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[干货] | 电动汽车动力电池系统知识一次
看个够！——《电动汽车动力电池系统安
全分析与设计》内容摘选...
2017-11-23 xmsun2007来源阅 12 转藏到我的图书馆
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《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》是继《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》之后，系列丛书的第二本专著，由王芳、夏军等多位专家耗时一年联袂打造,内容涵盖动力电池系统的技术发展综述、系统设计、结构设计、BMS设计、热管理设计、结构仿真分析、测试验证，以及生产制造技术，全方位多角度为读者提供最佳的工程实践参考！
第1篇：动力电池系统在整车的安装位置
节选自《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》第一章“电动汽车动力电池系统技术发展综述”，作者：夏军
电动汽车所增加的动力电池系统，由于体积大，重量重，很难在整车上找到非常完美的安装空间，在电池包的布置上，需要考虑以下几个方面：
首先，要尽可能的在有限的空间内，布置更多的电量，这样才能达到更大的续航里程，减少充电的频次，任何可以利用的空间，都有利于整车电量的提升。
其次，要充分考虑电池包的位置对整车安全性能的影响，尤其是在发生碰撞、翻滚、跌落等极端情况下，电池包是否会因为很大的加速度或严重的挤压变形，发生起火和爆炸，或者是否会有电池包的部件进入乘客舱，引起附加伤害。
第三，要充分考虑电池包的重量和形状对整车结构寿命的影响，因为电池包的重量通常达到数百公斤，给整车的底盘和悬挂带来很大的静态载荷和动态载荷，在长时间的振动、冲击条件下，很容易引起整车机械部分的疲劳损伤，降低寿命。
第四，要充分考虑电池包的散热条件，尤其是在高温工作条件和高电气载荷工作条件下，电池包会产生大量的热量，如果散热条
件不理想，或者靠近热源，会引起电池包的寿命加速衰减。
第五，电池包在整车的安装位置，还会影响到整车的轴荷分配和重心，进而影响到整车的驾乘体验和舒适性。
我们总结了市场上几款常见的电动汽车产品，将电池包在整车上的装配空间和位置加以概述，以供读者参考。
2.3.1 工字型和T字形电池包安装
早期的电动汽车，都是基于传统的燃油车进行改装，在去掉发动机、变速箱、油箱和一些传动装置，这样整车上空出来的空间，是最适合安装电池包的。
图1-32 芝诺1E纯电动汽车电池包安装位置
华晨宝马芝诺1E纯电动汽车就有一个典型的工字型电池包，在宝马X1车型的基础上，充分挖掘可以利用的布置空间，前后串联的三个高电压蓄电池单元则被安装在车身的前部（前机舱盖下方的发动机位置）、中部（传统的传动轴通道中）和后部（传统燃油箱的位置），这样的设计可以确保更好的前后轴负荷分配，赋予车辆更低的重心，同时让车辆在碰撞发生时更加安全。
图1-33 Volt T字形电池包及安装位置
雪弗兰“沃蓝达”（Volt）是一款典型的T字形电池包布置，因为是一款增程式电动车，因此发动机和油箱仍然保留，设计师充分利用了去掉变速箱和传动轴后的空间和后排座位下面的空间，将电池包设计成一个“T”型。
不管是华晨宝马芝诺1E，还是雪弗兰Volt，都是在传统燃油车基础上做了非常小的改动，空间非常有限，能够装载的电池包体积和重量都受限，因此容量不大，续航里程也有限。华晨宝马芝诺1E采用宁德时代（CATL）的磷酸铁锂电池，Pack容量为27kWh，可达到150km的续航里程，第一代雪弗兰Volt车型采用LG的锰酸锂电池，Pack容量为16kWh，纯电续航里程为64km。
2.3.2 土字形电池包安装
要想进一步提升整车的续航里程，就必须要增加整车的电量，有两个可行的途径：提高电池包的能量密度，在同样的空间内存储更多的电量；扩展电池包的空间，增大电池包的体积和重量，进而增加可用电量。
一般而言，能量密度的提升是比较缓慢的，受制于动力电池技术的进步速度，很难在短时间内大幅度改善，那么就需要我们在电池包的体积上面做文章，从整车上面挖掘更多的空间，来装载更多的电池，存储更多的电量，从而提升电动汽车的续航里程。
图1-34 e-Golf 土字形电池包及安装位置
2015版e-Golf电池包是一个典型的“土”字形结构，充分利用了整车上可以利用的空间。总电量为24.2kWh，总电压为320V，容量为75Ah，电池包重量为313kg，体积为229.4 L。2016年起，大众选用新的三元电芯，在原有体积不变的情况下，电池包的总电量达到35.8kWh，整车的续航里程也从134公里提升至200公里。
图1-35吉利帝豪EV电池包安装位置
吉利帝豪EV车型则是另一款“土”字形电池包的代表，为了装载更多的电池，吉利还对整车的底盘做了二次开发，腾出了更多的形状规则的空间，用于容纳锂离子电池组。2015款的帝豪EV采用了宁德时代的三元电芯，电量为44kWh，续航里程达到250km。2017款的帝豪EV，仍然采用同样的三元电芯，但是对电池包、热管理系统和动力总成做了设计优化，从而使得续航里程达到了300km。
