![软包装多层叠片结构的锂离子动力电池CN200720120879[1][1].9](https://img.doczj.com/img8a/045eo6sp57s8uq4zanim-a1.webp)
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深入浅出史上最易懂的动力电池系统 设计讲解 2 [摘要]动力电池系统设计要以满足整车的动力要求和其他设计为前提，同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。 动力电池系统指用来给电动汽车的驱动提供能量的一种能量储存装置，由一个或多个电池包以及电池管理（控制）系统组成。动力电池系统设计要以满足整车的动力要求和其他设计为前提，同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。 比如整车厂会针对要设计的整车，在考虑安全设计、线束连接线设计、接插件设计等相关要求后，形成一个有限的动力电池系统空间大小。然后在有限的空间约束下，进行电池模组、电池管理系统、热管理系统、高压系统等布置，保证电池单体及模块均匀散热，保证电池的一致性，提高电池系统的寿命与安全。设计时要考虑到的一些整体和通用性原则包括安全性好、高比能量、高比功率、温度适应性强、使用寿命长、安装维护性强、综合成本低等。
一种典型的动力电池系统 由于不同种类电动汽车的结构和工作模式的不同，导致对动力电池的性能要求也不一样。纯电动汽车行驶完全依赖于动力电池系统的能量，电池系统容量越大，可以续航里程越长，但所需电池系统的体积和重量也越大。虽然混合动力汽车对动力电池系统的容量要求比纯电动汽车要低，但要能够在某些时候提供较大的瞬时功率。而串联式和并联式混合动力汽车对电池系统的要求又有所区别。 因此动力电池系统的设计流程一般如下：（1）先确定整车的设计要求；（2）然后确定车辆的功率及能量要求（3）选择所能匹配合适的电芯（4）确定电池模块的组合结构形式（5）确定电池管理系统设计及热管理系统设计要求（6）仿真模拟及具体试验验证。
Safety issues are often overlooked and replaced by fluke, so you need to learn safety knowledge frequently to remind yourself of safety. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 锂离子动力电池安全性及解决方 法(2021)
锂离子动力电池安全性及解决方法(2021)导语：不安全事件带来的危害，人人都懂，但在日常生活或者工作中却往往被忽视，被麻痹，侥幸心理代替，往往要等到确实发生了事故，造成了损失，才会回过头来警醒，所以需要经常学习安全知识来提醒自己注意安全。 在新能源汽车发展过程中，除价格高、续驶里程短和充换电基础设施不足外，动力安全性是消费者和专业人士关注的重点。这个问题也影响到了动力电池比能量的提升。 “发展防短路、防过充、防热失控、防燃烧及不燃性电解液是应对动力电池安全性的关键。”武汉大学艾新平教授在上海举行的第14届中国国际工业博览会新能源汽车产业发展高峰论坛上强调。 锂离子动力电池不安全行为的发生机制 艾新平分析指出，锂离子动力电池除了正常的充放电反应外，还存在很多潜在的放热副反应。当电池温度或充电电压过高时，很容易引发这些放热副反应。 主要的过热副反应包括:1.SEI膜在温度高于130℃时分解，使电解液在裸露的高活性碳负极表面大量还原分解放热，导致电池温度升高。这是引发电池热失控的根本原因。 2.充电态正极的热分解放热，及进一步由活性氧引发的电解液分
动力电池材料体系及结构选择分析 材料体系选择分析 1、下表是理论上可以在锂离子电池中应用的正负及材料体系 正极材料(阳灿/^) 200 400 600 800 1000 负极材料比（阳八卜/妒 综合考虑材料体系的安全、成本、能量密度、电性能、原材料的自然界资源储量等条件,目前具备产业化条件，最有可能成为新一代车载动力电池的材料主要分为以下几个体系，1、 2、0^111204/01^11116 3、 4、 5、1^1^11204/1-14115012 几种常用的正极材料的特性以及优缺点分析
700：^3；^1：十2；胞：44； 7^1是材料容量的主要来源，^2^-14； 705在高电位时才能发生反应，^3^44，起到稳定晶体结构的作用； 7―保持44价不变，在―含量偏高时易出现价态变小的趋势，出现十3的\111； ^^的容量要高于尺0从，是目前容量最高的正极材料，其安全性能差是突出的问题；解决层状晶体材料安全性能差的问题主要从以下几个方面入手 ^表面涂层，减少反应活性区域的直接接触(八1203、 ^陶瓷隔膜技术； ^活性低的负极材料 ^正极材料的掺杂改性； 2、1^1^10204 ^成本低，储量丰富； 7能量密度偏低’高温性能差是其主要缺点； 改善高温循环的方法 ^元素掺杂，掺入低价态元素提高锰价态（灰1、^); ^表面修饰，包覆氧化物，减少材料与电解液的接触； ^采用新型电解质盐，0608； ^活性低的负极材料 3、01^？04 7成本低、储量丰富； 7循环性能优良、安全性能优良； 7材料稳定性差、合成过程质量控制困难； ^加工性能差工艺要求高； 7材料电子导电性差、低温性能差、能&密度偏低； 改善电子传导性差的手段 ^元素掺杂与表面包覆扣材料 ^纳米级导电材料、高效分散技术； ^箔材预处理技术； 几种常见的外部包装结构及分析 目前，在传统锂离子电池基础上发展起来的锂离子动力电池呈现出结构多样化，缺乏统一 的标准，而外部的结构对工艺布局有着决定性的影响，目前主流电池在外部封装结构上主 要可分为以下几类： 1、圆柱型电池 2、方型硬壳电池 3、方型软包装电池 几种不同类型结构的优缺点分析 1、圆柱型电池代表厂家（江森自控、八123、531^0、300)0 7工艺成熟度高、生产效率高、过程控制严格，成品率及产品一致性都较其他结构电池 高； 7壳体结构成熟，成本低； 7极片过长，卷绕方向上集流体电流密度分布不均匀，造成内部各部分反应程度不一致；^直径过大，电芯内部产生的热量很难得到快速释放，内部的热量累积，给电池的安全
