电动汽车动力电池设计与制造技术 动力电池设计与制造技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030541208

商品编码：28441700661

开本：16开

出版时间：2017-09-01

用纸：胶版纸

页数：388

字数：470000

内容简介

《电动汽车动力电池设计与制造技术》内容立足于我国电动汽车产业的实际情况，从多个角度对动力电池的设计与制造进行了化的梳理和论述，可以用于指导企事业单位的方案论证、产品开发、技术研究、生产制造和售后服务等工作。《电动汽车动力电池设计与制造技术》共8章，包括动力电池技术发展综述、总体方案设计（设计）、结构与电连接设计、电池管理（BMS）设计、热管理设计、结构仿真分析、试验验证，以及生产制造技术，可以为读者提供丰富的工程实践参考。

目录

目录Contents
第1章 电动汽车动力电池技术发展综述 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 动力电池的功能分类 10
1.2.3 动力电池在整车的安装位置 19
1.3 电动汽车Pack的关键技术 23
1.3.1 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 动力电池总体方案设计 41
2.1 动力电池总体方案设计概述 42
2.1.1 动力电池总体方案设计流程 42
2.1.2 动力电池的总体需求分析 43
2.1.3 动力电池的基本性能参数 47
2.1.4 动力电池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 电池管理概念设计 71
2.4.1 电池管理设计概述 71
2.4.2 电池管理基本功能 71
2.4.3 电池管理设计要求 72
2.4.4 电池管理概念设计方案 76
2.5 高压电气设计 77
2.5.1 高压电气设计概述 77
2.5.2 高压电气设计要求 78
2.5.3 高压电气概念设计方案 81
2.6 热管理设计 84
2.6.1 锂离子动力电池的温度特性 84
2.6.2 热管理设计概述 85
2.6.3 热管理基本功能 86
2.6.4 热管理设计要求 86
2.6.5 热管理概念设计方案 86
参考文献 90
第3章 动力电池结构与电连接设计 93
3.1 电池结构设计概述 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（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 动力电池热管理设计 179
5.1 热管理设计概述 180
5.1.1 热管理的“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 冷却设计 190
5.2.1 冷却方式的选择 191
5.2.2 自然冷却 191
5.2.3 强制风冷 193
5.2.4 液冷 197
5.2.5 直冷 212
5.3 加热设计 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 动力电池结构仿真分析 227
6.1 电池结构优化 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 动力电池开发性验证 289
7.2.1 功能 289
7.2.2 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