“土”字形的电池包，可以将电动汽车的续航里程提升到200~300公里，如果想进一步提升续航里程，就有相当大的难度了，因为整车可拓展的空间已经被挖掘的差不多了。
2.3.3 一体式（滑板式）电池包安装
受限于传统燃油车的结构局限，不管怎样挖掘可用空间，始终不能实现电动汽车的最优化设计。客户对于电动汽车续航里程的需求，已经从100公里、200公里，提升到300公里、400公里，甚至是500公里以上。在这种情况下，电池包和底盘的一体化设计，已经逐渐成为一种必然的趋势。
这是一种全新的产品思路，整车的设计需要围绕核心零部件电池包来展开，将电池包进行模块化设计，平铺在车辆的底盘上，以最大限度获得可用空间，调整整车的重心位置，同时还可以利用电池包的结构来加强底盘的强度和刚度，也可以利用整车的框架强化对电池包的结构防护。
图1-36 一体式电池包安装示例
最早采用这种方案来做整车设计的是Tesla，在畅销的Model S和Model X车型上，Tesla都采用了电池包和底盘的一体化设计，以达到最优的车辆性能。得益于领先对手的设计思路，Model S车型可以给用户提供多种规格的电池包容量，从60kWh一直扩展到90kWh，续航里程可以达到惊人的526公里（P90D版本），这是在传统燃油车进行改造所无法达到的。
图1-37 大众一体式电池包示例
在Tesla的成功指引下，大众和宝马等车企也纷纷跟进，推出了自己的一体式电动汽车产品解决方案。
大众汽车集团推出了电动汽车专用平台：MEB平台，预计将于2019年投入使用，该平台具有较强的扩展性。这意味着，大众的设计师可以通过改变轴距、轮距以及座椅布局，以应用于更多种类的车辆制造。而安装在底盘上的电池组则尤其引人瞩目，由于完全模块化设计，它允许工程师按照适用车辆的类型来调整电池组的数量和大小，从而满足不同车型的需求。大众汽车集团希望借助MEB平台（电动车模块化平台）将纯电动车的续航里程提升至400~600公里之间，完全可以对标目前的燃油车。
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第2篇：我国电动汽车Pack技术发展趋势
节选自《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》第一章“电动汽车动力电池系统技术发展综述”，作者：夏军
电动汽车产品要走入千家万户，在运营市场和个人市场占据非常重要的地位，必然要在续航里程、环境适应性、使用寿命、购置成本等方面能够追赶甚至超越传统的燃油车，这也给电池包的技术发展带来了更高的挑战。
4.1 我国新能源汽车的发展阶段
我国新能源汽车的发展阶段，从2009年开始算起，到2020年，可以大致划分为4个阶段：
第一个阶段：2009年~2013年。这个阶段，是技术、产品、用户、市场的积累期，这个阶段的特点是核心技术、产品形态、用户使用习惯等基本上都是空白，到底该怎么搞，大家都不知道。但是有一点是毋庸置疑的，就是一定要发展节能与新能源汽车这个产业，这涉及我国能源安全，事关我国汽车产业能否做强，也是我国制造业转型升级的必由之路。
第二个阶段：2014年~2015年。经过第一个阶段的探索，核心技术有了一定的突破，产品形态呈现多种多样的局面，用户也慢慢的接受了新能源汽车这个新鲜事物，最重要的是，由于中央财政补贴和地方财政补贴的双重刺激，吸引了众多的企业和资本进入了这个产业，从而造成了2014年和2015年的井喷式发展。
第三个阶段：2016年~2017年（进行中）。我们把这个阶段叫做窗口期，或者摇摆期，是因为这个阶段是政策逐步让位于市场的阶段，但是由于政府对于监管的加强，以及消化前期政策所遗留的额问题需要一定的时间，客观上加剧了产业发展的波动，使得行业的发展在一年当中会出现大起大落的情况。
第四个阶段：2018年~2020年（预测）。我们把这个阶段称作突破期，政府建立新能源汽车产业发展的长效机制，补贴政策逐步退出，技术和产品取得重大突破，新能源汽车的市场化运作机制初步建立，从而一举奠定我国新能源汽车产业在全球的领先地位。
4.2 2020年的关键技术目标
不同的国家，对于新能源汽车的发展有各自的考虑，选择了适合自己的技术路线。我国新能源汽车产业的发展，在产业目标、市场目标、技术路线等方面都有非常明确的规划，对整个产业的发展起到了非常好的促进作用。这其中有三份比较重要的文件，对动力电池及Pack的技术路线会有很大影响，值得我们关注。
2012年6月28日，国务院下达关于印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》的通知。这是我国新能源汽车产业发展过程中最重要的一份纲领性文件，将节能与新能源汽车产业提高了国家战略的高度，对市场、产品、技术都做出了明确的规划。
2016年10月26日，受国家制造强国建设战略咨询委员会、工业和信息化部委托，中国汽车工程学会组织逾500位行业专家历时一年研究编制的《节能与新能源汽车技术路线图》正式发布，本项技术路线图描绘了我国汽车产业技术未来15年发展蓝图，对新能源汽车产业的技术路线做出了更加详细的规划。