锂电池原理和结构 1、锂离子电池的结构与工作原理：所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。以LiCoO2为例：⑴电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO 2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。 2、电池一般包括：正极（positive）、负极（negative）、电解质（electrolyte）、隔膜（separator）、正极引线（positivelead）、负极引线（negativeplate）、中心端子、绝缘材料（insulator）、安全阀（safetyvent）、密封圈（gasket）、PTC（正温度控制端子）、电池壳。一般大家较关心正极、负极、电解质
锂电池的详细介绍 1、锂离子电池 锂离子电池目前由液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中，液态锂离子电池是指Li +嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物L iC oO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。 2、锂离子电池发展简史 锂电池和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。这种电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代进入实用化。因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等、部分代替了传统电池。 3、锂离子电池发展前景 锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。 4、电池的基本性能 (1)电池的开路电压 (2)电池的内阻 (3)电池的工作电压 (4)充电电压 充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒电流充电，其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电机的极化逐渐增高。
车用锂离子动力电池系统的安全性剖析 国家大力支持以电动汽车为主的新能源汽车新兴产业。然而以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生，困扰着电动汽车的发展。动力电池安全性事故的常见形式及成因是什么？又该采取怎样的防范措施？小编带你一览要点。 1 动力电池安全性问题 锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1 所示。 表1 近年发生的锂离子动力电池事故 图1 近年来部分锂离子动力电池事故 锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次（图2）。 1）电池系统安全性的“演变”。即电池系统长期老化——“演化”（事故1、2、3、5、7）和突发事件造成电池系统损坏——“突变”（事故4、6）。 2）“触发”——锂离子动力电池从正常工作到发生热失控与起火燃烧的转折点。 3）“扩展”——热失控带来的向周围传播的次生危害。
图2 动力电池系统安全性问题的层次 2 动力电池安全性演变 2.1 “演化”与“突变” 电池系统长期老化带来的可靠性降低，演化耗时长，可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化；相比而言安全性突变难以预测，但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。 2.2 安全性演化机理 电池系统任何部件的老化都可能带来安全事故的触发，如事故1、7。除此之外，电池本身的安全性演化主要表现为内短路的发展。电池内部的金属枝晶生长是造成内短路的主要原因之一。值得一提的是，老化电池的能量密度降低，热失控造成的危害可能会降低；另一方面老化电池更容易发生热失控。 图3 锂离子电池内部金属枝晶的生长与隔膜的刺穿
3 电池安全事故触发 3.1 热失控机理 经过演变过程，电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后，电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控，引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中，也可能不发生热失控，热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸，也可能都不发生，这取决于电池材料发生热失控的机理。 图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。 图4 某款三元锂离子动力电池热失控实验数据（实验仪器为大型加速绝热量热仪，EV-ARC） 图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理 表2 某款锂离子动力电池热失控的分阶段特征与机理
锂离子动力电池的安全性问题分析 （） 摘要：本文从锂离子电池材料和制作工艺两个方面分析影响锂离子电池安全性能的因素，并进一步分析锂离子电池组安全性的关键问题。 关键词：锂离子电池；安全性能；热稳定性；影响因素 Power type lithium ion battery safety problem analysis (Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, China) Abstract:This article from the lithium ion battery materials and production process analysis of two aspects of influence of lithium ion battery safety performance factors, and further analysis of lithium ion battery safety problems. Key words:Lithium ion battery; Safety performance; Thermal stability; Influence factors. 0 引言 锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。锂离子电池是最晚研究而商品化进程最快的一种高性能电池。锂离子电池以其独特的优势目前以成为各个领域广泛应用的新能源。锂离子电池具有电压高、比能量高、循环性能好等特点，越来越广泛应用发的3C市场领域、电动车(EV)和混合型电动车(HEV)市场领域、军事用途及空间技术领域。虽然，锂离子二次电池的安全性相对于金属锂二次电池有了很大的提高，但仍存在着许多隐患，比如：由于电池的比能量高，且电解液大多为有机易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题。根据Ph.Biensan等的研究证明：锂离子电池在滥用的条件下有可能产生使铝集流体熔化的高温(>700℃)，从而导致电池出现冒烟、着火、爆炸、乃至人员受伤等情况。因此对锂离子电池的研制和生产来说，电池的安全性不仅是指在各种测试条件下不出现冒烟、着火、爆炸等现象，最为重要的确保人员在电池滥用的条件下不受伤害。 1 锂离子电池的几代变革 第一代锂离子电池：负极：锂金属，工作电压高达3.7。由于直接以极其活跃的金属锂作为负极，安全隐患太大已经被淘汰。