《绿色能源的脉搏：电动汽车动力电池的创新之路》 前言 随着全球对可持续发展和环境保护的日益重视，电动汽车（EV）已成为未来交通出行的主流趋势，而动力电池作为电动汽车的“心脏”，其性能、安全性和经济性直接决定了电动汽车的普及程度和发展前景。本书并非关于“电动汽车动力电池设计与制造技术”的直接讲解，而是旨在从更宏观、更具启发性的视角，探讨驱动动力电池技术不断向前演进的那些核心要素、关键瓶颈以及充满潜力的未来方向。我们将穿梭于材料科学的微观世界，徜徉于工程设计的宏大框架，审视市场需求的脉动，并展望能源革命的宏伟蓝图。 第一章：驱动革新的核心引擎——动力电池材料的探索与突破 动力电池的性能上限，很大程度上取决于其内部使用的材料。传统的锂离子电池，尽管已取得巨大成功，但其能量密度、功率密度、安全性和成本等方面仍存在提升空间。本章将聚焦于那些正在或即将改变游戏规则的创新材料，它们是推动动力电池技术进步的基石。 正极材料的演进： 从最初的钴酸锂（LCO）到磷酸铁锂（LFP）、镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA），每一种材料的出现都代表着一次技术飞跃。我们将深入探讨不同正极材料的化学结构、电化学性能、优缺点以及它们如何适应不同的应用场景，例如，LFP因其出色的安全性、长寿命和低成本，正逐渐在中低端车型和储能领域占据重要地位；而高镍NCM和NCA则以其更高的能量密度，成为追求长续航电动汽车的首选。此外，我们还将展望下一代正极材料，如富锂锰基（LLMO）、固态电解质复合正极等，它们有望带来能量密度和安全性的指数级提升。 负极材料的未来： 石墨作为当前最主流的负极材料，其理论比容量已接近极限。本书将着重分析硅基负极材料的潜力和挑战。硅的理论比容量远高于石墨，但其在充放电过程中体积变化巨大，容易导致材料粉化和电池衰减，这是亟待解决的技术难题。我们将探讨纳米化硅、硅碳复合材料、以及金属锂负极等前沿技术，它们有望在未来大幅提升电池的能量密度，实现“超长续航”的梦想。 电解质的守护者： 传统的有机液态电解质存在易燃易爆、高温稳定性差等安全隐患。本章将详细阐述固态电解质的革命性潜力。聚合物固态电解质、氧化物固态电解质、硫化物固态电解质等不同类型的固态电解质，它们在离子导电性、界面稳定性、机械强度等方面各具特点。固态电池的实现，不仅能从根本上解决安全问题，还有望简化电池结构，进一步提升能量密度，彻底改变电动汽车的设计理念。 隔膜的屏障与桥梁： 隔膜的作用是物理隔离正负极，防止短路，同时允许锂离子自由通过。我们将探讨新型隔膜材料，如陶瓷涂层隔膜、高性能聚烯烃隔膜，以及在固态电池中，隔膜甚至可以与电解质功能合一，成为离子传输和结构支撑的关键部件。 第二章：超越材料的智慧——电池系统的优化与智能化 动力电池并非孤立存在，它是一个由电芯、电池管理系统（BMS）、热管理系统（TMS）以及机械结构等组成的复杂系统。本章将深入剖析系统层面的优化策略，以及如何通过智能化手段，充分挖掘电池的潜能。 电芯设计的多维度考量： 从圆柱形、方形到软包，不同形态的电芯在能量密度、散热性能、结构强度和生产成本上都有各自的优势。我们将分析这些形态背后的工程逻辑，以及如何通过优化电芯内部结构（如极片厚度、涂层均匀性、集流体设计），提升能量密度和降低内阻。 电池管理系统（BMS）的“大脑”： BMS是动力电池的“安全卫士”和“性能调优师”。本章将详细阐述BMS的核心功能，包括电量估算（SOC）、状态估算（SOH）、过充过放保护、温度监控、均衡管理等。我们将探讨基于模型预测控制（MPC）、机器学习（ML）等先进算法在BMS中的应用，以实现更精准的电量估算、更优化的充放电策略、更主动的故障诊断和预测。 热管理系统（TMS）的“温度守护者”： 温度是影响电池性能、寿命和安全的关键因素。本书将深入分析液冷、风冷、相变材料冷却等不同热管理方案，以及如何通过CFD（计算流体动力学）仿真优化散热设计，确保电池在各种工况下都处于最佳工作温度区间。同时，我们也会关注主动加热技术在寒冷地区的应用。 结构设计与集成： 电池包的结构设计直接关系到电池的安全性、可靠性和轻量化。本章将探讨如何通过先进的仿真技术，优化电池包的结构强度，提升抗冲击和抗振动能力，同时实现紧凑的封装和便捷的维护。模块化、集成化设计理念，以及电池包与车身结构的融合，都将是重点讨论的方向。 第三章：从实验室到市场的飞跃——电池制造的工艺与挑战 卓越的材料和精巧的设计，最终需要通过高效、稳定、低成本的制造工艺来实现。本章将聚焦于动力电池制造过程中所面临的工艺难点、质量控制以及规模化生产的挑战。 电极制备的精度要求： 浆料的配比、涂布的均匀性、辊压的密度，这些微小的差异都可能对电芯性能产生显著影响。本章将详细探讨自动化、智能化涂布、辊压设备的应用，以及在线检测技术在确保产品质量方面的重要性。 