2017年3月1日，工业和信息化部、发展改革委、科技部以及财政部四部委公布了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》，以加快提升我国汽车动力电池产业发展能力和水平，推动新能源汽车产业健康可持续发展。
这三份文件中，与动力电池及Pack相关的2020年技术指标，如上图所示。要达到上述要求，未来几年在工程技术方面需要有比较大的创新。
4.3 技术挑战及发展趋势
以纯电动乘用车为例，2020年的典型技术参数如下：
450km的综合工况续航里程，已经完全可以满足运营市场的需求，达到每天只充一次电的目标，也可以满足个人用户长途驾驶的需要，接近传统燃油车的满油续航里程。车辆使用温度范围广泛，可以适应我国90%以上的国土区域。在快充状态下，可以做到15分钟充满80%的电量，大大缩短充电时间。整车的整备质量小于1.5吨，百公里能耗在15度电以下，进一步提升电动汽车的能量转换效率。
为了达到上述技术指标，充分满足市场对于插电式混动汽车和纯电动汽车的需求，Pack技术必须在以下几个方面取得明显的进步。
（一）系统集成效率的大幅度提升
按照电芯能量密度300Wh/kg和Pack能量密度260Wh/kg的目标来计算，Pack系统的集成效率要做到85%，而当前乘用车Pack 的集成效率普遍在65%左右，这意味着集成效率需要大幅度提升，才能达成目标。
要提高Pack的集成效率，有两个可行的途径，一是优化Pack内部的结构设计，大幅度减少Pack内部的组件数量，将更多的组件和功能集成在模组和箱体上，从而减轻重量；另一个是采用轻量化的材料，如采用铝型材或复合材料代替高强度钢，采用塑胶件代替金属件等，也可以减轻重量。
（二）广泛的温度适应性
冬天可以在零下20℃，甚至零下30℃的低温下工作，夏天可以经受50℃的地面高温而不趴窝，同时还要承受3~4C的快充，这是电动汽车大范围推广的必要条件。要满足这一要求，高换热系数和快速热交换的液冷/液热系统将成为Pack的标配。
液冷/液热系统的设计目标是在-30~50℃环境温度和4C快充工况下，将电池单体的工作温度控制在15~45℃、电池单体间的温差控制在5℃以内。
综合运用仿真分析和测试验证等手段，达到液冷/液热系统的最优化设计，才能做到-30~50℃的使用温度范围，以及大倍率和长寿命使用。
液冷/液热系统的设计，必须与整车的冷却循环系统相互匹配，必须与Pack的结构设计高度集成，必须达到极高的热交换效率。
（三）3~4C的快充将成为标配
想象一下，我们开着电动汽车出门，在充电站需要花费1个小时的时间进行充电，如果碰上充电排队，可能需要花费2个小时，甚至更长的时间，没有比这更糟糕的体验了。家用慢充和充电站快充相结合，是电动汽车普及的关键因素之一，对于出租、公交、物流等领域的营运车辆来说，快充的重要性甚至要大于续航里程，因为充电的时间是无法载客或载货的，充电时间越长，意味着运营效率越低，损失越大。
比较合理的快充要求，是在15分钟内，充满80%左右的电量，这要求Pack达到3C以上的充电能力，在电芯的设计、电连接设计、热设计、安全设计、以及BMS的能量管理方面，都要做出非常大的技术突破。
（三）与车同寿命的Pack产品
因为电池包的成本很高，如果做不到与车同寿命，车辆的维护成本将非常高昂，用户显然不会愿意为这额外的成本买单。
以乘用车为例，如果是个人用户购买，通常需要达到8年/12万公里的寿命要求，如果用于营运，寿命可能要达到5年/40万公里。
要达到如此严格的寿命要求，除了电芯的循环寿命和日历寿命要达到目标，还需要电子、电气、机械组件也达到8年以上的使用寿命。除此之外，在电芯的成组技术、系统的热管理和能量管理、以及Pack的售后维护等方面，也都有非常高的要求。
（五）总结
Pack技术的发展，涉及到多学科、多领域的知识，需要跨学科的技术融合，需要综合性的、系统性的产品开发思维，我们不能简单的把电化学、电子、电气、机械等作为核心技术看待，还要看到Pack产品所涵盖的材料、热交换、电磁兼容等方面的技术特征。
要开发一个可以装车的Pack产品很容易，要量产一个寿命、稳定性、可靠性、安全性都完全符合汽车级要求的Pack产品，则需要大量的工程实践、理论计算、计算机仿真和测试验证，还需要基于足够数量的产品进行迭代设计，不断的优化和完善。
本书的目的，在于通过系统的工程方法和大量的工程实践，为广大读者展示Pack产品设计与制造的基本流程和关键技术，推动新能源汽车产业的技术进步。
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节选自《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》第二章“动力电池系统总体方案设计”，作者：夏军
2.1.4.1 额定电压及电压应用范围
对于高速电动车辆动力电池系统的额定电压等级，参照《GB/T31466-2015 电动车辆高压系统电压等级》可选择144V、288V、320V、346V、400V、576V等。对于微型低速电动车动力电池系统的电压等级，100V以下主要以48V、60V、72V和96V为主。