纯电动汽车动力电池包结构静力分析及优化设计 摘要：动力电池包作为纯电动汽车的唯一动力源，承受着电池组等模块的质量，因此其强度、刚度必须满足使用要求才可以保证行驶的安全性。在建立其有限元模型的基础上，分析了电池包结构在弯曲工况、紧急制动工况、高速转弯工况、垂直极限工况以及扭转工况下的强度、刚度。分析结果显示，在垂直极限工况下，电池包底板的受力情况最为恶劣，因此对原有模型做出了改进，改变底板加强筋的布置形式。经过相同工况的模拟，发现在力学性能提升的基础上，整体质量得以减轻，实现了轻量化的目标。 关键词：动力电池包有限元法静力分析优化设计 Abstract：As the only power source of pure electrical vehicle，the power battery pack bears the weight of several models such as the battery model. To ensure the safety,the pack’s strength and stiffness must meet the fundamental requirements. This paper mainly analyzed the strength and stiffness under different working conditons on the base of a finite element model. The rsult shows that and the corresponding stress and deformation graphs are obtained.The structure of the battery pack is improved after analyzing the causes of the stress concentration.Also, the performance of the new model is compared with the original one.The results show that the weight of the structure is reduced while the performance of the structure is improved, and the lightweight of the vehicle is realized. Keywords:power battery pack finite element method static structural analysis optimal design
锂离子动力电池安全性问题影响因素... 影响动力电池安全性能的因素贯穿了一个动力电池从电芯选材到使用终结的生命周期的始终，因此原因复杂多样层次丰富。电芯材料本身，电芯的制造过程，电池集成中关于BMS(电池管理系统)和安全性方面的设计和使用工况都是锂离子电池安全性表现的影响因素。 在这些环节中，出现制造误差和滥用工况是无论如何也难以避免的，所以在这个现实条件下，对电池发生热失控的预案设计就显得尤其重要。本文通过对锂离子动力电池安全性能影响因素的梳理总结，以期为其在高能量/高功率领域的应用和研究提供可靠的依据。 1前言 锂离子电池因为其具备高能量密度，高功率密度和长使用寿命的特点，在化学储能器件中脱颖而出，现在在便携式电子产品领域已经技术成熟广泛应用了，如今在国家的政策支持下，在电动车领域和大规模储能领域的需求量也呈爆发式的增长。 锂离子电池在通常情况下是安全的，但是，时有安全性事故的报道呈现在公众面前。比较著名的有近几年的波音公司737 和B787飞机电池着火，比亚迪电动车起火，特斯拉MODEL S起火…这些锂离子电池安全性事故进入公众视野的最早时间可以追溯到4、5年以前。发展到现在，安全性仍然是制约锂离子电池在高能量/高功率领域应用的关键性因素。热失控不仅是发生安全性问题的本质原因，也是制约锂离子电池性能表现的短板之一。
锂离子电池的潜在安全性问题很大程度上影响了消费者的信心。虽然人们一直期待BMS能够准确地监控安全状况（SOS）并能预测和阻止一些故障的发生, 但是，由于热失控的情况复杂多样，很难由一种技术系统保障其生命周期中所面临的所有安全状况，所以，对其引发原因的分析和研究对一个安全可靠的锂离子电池来说仍然是必要的。 2电芯材料的选择 锂离子电池的内部组成主要为正极｜电解质｜隔膜｜电解质｜负极，在此基础上再进行极耳的焊接，外包装的包裹等步骤最终形成一只完整的电芯。电芯再经过初始的充放电，化成分容排气等步骤以后，就可以出厂使用了。这个过程的第一步，是材料的选择。影响材料的安全性因素主要是其本征的轨道能量、晶体结构和材料的性状。 正极材料 正极活性材料在电池中的主要作用是贡献比容量和比能量，其本征电极电势对安全性有一定的影响。例如，近年来，中国已经将低电压材料LiFePO4（磷酸铁锂）作为动力电池的正极材料广泛应用于交通工具（例如混合式动力车HEV,电动车EV）和储能设备（例如不间断电源UPS）中，但是LiFePO4在众多材料中所展现出来的安全性优势实际是以牺牲能量密度为代价的，也就是说会制约其使用者（如EV,UPS）的续航能力。而像NMC (LiNixMnyCo1-x-yO2)等三元材料虽然在能量密度上表现优异，但是作为动力电池的理想正极材料，安全性问题一直得不到完善
动力电池系统简介
