《新能源汽车动力电池系统关键技术》（订购）

兰凤崇 陈吉清 著

华南理工大学出版社

　　随着新能源汽车技术和产业的快速发展，动力电池系统的研究和开发取得了长足的进步，但仍然面临着诸多亟待突破的难题。

　　其中，如何使动力电池系统满足复杂多变的车辆工况要求，保证整车性能优良、动力安全可靠，消除由电池系统带来的安全隐患，提升新能源汽车产品的竞争力是动力电池系统要面对的关键技术问题。

　　《新能源汽车动力电池系统关键技术》主要介绍新能源汽车锂离子动力电池产业路线、技术关键以及锂离子电池内部结构模型化方法、电池承载特性、热失控及滥用安全问题。针对新能源汽车的应用环境和使用特点，阐述动力电池的应用技术，着重探讨提高动力电池系统的安全性、可靠性和轻量化水平的理论和方法。

　　第一篇

　　动力电池产业技术路线图的制定

　　本篇阐述了动力电池产业技术路线图的制作流程和方法。通过专家集体智慧识别产业内部共同的愿景，促进产业内外交流，并将“市场需求—产业目标—技术壁垒一研发需求”进行有效整合。
　　
　　归纳起来说，技术路线图是将技术与市场两方面因素相结合，通过路线图制定过程使一些混沌的思路演变成定位清晰的实施方案，思维由发散趋于收敛和集成。

产业技术路线图制定的工作流程

　　另外，还结合电池产业实例分析电池产业的关键技术路线；抓住近几年的动力电池技术专利的申请趋势，提炼当前动力电池的具体技术现状与产业痛点，得出动力电池系统关键技术的研发需求；最根本的目的是预测未来的技术，将未来技术进步的判断与时间进行明确的对应，提出达到技术目标需要经过的路径，为制定科学研究和产业规划提供最直接的参考。

　　第二篇

　　动力电池单体、模组及系统特性研究

　　动力电池是集电化学、热和机械等多物理场变量于一体的复杂系统，其形式、材料、结构和功能上的多样性与复杂性，导致其在不同载荷作用下的变形响应和失效机理非常复杂。

　　在复杂多变的车载环境下，电池包容易受到碰撞、冲击等机械载荷的作用，使内部的动力电池承受挤压载荷，导致电池发生变形开裂、漏液和内部短路，最终引发热失控、燃烧、爆炸等安全事故。

　　单体电池是电池包复杂系统的基本单元，电池包受到碰撞、冲击等机械载荷时，单体电池的力学响应可作为安全评价基准。

　　本篇重点介绍锂离子电池的结构组成，分析动力电池的挤压力学响应特性，研究单体电池在挤压载荷作用下，具有可压缩泡沫属性的芯层本构关系，揭示了锂离子电池的失效机理，并阐述单体电池的有限元模型构建以及在复杂载荷作用下力学响应的仿真分析过程。

　　在电池包精细化建模的基础上，还研究了动力电池包在路面随机激励下由于振动和冲击导致的响应特点，分析可能产生的安全问题，并运用层次化的评价方法对电池包在多指标、多工况下的结构安全性进行评价：提出建模、仿真、试验及评价的规范化流程，并基于该流程对某款动力电池包进行结构优化，提高其结构安全性。

　　车辆碰撞是导致电池系统受损的重要因素，通过一款电池包开发实例，对电动汽车在碰撞过程中电池单体、模组、内部结构及箱体安全性能进行试验、仿真和优化。同时，阐述了动力电池系统在长期复杂的随机载荷作用下发生结构疲劳破坏，加剧电池的危险性。

　　疲劳裂纹的形成扩展相对隐秘，通常是在结构失效后才被发现，本篇提供了电池系统疲劳性能的分析和评价方法。

　　最后介绍了动力电池系统轻量化理论及相关技术的研究趋势，探讨了不同的材料和结构实现动力电池壳体的轻量化方法。这些方法包括采用静态特性和碰撞安全性相结合的轻量化设计，通过改变电芯材料属性提高电芯能量密度，提升电芯模组的轻量化水平等，并通过实例分析了两种软包电池模组的结构设计思路和材料选择方案。

　　第三篇

　　电池热管理技术及 热失控问题研究

　　动力电池组的热安全、热性能问题一直制约着电动汽车的发展。一方面，电池模组在高倍率或长时间放电过程中产生的热量会引起电池内部温度不断升高，热量的迅速集聚将会形成恶性循环，如不加以控制，最终可能导致电池模组热失控，甚至引起燃烧爆炸等严重事故；另一方面，当电池模组内的电芯温度差过大时，会加剧模组使用过程中电芯各种性能的不一致性，从而使得电池服役性能严重降低。

　　研究和开发与动力电池模组相匹配的高效热管理系统，解决锂离子动力电池成组使用过程中的热安全和热性能问题，是电动汽车发展进程中的关键一步。

　　本篇从热安全性、热可靠性和热均衡性三方面提出了动力电池的热问题，介绍了动力电池热管理系统及相关技术的研究现状，建立了电池单体的热效应模型、电池多内热源瞬态热效应模型和电化学-热耦合模型，并且对电池系统的电热不一致性、热管相变传热技术在电池系统中的应用进行了研究。

　　解决动力电池的热安全性问题尤其是提升动力电池在各种极端滥用条件下抵御热失控的能力，是动力电池在电动汽车上应用和普及的技术关键。极端滥用条件是指动力电池遭遇非正常使用条件，如机械碰撞、跌落翻转、异物刺入等极端工况和过充过放、局部高温、内外短路等。动力电池的热安全性是指电池抵御外界环境扰动引发的温度异常升高、起火、燃烧等热不安全行为的能力，主要表现为在极端滥用条件下动力电池抵御热失控的能力。

　　通过研究近几年电动汽车火灾事故案例，结合火灾车辆的车内因素和车外因素，本书总结了电池系统热失控导致电动汽车发生火灾的机理和规律，并建立了新能源汽车整车动力电池复杂系统模型，研究车用动力电池包热失控安全防护方案，借助火灾动力学软件对该电池包热失控导致的火灾以及安全防护方案进行仿真和试验。

　　第四篇

　　新型动力电池技术

　　随着新能源汽车技术和产业的发展以及市场需求的不断扩大，现有的锂离子动力电池体系需不断进步和完善，以满足未来对电动汽车续航里程、安全性以及回收利用等方面的更高要求。

　　未来的动力电池应具有更高的能量密度、安全性，更强的充放电性能，更长的使用寿命，更低的成本以及更高的环境友好性。

　　本篇在分析现有动力电池体系存在的问题的基础上，简要介绍目前比较新颖且应用潜力较大的各种新型动力电池技术，包括锂硫电池、固态锂离子电池、金属空气电池和其他种类的新型动力电池技术，对各体系的新型动力电池技术进行归纳总结，并对未来动力电池系统提出展望。

来源：华南理工大学出版社