动力电池系统的额定电压及电压范围必须与整车所选用的电机和电机控制器工作电压相匹配，因此为保证整车动力系统的可靠运行，需要根据电动整车电机的电压等级及工作电压范围要求，选择合适的单体电池规格（化学体系、额定电压、容量规格等）并确定单体电池的串联数量、系统额定电压及工作电压范围。通常允许使用的电压范围上限为系统额定电压的115%~120%，下限为系统额定电压的75%~80%。
2.1.4.2 动力电池系统容量
整车概念设计阶段，从整车车重和设定的典型工况出发，续驶里程、整车性能（最高车速、爬坡度、加速时间等）要求，可以计算出汽车行驶所需搭载的总能量需求。动力电池系统容量主要基于总能量和额定电压来进行计算。
2.1.4.3 功率和工作电流
整车在急加速情况下，动力电池系统需要提供短时脉冲放电功率，对应的工作电流为峰值放电电流；在紧急刹车情况下，需要提供短时能量回收功率，对应的回馈电流为峰值充电电流。
整车在平路持续加速或长坡道时，动力电池系统需要提供稳定的持续放电功率，此时要求能够长时间稳定输出一定额度的电流，即持续放电工作电流。
2.1.4.4 可用SOC范围
在动力电池系统产品设计上，由于SOC可用范围会直接影响总能量的设计，直接体现到单体电池的选型及数量要求，因此，也会对电池箱体的包络尺寸设计、内部布置及安装空间间隙以及对总体成本等方面产生最直接的影响。动力电池系统SOC应用范围的选择首先考虑整车对充放电功率和可用能量等方面的需求，同时结合单体电池在不同温度条件下的充放电能力（功率和能量）、存储性能（自放电率）、寿命、安全特性，以及电池管理系统的SOC估算精度等影响因素来确定。
动力电池系统在其应用SOC范围内必须满足整车负载的峰值放电功率要求，保证电池系统具有的峰值放电能力大于负载的最大功率需求；同时，为了尽可能多的接受回收的能量，应满足所设定的峰值充电功率/回充功率要求。由于动力电池系统的充放电功率能力主要受选用的单体电池功率能力限制，其中：在低温、低SOC条件下，单体电池的放电功率会受到限制；在低温、高SOC 条件下，单体电池的充电/回充功率会受到限制。因此，需要结合整车动力系统峰值（放电/回充）功率需求，定义SOC可用范围。
动力电池系统SOC使用范围的选择还要根据整车设计的纯电续驶里程目标，通过分析整车能耗情况确定对应的可用能量需求，计算动力电池系统可用能量与整车能量需求差距，并调整SOC使用范围需求。
通常为了更好地保护动力电池系统，并延长其使用寿命，充电时不能将其充满电（接近100%SOC），放电时也不能完全放电（低于5%SOC），否则可能会损坏单体电池、缩短其使用寿命。但是，如果单方面为了延长动力电池使用寿命而加大电池系统的能量,来减小SOC使用区间，对于系统成本和空间布置都会产生不利影响。
由于动力电池均存在一定程度的自放电，因此，考虑到电池包的存储周期可能达到3个月以上（6个星期的工厂/物流/配送和6个星期的存储区存储）的情况，为避免因为自放电而导致发生电芯过放电的情况发生，通常动力电池系统的SOC的下限应不低于5%。
综上所述，动力电池系统SOC使用区间的选择应该综合权衡以上各个影响因素，因此，需进行综合平衡选择，确定SOC使用区间的最佳方案。通常，BEV产品SOC可用窗口10%~95%；PHEV产品SOC窗口20%~95%；HEV产品SOC窗口30%~70%。
2.1.4.5 温度应用范围
动力电池系统的温度应用范围主要考虑：低温条件下对单体电池的充电、放电功率和能量的影响；高温条件下对单体电池的寿命和安全特性的影响。基于整车对应的持续放电和脉冲放电功率能力要求，以及单体电池在低温条件下的充电窗口，确定温度下限应用范围。为避免由于温度过高引起单体电池寿命的快速衰减和出现热失控，根据单体电池的温度特性及以往电池包产品使用经验，确定温度上限应用范围。
在整个生命周期内，动力电池系统产品必须满足使用区域的环境和气候条件，因此环境条件要求主要与整车目标市场区域相关，一方面需要结合整车用户分布的地域特点，另一方面主要考虑动力电池系统产品在整车上布置位置的温度特性，以及在生命周期中的应用环境温度特性。按照10年的设计寿命（87600小时），在国内几个典型城市的环境温度分布数据：
表2-1 国内典型城市的环境温度分布
整个生命周期中，考虑从动力电池系统产品装配完成之后，通过运输进入整车厂物料存放仓库、整车装配过程中会进入整车装配车间（高温喷漆）、日常运行过程中（行车、充电、驻车停放等过程），以及容量发生衰减后进行退役等过程中可能经受的环境温度、湿度及高海拔等环境条件。主要是考虑没有外部的温度辅助和调节装置的条件下，动力电池系统暴露在整车装配、运输、存放，以及使用过程中，整个产品不会发生明显的功能降级，不会发生破损或破坏，更不会产生严重的安全问题或风险等。
（1）工作温度范围：
一般情况下，动力电池系统要求在10℃～50℃范围内能满足整车使用要求。