术语解释 缩略语描述 BMS电池管理系统Battery Management System CSC电池监控单元Cell Supervision Circuit BMU电池管理单元Battery Management Unit TCB温度控制板Temperature Control Board PDM功率分配模块Power Distribution Module BPM后备电源模块Backup Power Module CAN控制器局域网Controller Area Network SOC荷电状态State of Charge SOH健康状态State of Health NTC负温度系数Negative Temperature Coefficient A-CAN BMU与整车HCU通信所使用的CAN C-CAN BUM与CSC通讯所使用的CAN CH-CAN BMU与充电机通讯所使用的CAN MSD维护开关Manual Service Disconnect
动力电池系统构成 01 0302 04 电池箱高压盒 热管理附件 高低压线束
电池箱在整车中的位置（大巴示例） 1.底盘上表面（最常见） 2.尾部正后方（最常见） 3.尾部侧面（常见） 4.顶部（不常见）
电池箱 1.高压连接器正 2.高压连接器负 3.加热输出 4.加热输入 5.低压输入 6.低压输出 7.维护开关（MSD）插座 8.气压平衡阀（上盖） 9.工装挂钩 10.警示标识（踩踏、触摸高压）
气压平衡阀 平衡阀外侧平衡阀内侧
锂电池的结构介绍 锂电池通常有两种外型：圆柱型和方型。电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由钴酸锂（或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等） 方形电池结构 圆形电池结构 及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件（部分圆柱式使用），以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.7V（磷酸亚铁锂正极的为3.2V），电池容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。 锂电池的应用 随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。 最早得以应用的是锂亚原电池，用于心脏起搏器中。由于锂亚电池的自放电率极低，放电电压十分平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。 锂锰电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源，广泛用于计算机、计算器、手表中。 现在，锂离子电池大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上，可以说是最大的应用群体。 研究与发展前景 为了开发出性能更优异的品种，人们对各种材料进行了研究。从而制 阿联酋锂电池公交车（荷兰制造） 造出前所未有的产品。比如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以，锂电池的研究，也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。 锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。 锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在 侧面 人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力。锂电现在被广泛应用于电动车行业，特别是磷酸铁锂材料电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。 参考资料：https://www.doczj.com/doc/8412325213.html,
2.1 常用充电器简单介绍 2.1.1 方案一一款极简单的锂电池充电器 该装置的电路工作原理如图2-1所示： 图2-1 简易锂电池充电器 工作原理：此电路采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED 为充电指示电路。随着被充电电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后，R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭。 本电路的优点是：制作简单，元器件易购买，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池。通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W2可以对充电电流进行大范围调节。 缺点是：无过放电控制电路。 1.2 方案二实用锂电池充电器 该装置的电路工作原理如图2-2所示： 此充电器工作原理：由VT2、R4、R6、LED1组成恒流充电，VT1、IC、R1~R3、RP1等组成恒压充电，VT3、RP2等组成电池电压检测。待充电电池放入充电器接通电源后、电池即进入恒流充电，充电电流约为300mA，同时LED1点亮。当电池电压达到4.1V时VT3导通，继电器J 吸合，继电器接点转换成恒压充电（常闭接点1断开，常开接点2闭合），此时充电电流约为50mA左右，同时LED1熄灭，LED2点亮。 优点：本电路专为业余制作而设计，因此电路简单、元件易购、制作容易、安全可靠。
图2-2 实用锂电池充电器 2.1.3 方案三简单的2节锂电池充电器 该装置的电路图如下所示： 图2-3 简单的2节锂电池充电器 工作原理：该充电器中采用了锂离子电池充电控制器LM3420-8.4。可对2节串联的锂离子电池组充电。当电池组电压低于8.4V时，LM3420输出端(OUT)无输出电流，晶体管Q2截止，因此，可调稳压管LM317输出恒定电流，其值为 1.25／Rn。LM317额定输出电流为 1.5A，若需要更大的充电电流，可选用LM350或LM338。充电过程中，电池电压不断上升，并被LM3420的输入端(1N)检测。当电池电压升到8.4V时，LM3420输出电流，使Q2开始控制LM317的输出电压，充电器转入恒压充电过程，电池电压稳定在8.4V。此后充电电流开始减小，充足电后，电流下降到涓流充电电流。当输入电压中断后，晶体管Q1截止，电池
电池包结构分析及优化设计方案 (电池包结构分析及优化设计方案) 项目编号： 项目名称： 文档版本： 批准审核校对设计 . . . . . . . .