电芯组装的精益化： 卷绕、叠片等电芯组装工艺，对精度和洁净度有着极高的要求。我们将分析不同组装工艺的优劣，以及如何通过优化设备和流程，提高生产效率，降低废品率。 电池化成与分容的“初体验”： 化成和分容是电芯“苏醒”的关键步骤，它直接影响电芯的首次性能和长期稳定性。本章将深入探讨不同化成工艺（如恒流恒压、脉冲充放电）的选择，以及如何通过精细化的分容曲线，准确评估电芯性能，实现优良电池组的匹配。 自动化与智能化生产线的构建： 面对日益增长的市场需求，自动化、柔性化、智能化的生产线是应对挑战的必然选择。本章将讨论工业4.0理念在动力电池制造领域的应用，包括MES（制造执行系统）、SCADA（数据采集与监控系统）以及AI在生产过程中的作用，以实现生产过程的可视化、可追溯和智能化决策。 质量控制与可靠性保证： 从原材料到成品，严格的质量控制贯穿始终。本章将强调过程控制、统计过程控制（SPC）以及各种无损检测技术（如X射线检测、超声波检测）在确保电池一致性和可靠性方面的重要性。 第四章：绿色循环的愿景——动力电池的回收与梯次利用 动力电池的生命周期并不仅仅止于其在电动汽车上的使命。随着电动汽车保有量的快速增长，废旧动力电池的处理问题日益凸显。本章将展望动力电池的绿色循环，探讨其回收价值和梯次利用的可能性。 废旧电池的回收难题与技术： 传统的回收方法存在能耗高、污染大、效率低等问题。本章将关注湿法冶金、火法冶金以及生物浸出等新型回收技术，它们能够更高效、更环保地回收电池中的有价金属，如钴、镍、锂等。 梯次利用的广阔前景： 即使在电动汽车上退役的电池，其剩余容量仍然可以满足储能、备用电源等应用的需求。本章将探讨如何对退役电池进行残余价值评估、安全检测，以及构建梯次利用产业链，延长电池的整体生命周期，实现资源的“二次价值”。 构建闭环的生态系统： 从原材料开采、电池制造，到电动汽车使用、回收和梯次利用，构建一个完整的闭环生态系统，是实现可持续发展的关键。本章将呼吁行业、政府和消费者共同努力，推动动力电池全生命周期的绿色化。 第五章：未来已来——动力电池技术的新浪潮与展望 在材料、系统和制造技术不断进步的同时，一系列颠覆性的技术正在悄然兴起，它们预示着动力电池的未来将更加精彩。 固态电池的终极形态： 再次强调固态电池的潜力，并探讨其大规模商业化所面临的挑战，如界面阻抗、生产成本、循环寿命等，以及科学家们正在如何攻克这些难关。 锂硫电池与锂空气电池的“下一代”之争： 这两种电池被认为是比锂离子电池具有更高能量密度潜力的技术。我们将分析它们的工作原理、优势以及面临的瓶颈，例如锂硫电池的穿梭效应，锂空气电池的活性氧反应等。 钠离子电池的崛起： 随着锂资源的稀缺和价格的波动，钠离子电池以其丰富的资源、低成本的优势，正成为一个极具吸引力的替代方案。本章将重点介绍钠离子电池的材料体系、性能特点以及在电动汽车和储能领域的应用前景。 新型快充技术： 充电速度是制约电动汽车普及的重要因素之一。本章将探讨各种提升充电速度的技术，包括高功率充电技术、新型电解质、优化的电极设计以及智能充电策略。 人工智能在电池研发与应用中的作用： 从材料筛选、电池设计，到故障预测、寿命管理，人工智能正在深刻地改变动力电池的研发和应用模式。本章将展望AI在加速电池技术创新、提升电池性能和安全性方面的无限可能。 结语 本书并非一本纯粹的技术手册，而是一次对电动汽车动力电池前沿领域的探索之旅。它旨在激发读者对这一关键技术的兴趣，理解其复杂性，并认识到其中蕴含的巨大机遇。从基础材料的微观结构，到庞大系统的宏观优化，再到智能制造的精益求精，以及绿色循环的生态愿景，动力电池的创新之路永无止境。我们正站在能源革命的浪尖，而动力电池，无疑是这场革命中最激动人心的脉搏。本书期望能为所有对电动汽车、新能源技术以及可持续未来感兴趣的人们，提供一个深刻而广阔的视野。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够系统性地指导我进行动力电池设计实践的书籍，这本书可以说完全满足了我的需求。它在设计部分的论述非常具体，从电池模组的结构设计，到热管理系统的优化，再到电池管理系统（BMS）的算法开发，几乎涵盖了所有关键环节。书中提供了大量的图表和实例，让我能够清晰地看到一个设计方案是如何一步步形成的，以及在实际生产中可能会遇到哪些问题。特别是关于热管理的部分，它详细讲解了不同冷却方式（风冷、液冷、直冷）的优缺点，以及如何根据电池的功率需求和工作环境来选择最合适的方案。这对于保证动力电池的安全性和长寿命至关重要。此外，BMS算法的讲解也让我受益匪浅，书中有关于SOC（荷电状态）、SOH（健康状态）估算的多种算法的对比分析，以及如何通过这些算法来提升电池的整体性能和可靠性。我甚至觉得，这本书不仅仅是设计手册，更像是一位经验丰富的工程师在手把手地教你如何解决实际问题，让我感觉离自己的目标又近了一步。