在低温条件下，动力电池系统由于受到单体电池功率特性的限制，很难满足整车正常条件下的峰值放电或峰值回馈充电功率需求。在高温条件下，动力电池系统由于受到单体电池温升特性、安全及可靠性应用温度范围等因素的限制，不能允许按峰值放电或峰值回馈充电功率进行工作。因此，需要基于单体电池的温度和功率特性，在低温、低SOC状态下对应放电功率能力和高温、高SOC状态下的充电功率能力结合使用温度区间进行限制。
（2）存储温度范围：
一般条件下，要求动力电池系统产品能在-40℃~60℃范围内能进行存储。
由于动力电池系统产品装配完成之后，会经历由制造工厂出厂，经由物流运输（夏季高温运输途中暴晒）和配送到整车厂物料仓库存储区进行存储的情况，因此，要求动力电池产品能满足：在环境温度不超过45℃条件下，允许存储2-3个月，不发生明显的寿命衰减（或出现明显的不可逆容量损失）。
动力电池系统产品在整车驻车停放在车库过程中，不能因为温度的变化导致自放电率大幅增加而发生过放电或者输出功率能力不足，导致影响整车的启动、爬坡性能。
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第4篇：模组结构设计之边界尺寸需求确定
节选自《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》第二章“动力电池系统结构和电连接设计”，作者：陈敏
3.2.1 需求边界
模组边界尺寸的需求来源于三个方面：电芯，电箱（确切地说是来源整车，因为电箱的边界尺寸直接由整车决定），标准规范（国标推荐尺寸、行业规范等）。
第一个需求来源是电芯。这个比较好理解，电芯是模组的基本单元，电芯的选择对模组的边界尺寸有非常大的影响，它直接影响模组边界尺寸的以下几个方面：机械接口、电气接口和外轮廓的尺寸和形式。在3.23会详细介绍三种不同电芯的常见的模组形式。
第二个需求来源就是电箱，确切的说是来源于整车，因为电箱的尺寸边界直接有整车决定。
对于商用车，由于整车空间较大，可以安装电池包的位置较多，Z向空间比较高，所以商用车的模组形式大多比较‘高大’，以充分利用商用车的车架高度优势。
图3.2 电动商用车电池包示例
乘用车有些不一样，乘用车的底盘较低，可安装电池包的位置也比较有限，所以导致乘用车的模组比较‘矮小’，Z向高度尺寸一般都在150mm以下。而传统车更改的电动车在后排座椅或者后备箱的位置会有一个比较凸起的区域，此处区域的Z向高度较高，可能达到300mm左右，为了确保乘用车的续航里程，在此处区域也会想办法安装电池包，这样使得乘用车的模组种类增多，难度加大。为减少模组种类，此处一般做双层设计或者改变模组的固定方向
图3.3 Z向高度小于150mm(Model S电池包)
图3.4利用后排底部空间（NissanLeaf电池包）
182 电动汽车动力电池剩余电量在线测量 程艳青 高明煜 徐 杰 徐洪峰 （杭州电子科技大学电子信息学院，浙江 杭州 310018） 摘要：为了精确可靠估算以蓄电池为动力的电动汽车所用电池的剩余电量，在讨论目前一些蓄电池剩余电量估算方法的基础上，以聚合物锂离子电池组为研究对象，将电池荷电状态作为系统的状态，建立了单变量的锂电池组的状态空间模型，采用了开路电压法和卡尔曼滤波递推算法相结合的方法。经试验这种方法能够获得蓄电池组精确和可靠的荷电状态预测值。 关键字：聚合物锂离子电池组；卡尔曼滤波；电动汽车；荷电状态 中图分类号：TM91 文献标识码：A The Estimation of the State of Charge of Storage Battery Based on the Kalman Filtering Theory for Electric Vehicle Cheng Yanqing Gao Mingyu Xu Jie Xu Hongfeng (School of Electronics Information, Hang Zhou Dianzi University, Hangzhou Zhejiang 310018, China) Abstract: To estimate residual capacity of traction battery in electric vehicle accurately and reliably, the paper chooses a lithium-ion polymer battery pack as a research object, takes the SOC (State of charge) as the state of the system, and builds the battery's state space model with single state, and then develops a method combining open circuit voltage method and Kalman filtering recursive algorithm method, based on some methods of residual capacity estimation of battery often used at present. The experiments proved that accurate and reliable battery SOC estimation of battery could be obtained by adopting the new method. Keywords: Lithium-Ion Polymer Battery ; Kalman Filter; Electric Vehicle; State-of-charge 蓄电池是各类电动汽车中最常用的储能元件， 其剩余电量的精确测量在电动汽车的发展中一直是一个非常关键的问题[1]，因为只有对电池剩余电量进行精确测量才能使驾驶员及时掌握正确的信息，预测自己的后续行驶里程，并及时进行充电。