿命长、环境污染小镍氢电池比镍镉电池力量密度大〔两倍〕，重量轻、寿命长、环境污染小优点：能量密度高、可快速充放电、循环寿命长、对环境无污染，记优点：能量密度高、可快速充放电、循环寿命长、对环境无污染，记〔记忆效应是电池由于使用而使电池内容物产生结晶的一〔记忆效应是电池由于使用而使电池内容物产生结晶的一种效应〕使用领域：电脑、摄像机、数码产品、电动自行车等使用领域：电脑、摄像机、数码产品、电动自行车等电动汽车领域：镍氢电池主要使用于混合动力电动汽车电动汽车领域：镍氢电池主要使用于混合动力电动汽车锂离子电池：锂离子电池：锂离子电池是一种主要依靠锂离子在正极和负极之间来回移动来工作的二次充电电池锂离子电池是一种主要依靠锂离子在正极和负极之间来回移动来工作的二次充电电池充放电过程，正充放电过程，正LI充电时：正LI充电时：正LI态放电时：正LI放电时：正LI态应用领域广应用领域广组成：正极、负极、电解质、隔离膜、集流体、外壳组成：正极、负极、电解质、隔离膜、集流体、外壳产品外形：圆柱形、方形、软包产品外形：圆柱形、方形、软包正极材料：钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元、镍钴铝三元等正极材料：钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元、镍钴铝三元等锂金属氧化物锂金属氧化物负极材料：石墨、无序碳材料、硅碳复合材料、碳酸锂、单体锂、锡基合金、铝基合金、美基合金等负极材料：石墨、无序碳材料、硅碳复合材料、碳酸锂、单体锂、锡基合金、铝基合金、美基合金等电解质：高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和必要的添加剂电解质：高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和必要的添加剂ECDMCEMC酸甲乙酯隔膜：单层隔膜：单层PPPEPP/PE、三层PP/PE/PP锂离子电池将来进展方向：单位本钱、循环寿命、充电速度、安全性锂离子电池将来进展方向：单位本钱、循环寿命、充电速度、安全性四、纯电动汽车优点：四、纯电动汽车优点：环保、省钱、噪声小、节能、构造简洁、维护便利、驾驶体验好环保、省钱、噪声小、节能、构造简洁、维护便利、驾驶体验好五、动力电池系统在整车上的安装位置：五、动力电池系统在整车上的安装位置：1、有限的空间，布置更多的电池1、有限的空间，布置更多的电池2、电池包的位置对整车的安全2、电池包的位置对整车的安全3、电池包的重量和外形对整车寿命的影响3、电池包的重量和外形对整车寿命的影响4、要充分考虑电池的散热4、要充分考虑电池的散热5、电池包重量影响整车的重心和轴荷的安排，影响整车的舒适性和5、电池包重量影响整车的重心和轴荷的安排，影响整车的舒适性和驾乘体验驾乘体验六、“工”字形和“T”字形电池包安装六、“工”字形和“T”字形电池包安装宝马X1宝马X1〔采用宁德时代CATLPack27KWh，150Km程〕Pack16KWh64Km〕1、提高电池包的力量密度，同样空间储存更多的电量1、提高电池包的力量密度，同样空间储存更多的电量2、扩展电池包的空间，增大电池包的重量和体积，进而增加电量2、扩展电池包的空间，增大电池包的重量和体积，进而增加电量总结：一般状况下，能量密度的提高是缓慢，受限于电池技术的进步速度，很难短时间内大幅度提升；只能从空间上做文章；总结：一般状况下，能量密度的提高是缓慢，受限于电池技术的进步速度，很难短时间内大幅度提升；只能从空间上做文章；七、“土”字形电池包安装七、“土”字形电池包安装吉利帝豪吉利帝豪EV20232023EV44Wh，250Km20232023款帝豪EV，同样承受三元电芯，对电池包、热治理系统和动力300Km因此，“土”字形电池包将续航里程提升到了300KM，进一步提升就因此，“土”字形电池包将续航里程提升到了300KM，进一步提升就有难度了八、一体式〔滑板式〕电池包安装八、一体式〔滑板式〕电池包安装包来设计开放，将电池包进展模块化设计，平铺在地盘上，最大限度构造防护。