评分☆☆☆☆☆

我是一名汽车工程专业的学生，在学习动力电池相关知识时，常常会遇到一些概念理解上的困难，或者感觉理论与实践脱节。这本书的出现，很大程度上解决了我的这些困惑。它在理论讲解上，循序渐进，从最基础的电化学原理讲起，逐步深入到各种复杂的技术细节。让我特别惊喜的是，书中对于不同设计参数对电池性能影响的分析，非常直观。例如，它会通过大量的仿真结果来展示，改变某个电极材料的厚度，或者调整电解液的成分，会对电池的能量密度、功率输出以及循环寿命产生怎样的具体影响。这让我能够将抽象的理论知识转化为具体的、可量化的指标，从而更好地理解设计背后的逻辑。此外，书中还穿插了一些案例分析，通过分析真实世界的动力电池事故或成功案例，来印证书中的理论和技术。这让我的学习过程更加生动有趣，也让我对动力电池的整个生命周期有了更全面的认识。这本书无疑为我未来的学习和职业生涯奠定了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书我拿到手就迫不及待地翻阅起来，它给我的第一印象是内容极其扎实，从基础理论的讲解到实际应用的分析，都做得非常到位。比如，它在讲解动力电池的材料选择时，不仅仅是简单地罗列各种正负极材料的优缺点，而是深入剖析了不同材料的晶体结构、电化学性能以及它们在实际充放电循环中的稳定性。这一点对于我们这些想要深入理解电池工作原理的读者来说，简直是福音。而且，作者在讨论不同电池类型时，也特别注意到了它们在成本、能量密度、功率密度以及安全性能之间的权衡，这让我在面对具体的设计问题时，能够有一个更清晰的思路。书中还涉及了很多前沿的电池技术，比如固态电池、钠离子电池等，虽然这些技术目前还在发展初期，但书中对它们的发展前景和潜在挑战的分析，让我对未来的动力电池技术充满了期待。总的来说，这本书的理论深度和广度都让我感到满意，它不仅能帮助我建立起坚实的理论基础，还能让我了解到行业内的最新动态，这对于我提升专业技能非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个在动力电池制造领域摸爬滚打多年的技术人员来说，找到一本既能满足我当前工作需求，又能启发我思考未来方向的书籍并不容易。而这本书，恰恰做到了这一点。它在制造工艺的描述上，非常细致，从电极片的制备，到电芯的叠片或卷绕，再到封装和化成，每一个步骤都用清晰的流程图和精美的图片进行了展示。书中还特别提到了制造过程中的质量控制和失效分析，这对于我们减少生产成本、提高产品合格率有着直接的指导意义。让我印象深刻的是，作者并没有回避制造过程中可能遇到的各种挑战，比如浆料均匀性、涂布精度、电芯一致性等，并且给出了切实可行的解决方案。这让我感觉作者非常了解一线生产的需求。同时，书中也展望了智能制造在动力电池领域的应用，比如自动化生产线、大数据分析等，这让我对未来的工厂形态有了更清晰的认识，也促使我思考如何在未来的工作中融入这些新的技术和理念，从而推动整个制造行业的进步。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一开始对这本书的期待并没有那么高，觉得市面上关于动力电池的书籍很多，内容可能都大同小异。但当我真正开始阅读后，我被它独特的视角和深入的分析所吸引。它不仅仅是技术层面的介绍，更是在探讨如何通过创新性的设计和制造技术来解决当前动力电池产业面临的瓶颈问题。例如，在能量密度提升方面，它不仅仅局限于材料的进步，还深入分析了通过结构创新和优化来提升能量密度的方法，比如电池包的空间利用率、高压系统的集成等。在安全性方面，它也提出了许多超越传统思维的解决方案，比如主动安全技术、热失控的早期预警和抑制等。这本书的另一大亮点在于，它能够将复杂的科学原理用相对易懂的方式解释清楚，并且将其与实际应用紧密结合，这对于我这种非专业背景但对动力电池感兴趣的读者来说，简直是一本“天书”变成了“说明书”。它让我看到了动力电池产业背后蕴含的巨大潜力和广阔前景，也让我对未来的新能源交通充满了信心。