蓄电池荷电状态SOC(State of charge)描述蓄电池的剩余电量，其大小直接反映了电池所处的状态，是电池使用过程中最重要的参数之一。 1 SOC 定义 蓄电池的荷电状态SOC 被用来反映电池的剩余容量情况，这是目前国内外比较统一的认识，其数值上定义为为蓄电池所剩电量占电池总容量的比值： m n m Q ]/ )I ( Q - Q [ = SOC (1) 国家自然科学基金项目，60871088 dt I t = ) I ( Q n n ∫ (2) 式中: Q m 为蓄电池最大放电容量，指的是在室温条件下，电池从完全充电后开始工作一直到电池完全放电为止，其所能放出的最大安时数值，表示为标准放电电流和放电时间的乘积；Q ( I n ) 为标准放电电流 I n 下 t 时间蓄电池释放的电量。 公式1还可以表示为： m n Q )/I ( Q - 1 = SOC (3) 式中：SOC=1表示电池为充满电状态，SOC=0则表示电池已处于全放电状态。 由于电池所放出的电量受自放电率、充放电倍率、电池温度、电池充放电循环次数等影响，表示电池容量状态的SOC也必然与这些因素有关。在放电电流变化的情况下，上述定义就会出现不适应性，得到矛盾的结果，因此实际使用中要对SOC 的定义进行调整，不同电动汽车对SOC 定义的使用形式不一致，最常用的定义为：
电动汽车用动力锂离子电池系统 安全性设计 拟稿：张建华 2014、7、31
目录 1、序言 2、锂离子电芯安全特性 3、几种锂离子电芯安全特性分析 4、由锂离子电芯组成的电池PACK的安全性特性分析 5、锂离子电池PACK安全性设计 6、结论
一、序言 1、特斯拉电动汽车六次碰触起火事件 7月4日，在一起离奇的盗窃事件中，特斯拉意外成为了主角。一名身份未明的男子7月4日早间盗窃ModelS汽车后，引发警方的高速追逐。该男子随后在西好莱坞撞上多辆汽车，并在撞击路灯后解体成两半，引发电池着火。7月7日，特斯拉表示，该公司将调查在高速追逐中因碰撞而解体成两半，并着火的ModelS汽车残骸。 从2013年下半年开始，特斯拉已经发生了六起起火事件。其中两起是行驶中车辆自燃，两起是碰撞起火，原因是车主驶过路面上的残骸致使电池箱被刺穿后起火，有一起在充电时发生，还有一起原因不明。 1）11月6日，据海外网站报道，一辆特斯拉Model S电动车在美国田纳西州纳什维尔附近再度遭遇起火事故，车头几乎全部烧毁。 2）10月1日，一辆Model S撞上了路中的金属残片引发事故着火燃烧,车辆前部的一块电池包起火。 3）10月18日中旬，在墨西哥，一辆高速行驶特斯拉Model S撞到了一堵混凝土墙，紧接着又撞上了一棵大树，随后起火燃烧。 结论：汽车底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故； 底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
2、比亚迪e6着火事件 2012年5月26日凌晨3时08分，深圳滨海大道西行侨城东路段发生的一起重大交通事故，让电动汽车的安全问题成为了全世界关注的焦点。当时，一男子载三女驾驶一辆红色日产GT-R跑车，高速撞上两辆同方向行驶的出租车。其中一辆比亚迪E6电动出租车起火燃烧，一名男性出租车司机连同两名女性乘客被困火中当场死亡。 涉及各领域的13名知名专家，包括电动汽车整车及动力系统、部件安全、结构安全、汽车碰撞、电子电气安全、动力电池、汽车交通事故鉴定、火灾调查、材料燃烧特性等专业领域。专家分别来自中国汽车技术研究中心、交通运输部、科学研究院、公安部天津消防研究所、广东省消防总队、北方车辆研究所、S MG等，进行为期70天的调查。 专家组得到的结论是：电池没爆炸，着火起因是e6受到两次严重碰撞，车身后部及电池托盘严重变形、动力电池组和高压配电箱受到严重挤压，导致部分动力电池破损短路、高压配电箱内的高压线路与车体之间形成短路，产生电弧，引燃内饰材料及部分动力电池等可燃物质。e6的动力电池系统在整车上的安装布局、绝缘防护及高压系统等方面设计合理，“整车安全未见设计缺陷”。 结论： 汽车底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故； 底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