版本履历 版本日期变更者变更章节变更内容变更理由
目录 1 电池包设计原则 (4) 2 研究目标 (5) 3 研究内容 (6) 3.1电池包有限元模型 (6) 3.2 仿真计算条件 (7) 3.3 计算结果分析 (7) 3.3.1 静力学结构仿真 (7) 3.3.2 振动仿真 (9) 3.3.3 动态仿真 (11) 3.4 电池包结构优化设计 (12) 4.技术能力与效益预测 (13) 5.发布单位 (14)
1 电池包设计原则 蓄电池包为由一个或多个蓄电池模块组成的单一机械总成。通常每套电动车用动力电源系统由多个电池包组成。电池包包括电池模块、箱体、连接线束、管理板等。 电池包的设计需满足以下要求： (1)满足整车安装条件，包括尺寸、安装接口等； (2)电池箱体与电池模块之间的绝缘，电池箱体与整车之间绝缘； (3)防水、防尘满足IP67或以上要求； (4)减少电池包内部使电池产生自放电的可能性； (5)各种接口（通信、电气、维护、机械）等完全、合理； (6)模块在电池箱体内的固定、电池包在整车上的固定满足振动、侧翻、碰撞等要求； (7)温度场设计合理，要求电池箱体内部电池温差不超过5摄氏度； (8)禁止有害或危险性气体在电池包内累积，更不能进入乘客舱； (9)部分应用（纯电动汽车）要求快速更换。 电池包的最大外形要满足整车安装空间的要求，设计时注意考虑电池包的安装与维护。电池包的安装位置要考虑冲击、振动、侧翻等情况，箱体应能承受一定程度的冲击力（可以参照电池模块的冲击性能测试要求进行设计）。车型不同，留给电池包的空间不一样，电池包的设计必须与整车设计相结合。
内部编号：AN-QP-HT391 版本/ 修改状态：01 / 00 The Procedures Or Steps Formulated T o Ensure The Safe And Effective Operation Of Daily Production, Which Must Be Followed By Relevant Personnel When Operating Equipment Or Handling Business, Are Usually Systematic Documents, Which Are The Operation Specifications Of Operators. 编辑：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 锂离子动力电池安全性及解决方法通 用范本
锂离子动力电池安全性及解决方法通用 范本 使用指引：本操作规程文件可用于保证本部门的日常生产、工作能够安全、稳定、有效运转而制定的，相关人员在操作设备或办理业务时必须遵循的程序或步骤，通常为系统性的文件，是操作人员的操作规范。资料下载后可以进行自定义修改，可按照所需进行删减和使用。 在新能源汽车发展过程中，除价格高、续驶里程短和充换电基础设施不足外，动力安全性是消费者和专业人士关注的重点。这个问题也影响到了动力电池比能量的提升。 “发展防短路、防过充、防热失控、防燃烧及不燃性电解液是应对动力电池安全性的关键。”武汉大学艾新平教授在上海举行的第14届中国国际工业博览会新能源汽车产业发展高峰论坛上强调。 锂离子动力电池不安全行为的发生机制 艾新平分析指出，锂离子动力电池除了正
本科生毕业设计开题报告 题目：电动汽车动力电池仓结构设计 —电池模块包装设计 学号 姓名 指导教师 院系 专业
开题报告 《电动汽车动力电池仓结构设计——电池模块结构设计》 一、选题背景与文献综述 1.选题背景 近年来，我国的汽车行业发展迅速，已成为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国。根据国务院发展研究中心估计，2020 年将达到 1.4亿辆，机动车的燃油需求为2.56 亿吨，为当年全国石油总需求的57%。 我国的石油资源短缺，目前石油进口量以每年两位数字的百分比增长，2010 年进口依存度接近50%。 新能源汽车的发展方向有多种，但其中之一的氢燃料电池技术不成熟，成本昂贵，是20年之后的技术。另外就主要采用甲醇、乙醇等低成本液体燃料的技术来说，由于大量采用玉米、粮食作为原料，导致全球粮价连续上升，这也不可能成为中国的技术选择。