包来设计开放，将电池包进展模块化设计，平铺在地盘上，最大限度构造防护。最早承受的是特斯拉，群众、宝马也纷纷跟进，将续航里程提升至400~600Km最早承受的是特斯拉，群众、宝马也纷纷跟进，将续航里程提升至400~600Km;成组技术成组技术九、电动汽车九、电动汽车Pack的关键技术1、力量密度高、体积小、重量小，装载多、跑得远；1、力量密度高、体积小、重量小，装载多、跑得远；223、牢靠、安全，行驶不易发生故障、极端状况下保证安全；3、牢靠、安全，行驶不易发生故障、极端状况下保证安全；4、价格廉价，购置本钱高；4、价格廉价，购置本钱高；电池包成组电池包成组十、电池包〔Pack〕组成十、电池包〔Pack〕组成〔电芯〔电芯通过简单的电连接工艺和机械连接工艺组成，为了有效的、牢靠的使用，还增加了传感器和掌握器，以及满足恶劣使用环境下的热治理系统；1、电池包的系统集成技术1、电池包的系统集成技术电池包的产品开发和应用，最核心的是机、电、热、化四个方面；电池包的产品开发和应用，最核心的是机、电、热、化四个方面；刚度，在震惊、冲击、翻滚、挤压、碰撞、跌落下保证安全；刚度，在震惊、冲击、翻滚、挤压、碰撞、跌落下保证安全；电指电子和电气：电能老驱动，瞬时功率高达几百千瓦，电压范围从电，以及电压的输出，意味着电池包要有很高的电气荷载要求，对导体的截面积、连接阻抗、发热、绝缘、老化等有格外严格的要求；电指电子和电气：电能老驱动，瞬时功率高达几百千瓦，电压范围从电，以及电压的输出，意味着电池包要有很高的电气荷载要求，对导体的截面积、连接阻抗、发热、绝缘、老化等有格外严格的要求；池治理系统〔BMS〕，由传感器、执行器、掌握器〔电控单元〕等组件组成，采集系统的电压、电流、温度、等数据，进展简单的计算，界，掌握系统的特别状态；池治理系统〔BMS〕，由传感器、执行器、掌握器〔电控单元〕等组件组成，采集系统的电压、电流、温度、等数据，进展简单的计算，界，掌握系统的特别状态；热是指电池包的热治理：两个层面的意思：热是指电池包的热治理：两个层面的意思：1、外部环境的热治理〔适应外界环境要求，为电池安装“空调”〕1、外部环境的热治理〔适应外界环境要求，为电池安装“空调”〕2、内部环境的热治理，由于电池内阻和电气部件的阻抗，充放电情况下，电池包内部发热，电流越大，发热量越多，假设不能散热，轻则影响电池寿命，重则引起起热失控，带来安全问题；2、内部环境的热治理，由于电池内阻和电气部件的阻抗，充放电情况下，电池包内部发热，电流越大，发热量越多，假设不能散热，轻则影响电池寿命，重则引起起热失控，带来安全问题；热治理格外简单，要解决加热、散热、保温、热均衡等几个问题；热治理格外简单，要解决加热、散热、保温、热均衡等几个问题；化是指电化学：也指电池的化学机理；化是指电化学：也指电池的化学机理；化学反响的数量规模，打算了电池的充放电能量；化学反响的数量规模，打算了电池的充放电能量；化学反响的快慢，打算了电池的充放电速度；化学反响的快慢，打算了电池的充放电速度；化学反响的可控和不行控，打算电池的安全性；化学反响的可控和不行控，打算电池的安全性；化学反响的可逆程度，打算了电池的寿命。化学反响的可逆程度，打算了电池的寿命。电池成组技术电池成组技术十一、电芯设计和选型十一、电芯设计和选型在电池包产品的设计中，电芯的设计和选型最为关键：在电池包产品的设计中，电芯的设计和选型最为关键：1、对于自己设计、研发和生产电芯的企业来说，在电池包开发过程中，包含电芯的设计和开发，会基于客户需求，开发一款满足电池包产品设计目标的电芯；1、对于自己设计、研发和生产电芯的企业来说，在电池包开发过程中，包含电芯的设计和开发，会基于客户需求，开发一款满足电池包产品设计目标的电芯；2、对于独立的电池包企业而言，在匹配整车需求的时候，就需要选品；2、对于独立的电池包企业而言，