No.22011 BUS TECHNOLOGY AND RESEARCH 客车技术与研究 电动汽车动力电池公告检测中存在的问题及建议 杨杰，夏晴，史瑞祥，凌泽 （重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆401122） 摘要：以动力锂电池为例，重点介绍其在一致性、安全性和电性能这三方面的公告检测中存在的主要问题并提出建议，为国内电动汽车的研发提供参考，以促进电动汽车动力电池质量的提高和技术的发展。关键词：动力电池；公告检测；电动汽车；问题及建议 中图分类号：U469.72；U467文献标志码：B文章编号：1006-3331（2011）02-0023-03 Problem and Suggestion for Electric Vehicle Power Battery Annoucement Test YANG Jie,XIA Qing,SHI Rui-Xiang,LING Ze （Chongqing Vehicle Test&Research Inst.,National Coach Quality Supervision and Test Center, Chongqing401122,China） Abstract：Taking a lithium-ion battery as an example,the authors introduce problems and put forward suggestions about the consistency,safety and electrical properties in the battery annoucement test,which provide reference for the electric vehicle research to promote the quality improvement and technology development of the power battery. Key words：power battery;annoucement test;electric vehicle;problem and suggestion 第2期 截至国家工业和信息化部（以下简称工信部）发布的第222批《车辆生产企业及产品公告》，已列入19批《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》，涉及60余家企业的200多种节能与新能源汽车产品。随着当前电动汽车研发的迅猛开展，电动汽车产品中的有关问题也越发凸显。动力电池作为电动汽车的核心零部件之一，其试验检测受到高度重视。重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心率先在国内健全了工信部要求的22项电动汽车专项检测能力，在电动汽车动力电池方面开展了大量的试验检测及研究工作，积累了丰富经验。本文以动力锂电池为例，指出其在公告检测中存在的主要问题并提出建议，为国内电动汽车的研发提供参考，以促进电动汽车动力电池质量的提高和技术的发展。 1试验检测中存在的主要问题 2009年7月1日，工信部发布的《电动汽车生产企业及产品准入管理规则》（工产业[2009]第44号）已正式施行。根据该《规则》，电动汽车除了应当符合常规汽车产品的有关检测标准外，还应当符合电动汽车产品的专项检测标准（共22项）。其中涉及动力电池的专项检测标准5项[1-5]，这也是我国目前《车辆生产企业及产品公告》对于电动汽车动力电池的强制性检测依据。本文针对标准QC/T743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》（该标准具体分为19项单体电池试验和13项模块电池试验两部分内容），重点介绍电动汽车动力电池在一致性、安全性和电性能这三方面试验检测中存在的主要问题。 1.1一致性方面 一致性问题是制约电动汽车动力电池质量的关键因素。“标准”以单体电池放电容量的标准差系数和模块电池放电电压的标准差系数来衡量电池的一致性；对于单体电池，一致性分析的内容包括常温、低温、高温等不同工况的放电容量。对于模块电池，一致性分析的内容包括恒流放电、恒流充电、搁置等不同阶段的各单体电池放电终止电压。由于目前这一指标还处于数据积累阶段，“标准”仅给出了分析方法，无具体的限值要求，因而在实际检测中，缺少对于电池一致性进行评价和考核的依据[6-7]。 图1是某模块电池恒流放电曲线。根据“标准” 作者简介：杨杰（1982-），男，硕士；主要从事新能源汽车电池、电机、电控的试验检测与研究工作。 23