还有一种燃料技术清洁柴油，即含硫量低的柴油(含硫量低于350ppm的柴油)，使用能使动力平均比汽油机节约30％的能源。不过因为国内的柴油品质不佳，频繁的油荒总是从柴油开始，此外柴油得不到国家政策支持。因此大力发展新能源汽车，用电代油，是保证我国能源安全的战略措施。因此大力发展新能源汽车是实现我国能源安全、环境保护以及中国汽车工业实现跨越式、可持续发展的需要。从技术发展成熟程度和中国国情来看，纯电动汽车应是大力推广的发展方向，而混合动力作为大面积充电网络还没建立起来之前的过渡技术。今年中外车厂都先后推出了混和动力和纯电动汽车。 目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电源（电池）的寿命短，使用成本高。电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但从发展的角度看，随着科技的进步，投入相应的人力物力，电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短，电动汽车会逐渐普及，其价格和使用成本必然会降低。而锂离子电池被称为性能最为优越的可充电电池，号称“终极电池”，受到市场的广泛青睐。随着手机、笔记
新能源汽车动力电池成本结构分析前言：新能源车的发展既有赖于政策的推动，也需要动力电池持续降本的支持，本文档着重研究了动力电池的成本结构。 导读：新能源车的发展既有赖于政策的推动，也需要动力电池持续降本的支持，本周专题我们研究了动力电池的成本结构。我们在动力电池成本模型里将PACK 成本拆分成材料成本和生产成本，其中材料成本又包括电芯材料、模组材料及PACK 材料，生产成本包括人力成本、折旧及其他制造费用。我们参考ANL 的成本测算模型，选取方形电池进行成本拆分。据我们测算，在仅考虑电芯的情况下，目前三元523 和磷酸铁锂电芯的度电成本分别为486.96 和374.44 元/kWh，在考虑模组、PACK 及电池系统的情况下，目前三元523 和磷酸铁锂电池系统的总度电成本分别为724.91 和612.40 元/kWh。（注：本测算以提供模型思路为主，具体数值与实际情况可能存在偏差） 锂电池根据应用领域的不同分为动力电池、储能电池和消费电子电池，不同类型锂电池的成本构成自然不同，本篇报告主要讲述应用最广泛的动力电池成本结构。动力电池在不同的正负极材料下其成本有一定差别，整体来看材料成本占比较大，人工成本、折旧及其他制造费用占比较小，而材料成本则主要以正负极材料、隔膜、电解液和组件为主。我们在动力电池成本模型里将PACK 成本拆分成材料成本和生产成本，其中材料成本又包括电芯材料、模组材料及PACK 材料，生产成本包括人力成本、折旧及其他制造费用。我们参考ANL 的成本测算模型，选取方形电池进行成本拆分。
我们假设单车带电量60kWh，包括1 个电池包，20 个模组和240 个电芯，以上假设主要用于测算模组和PACK 组件成本。我们选取三元动力锂电池523 型和磷酸铁锂电池作为研究对象进行分析比较。参考当升科技公告数据，我们假设三元（523）正极材料实际克容量为157mAh/g。参考国轩高科和丰元股份公告数据，目前国内磷酸铁锂正极材料实际克容量基本已经达到150mAh/g，我们取145mAh/g 的平均水平作为磷酸铁锂正极材料实际克容量假设。参考杉杉股份公告数据，我们假设负极活性材料（人造石墨）实际克容量为350 mAh/g。 1、正极材料 正极材料包括正极活性材料、正极用碳添加剂（导电剂）、正极粘合剂、正极集流体（铝箔）和正极组件正极端子。据我们测算，目前三元523 正极活性材料、导电剂、粘合剂、铝箔、正极端子度电成本分别为195.25、 1.81、5.42、6.08、6.53 元/kWh，磷酸铁锂电池分别为73.59、 2.19、