在匹配整车需求的时候，就需要选品；3、动力电芯的封装：3、动力电芯的封装：硬壳：硬壳：圆柱形钢壳圆柱形钢壳：〔一般承受钢壳，也有铝壳，小尺寸，成组敏捷；圆柱形铝壳：但大尺寸散热不好设计，本钱较低〕；圆柱形铝壳：但大尺寸散热不好设计，本钱较低〕；方形钢壳方形钢壳：〔早期钢壳多，现在铝壳多，散热好，成组易设；方形铝壳：计牢靠性好，尺寸变化需要开模，本钱高，含防爆阀，更安全〕；方形铝壳：计牢靠性好，尺寸变化需要开模，本钱高，含防爆阀，更安全〕；软包：铝塑膜作为外包装，尺寸变化敏捷，本钱低，电芯重量比能量软包：铝塑膜作为外包装，尺寸变化敏捷，本钱低，电芯重量比能量高；机械性能差，封口工艺较难，成组构造简单，散热设计不易，无防爆；设计，更适合固态电池高；机械性能差，封口工艺较难，成组构造简单，散热设计不易，无防爆；设计，更适合固态电池电芯的选型：电芯的选型：电池包比能量、电芯比能量、电芯单价、电池包循环寿命、电芯循环寿命。电池包比能量、电芯比能量、电芯单价、电池包循环寿命、电芯循环寿命。十二、电池包电子电气设计十二、电池包电子电气设计电池包产品设计与电相关的设计，分为电子设计和电气设计两局部：电池包产品设计与电相关的设计，分为电子设计和电气设计两局部：电气设计主要指凹凸压线束、连接器、铜巴、继电器、保险丝等；电气设计主要指凹凸压线束、连接器、铜巴、继电器、保险丝等；考虑载流力量、接触阻抗、耐压阻力、耐压等级、等等；考虑载流力量、接触阻抗、耐压阻力、耐压等级、等等；电子设计主要指电池治理系统(BMS)的设计，包含硬件和软件设计两个局部；电子设计主要指电池治理系统(BMS)的设计，包含硬件和软件设计两个局部；电池治理系统作为电池的掌握核心，需要完成数据采集、计算、上下电掌握、能量治理、通信、故障诊断、告警、保护等等。电池治理系统作为电池的掌握核心，需要完成数据采集、计算、上下电掌握、能量治理、通信、故障诊断、告警、保护等等。十三、电池包热设计十三、电池包热设计两个目标：两个目标：1、掌握电芯的工作温度：影响电池的使用寿命和性能1、掌握电芯的工作温度：影响电池的使用寿命和性能2、掌握不同电芯的温度差：影响电池的短板响应，导致电池组全都性变差2、掌握不同电芯的温度差：影响电池的短板响应，导致电池组全都性变差3、要到达这两个目标，就要考虑散热、加热、热均衡、保温四个方面的措施；3、要到达这两个目标，就要考虑散热、加热、热均衡、保温四个方面的措施；温度及温度差：温度及温度差：20~3020~30510~405~8散热设计：散热设计：1、自然冷却、风冷、液冷、冷媒直冷几种方式；1、自然冷却、风冷、液冷、冷媒直冷几种方式；2、依据运行工况、环境温度、寿命要求、电池组热特性、构造、成本选择冷却方式：冷却通道设计、冷却介质设计、冷却介质温度、冷却介质流量2、依据运行工况、环境温度、寿命要求、电池组热特性、构造、成本选择冷却方式：冷却通道设计、冷却介质设计、冷却介质温度、冷却介质流量加热设计：加热设计：1、加热膜、PTC、热液1、加热膜、PTC、热液2电池升温速率、加热装置的加热温度来选择：加热方式的选择、加热装置的安装位置、加热装置的发热功率、保温材料的选择、保温装置2电池升温速率、加热装置的加热温度来选择：加热方式的选择、加热装置的安装位置、加热装置的发热功率、保温材料的选择、保温装置安装位置。十四、电池包的安全设计十四、电池包的安全设计化学安全、电气安全、机械安全、功能安全化学安全、电气安全、机械安全、功能安全十五、电池包的仿真分析技术十五、电池包的仿真分析技术构造仿真、热流体仿真、电化学仿真构造仿真、热流体仿真、电化学仿真十六、电池包的工艺技术十六、电池包的工艺技术装配过程：电池模组装配、电池包箱体装配、下线测试三大阶段：装配过程：电池模组装配、电池包箱体装配、下线测试三大阶段：电池模组装配：关键工艺为分容、清洗、入壳/框、焊接、涂胶、测电池模组装配：关键工艺为分容、清洗、入壳/框、焊接、涂胶、测试；由于模组设计相当标准化，且复用度高，模组装配可以