基于单片机控制的电动车锂电池组设计方案 摘要：针对目前电动车锂电池组所用的保护电路大多都由分立原件构成，存在控制精度不够高、技术指标低、不能有效保护锂电池组等特点，提出一种基于单片机的电动车36 V锂电池组保护电路设计方案。利用高性能、低功耗的ATmega16L 单片机作为检测和控制核心，用由MC34063构成的DC /DC变换控制电路为整个保护电路提供稳压电源，辅以LM60测温、MOS管IRF530N作充放电控制开关，实现对整个电池组和单个电池的状态监控和保护功能，达到延长电池使用寿命的目的。 随着电动自行车的逐渐普及，电动自行车的主要能源---锂电池也成为众人关心的焦点。锂电池与镍镉、镍氢电池不太一样，因其能量密度高，对充放电要求很高。当过充、过放、过流及短路保护等情况发生时，锂电池内的压力与热量大量增加，容易产生爆炸，因此通常都会在电池包内加保护电路，用以提高锂电池的使用寿命。针对目前电动车锂电池组所用的保护电路大多都由分立原件构成，存在控制精度不够高、技术指标低、不能有效保护锂电池组等特点，本文中提出一种基于单片机的电动车36 V锂电池组（由10节3. 6 V锂电池串联而成）保护电路设计方案，利用高性能、低功耗的ATmega16L 单片机作为检测和控制核心，用由 MC34063构成的DC /DC变换控制电路为整个保护电路提供稳压电源，辅以LM60 测温、MOS管IRF530N作充放电控制开关，实现对整个电池组和单个电池的状态监控和保护功能，达到延长电池使用寿命的目的。 1 保护电路硬件设计 本系统以单片机为数据处理和控制的核心，将任务设计分解为电压测量、电流测量、温度测量、开关控制、电源、均衡充电等功能模块。系统的总体框图如图1所示。
动力电池热管理系统组成及设计流程 动力电池是电动汽车的能量来源，在充放电过程中电池本身会伴随产生一定热量，从而导致温度上升，而温度升高会影响电池的很多工作特性参数，如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。 电池热效应问题也会影响到整车的性能和循环寿命，因此，做好热管理对电池的性能、寿命至整车行驶里程都十分重要。接下来，就从电池热管理系统及设计流程、零部件类型及选型、热管理系统性能及验证等几个方面来和大家聊一聊： 动力电池热管理必要性 1、电池热量的产生 由于电池阻抗的存在，在电池充放电过程中，电流通过电池导致电池内部产生热量。另外，由于电池内部的电化学反应也会造成一定的生热量。 2、温度升高对电池寿命的影响 温度的升高对电池的日历寿命和循环寿命都有影响。 从上面两个图可以看出，温度对电池的日历寿命有很大的影响。同样的电芯，在环境温度23℃，6238天后电池的剩余容量为80%，但是电池在55℃的环境下，272天后电池的剩余容量已经达到80%。温度升高32℃，电芯的日历寿命下降了95%以上。因此，温度对日历寿命的影响极大，温度越高日历寿命衰退越严重。
从上面两个图可以看出，温度对电池的循环寿命也有很大的影响。同一款电芯，当剩余容量为90%，25℃温度下输出容量为300kWh，而35℃温度下的输出容量仅为163kWh。温度上升10℃，电芯的循环寿命下降了近50%。由此可见，温度对电池的循环寿命有很大的影响。 因此，为了电池包性能的最优化，需要设计热管理系统确保各电芯工作在一个合理的温度范围内。 02 热管理系统的分类及介绍 不同的热管理系统，零部件类型的结构不同、重量不同以及系统的成本不同和控制方式不同，使得系统所达到的性能也不相同。主要有如下五大类：
动力锂离子电池管理系统设计方案 摘要：本文讨论了动力锂电池管理系统的设计方案，以实现对锂电池动力电池组的过充电保护、过放电保护、过流保护和均衡充电等功能。 关键词：锂离子动力电池组；管理系统；过流；过放电；过充电；均衡控制 引言 锂离子电池的广泛应用已有十多年，但早期主要用于手机、笔记本电脑、摄像机、DVD 等一系列小型移动式电子产品，这些场合往往都单串使用，负载电流较低，安全系数高。最近两年来，锂离子电池以其轻便、高能量密度、无污染等特点，已经开始在电动自行车、电动工具和动力玩具领域上得到快速应用，并逐步应用于混合动力车和电动车辆领域。但动力锂离子电池的安全性仍是人们目前最为关注的问题，所以对其的保护就非常重要。除了确保锂离子电池自身安全性的持续改进，必须同时研究电池的管理系统，使电池及其应用能均衡发展。锂离子电池的保护主要包括过充电保护、过放电保护、过电流及短路保护等。 1保护电路的功能 1.1过充电保护 对锂离子电池来说，其充电后单节电芯最高电压不得超过规定值，否则电池内的电解质会被分解，使得温度上升并产生气体，降低电芯的使用寿命，严重时甚至会引起爆炸，所以保护电路一定要保证绝对不可过度充电，必须对电池组中每一节电池的端电压进行监控，当电芯的电压超过设定值时，即激活过充电保护功能，由保护电路切断充电回路，中止充电。在电芯电压回归到允许的电压并解除过充锁定模式时，才能停止保护。不同材料的锂离子电池其保护电压和释放电压都有其不同的规定值。 另外，还必须注意因噪声所产生误动作，为了防止误判和误操作，还要设置过充保护延时，并且延迟时间不能短于噪声的持续时间。当电压持续超过过充检测电压一定时间以上才会触发过充保护。 1.2过放电保护 锂离子电池的过度放电，也会缩短其使用寿命，而且对电池造成的损害往往是不可逆的。为了防止锂离子电池的过放电状态，当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，中止放电，并将电池保持在低静态电流的待机模式，参数设置类似过充保护。 1.3过电流/短路保护 锂离子电池的最大放电电流有一定限制，过大的放电电流同样会引起锂电池的不可恢复的损坏，影响其使用寿命。 短路保护这个功能其实是过流保护的扩展，若由于外部短路等原因引起的大电流放电时要立刻停止放电，否则对锂电池本身和外部设备都可能会造成严重的损害。 过流保护的延时时间一般至少要几百微秒至毫秒，而短路保护的延时时间是微秒级的，几乎是短路的瞬间就切断了回路，可以避免短路对电池带来的巨大损伤。 就电动工具而言，保护电流值和延时时间的设置还必须和电动工具本身的参数结合起来，否则会影响工具的输出扭矩和电机的寿命。 相关关键字：锂离子动力电池组均衡控制过流管理系统 1.4电池均衡 动力锂离子电池一般都要几串、几十串甚至几百串以上，由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序，即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间以后，电池内阻、电压、容量等参数产生波动，形成不一致的状态，就会产生这样或那样的差异。这种差异体现为电池组充满或放完时串联电池芯之间的电压不相同。这种情况下导致电池组充电的过程中，电压过高的电池芯提早触发电池组过充电
《锂离子电池生产企业安全规范（征求意见稿）》 编制说明 标准编制组
一、工作简况 （一）任务来源 中国电池工业协会从规范锂离子电池企业安全生产的角度出发，经国家安全生产监督管理总局批准，组织锂离子行业大型企业、科研院所、检测机构共同起草编制了《锂离子电池生产企业安全规范》。 （二）标准制定的目的、意义 锂离子电池因为能量密度高、环境友好等诸多特点，近几年在我国得到了快速发展，目前主要的应用领域为消费电子和新能源汽车。据不完全统计，2014-2016 年我国动力锂电池出货量分别为5.9GWh、17GWh、30.5GWh，同比增长293%、188%、79%，最近几年由于国家政策扶持和新能源汽车市场的不断扩大，2016年和2017年新能源汽车销量分别达到51万辆和77.7万辆，按照工信部发布的《节能与新能源汽车技术路线图》，至2020年新能源汽车销量为210万辆，2025年525万辆，2030年则超过1500万辆。国内动力电池市场正处于高速发展的阶段，然而由于现有锂离子电池材料体系和制造技术还不完善，导致发生了一系列锂离子电池安全事故。如2016年1月16日深圳宝安电池厂突然起火；同年3月22日，深圳美拜电子有限公司仓库发生意外起火；最严重的锂电池安全事故发生在5月31日位于启东市的江苏海四达电源有限公司，该公司的锂电生产车间发生空间爆炸，造成2人死亡，多人受伤。据不完全统计，2016年锂电池产业相关起火事故有40多起，分布在锂离子电池的生产、运输、应用、回收等各个环节，其中发生在生产环节多达10起事故。 通过对安全生产事故的情况分析，多数火灾事故主要发生在锂离子电池大量集中存放的区域，如电池化成、老化、电池仓库等区域，特别是在夜间等无人值守的情况下，事故发生的概率明显高于其它时间段；其次事故的主要原因是由于单个锂电池内部短路问题造成电池温度升高，形成热失控，从而引燃周围的电池，高温进一步导致电解液及电极物质分解，气体体积急剧膨胀，最终导致起火或爆炸。就目前的实际情况而言，锂离子电池无法从本质上做到百分之百的安全，总有一定的概率发生起火事故,虽然发生事故概率很低（约十亿分之一），但是由于目前锂离子电池在处于高速的发展阶段，各个生产厂家的产能也在不断扩大，从而发生起火事故的次数增多。