纯电动汽车及动力电池发展现状调研 一、纯电动汽车发展现状 所谓纯电动汽车,是指完全由可充电电池作为动力源、以驱动电机及其控制系统驱动行驶的汽车。纯电动汽车（BatterｙEleｃtric Ｖehiｃle，BEＶ)与混合动力汽车（HｙbriｄEｌｅcｔric Ｖehicｌｅ，HEV）和燃料电池汽车（Fuel ＣelｌElｅctric Ｖeｈiｃle,ＦＥV）是目前主要的新能源汽车类型。 １.1 发展纯电动汽车的必要性 (１）促进节能减排。与传统汽车相比，纯电动汽车具有更高的能源利用效率，同时也具有二氧化碳减排的潜力。机动车污染排放是城市空气污染的主要来源之一,20１３年春季北京出现多次大面积雾霾天气,机动车尾气是主要原因之一。在上海,中心城区的主要大气污染物可吸入颗粒物、氮氧化物、挥发性有机物分别有6６%、９0%和26%来自机动车尾气。大力推广纯电动汽车是交通领域实现低碳的最佳方案,纯电动汽车行驶过程中不产生二氧化碳，即使考虑到中国目前电力生产过程中的二氧化碳排放,纯电动汽车仍然具有13%~68%的减排能力。随着我国能源结构和电力生产方式的转变,纯电动汽车必将在未来发挥更大的减排作用。 图１.１传统汽车与纯电动汽车综合能量效率比较(单位:%) (２）降低石油对外依存度。汽车保有量的迅速增加为我国能源安全带来严峻挑战。我国汽车保有量与原油对外依存度变化趋势见图1.２。最新数据显示,截止到２01２年底,中国汽车保有量已达２.4亿辆，与此相对应的是20１2年中国原油对外依存度达到56.4%，创下历史新高。如果不采取措施，“十二五”中将原油依存度控制在61%的计划将很难实现。在此背景下，如何满足未来汽车的能源需求，是关系到我国能源安全的关键问题。电动汽车由于其电力来源多样化，不仅更加适合中国以煤炭为主的资源禀赋,而且能够与中国大力发展可再生能源
电动汽车用动力电池 摘要 能源危机和环境恶化已成为传统汽车发展的最大障碍,而发展电动汽车能够很好的解决这些问题.电动汽车不仅能够减少燃油消耗,提高经济性,而且还能降低尾气的排放,提高环境质量.电动汽车的关键技术之一是动力电池,动力电池的好坏一方面决定着电动汽车的成本,另一方面决定着电动汽车的动力性和续驶里程,这2个方面也是电动汽车与传统的燃油汽车竞争的关键所在.能否开发出性价比高的动力电池对电动汽车的未来发展具有至关重要的作用. 关键词：铅酸蓄电池，正负极板，电极，电解液，电子等等。 前言 电池是电动汽车的动力源，是能量的储存装置，也是目前制约电动汽车发展的关键因素。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发比能高，比功率大，使用寿命长，成本低的电池...... 电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池，物理电池和生物电池三大类。在三大电池当中化学电池又分为：原电池，蓄电池，燃料电池和储备电池，从化石燃料向可再生能源转换的能源革命中蓄电池所起的作用非常大，政府民间都在大力进行研发。物理电池是利用大自然的能量来吸附储存，有太阳能电池，超级电容器，飞轮电池等等。生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池，酶电池，生物太阳能电池等。 电动汽车用动力电池的性能指标主要是：电压，容量，内阻，能量，功率，输出功率，自放电率，使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有所不同。 电动汽车对动力电池的要求是：（1）比能量高：主要是为了提高电动汽车的继驶里程；（2）比功率大：为了能使电动汽车的加速行驶以及负载能力；（3）充放电效率高；（4）相对稳定性好；（5）使用成本低；（6）安全性好等等。 正文 在电池的发展史之中，铅酸蓄电池是最成熟的电动汽车蓄电池。我们常用的铅酸蓄电池主要分为三类，分别为普通蓄电池、干呵蓄电池和免维护蓄电池三种。铅酸蓄电池是蓄电池的一种，主要是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别作为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。 基本构造：铅酸蓄电池主要由以下部分构成：1.硬橡胶管 2.负极板 3.正极板4。隔板5.鞍子6.汇流排7.封口胶8.电池槽盖9.连接10.极柱11.排气栓
电动汽车动力电池的维护与检修 王楠 摘要:主要针对电动汽车动力电池运行检修管理, 研究了电池接收检验、运行管理、日常维护、运行检测与安全管理等关键环节, 结合电池运行的技术特点, 对电池的日常检测、维护与检修等进行了分析, 分析了电池受到电压,温度以及外界因数等典型故障的原因分析及维护方法, 同时提出了提高动力电池运行与检修水平以及电动电池保养的措施。 关键词:电动汽车动力电池检测与维护 目录: 摘要 1、动力电池的检修内容 (1)电压异常(2)温度异常(3)外观异常(4)检测振动对电池的影响 2、动力电池的检测系统总成 3、动力电池的维护 (1)充电不足与过充电 (2)大电流放电与过放电 (3)要及时充电 (4)短时充电 4、如何解决电池硫化与修复仪的使用 引言:在环境污染日益加剧,能源形势日益严峻的现代生活中,电动汽车无疑以其对排碳量减少无可非议的贡献受到全球的关注。当前与电动汽车有关的研究热点很多,但电池技术无疑就是其中重之又重的一块领域。现在应用于电动汽车的电池大多为电化学电池,在电池的发展史之中,铅酸蓄电池就是最成熟的电动汽车蓄电池,动力电池在能量、安全性、使用寿命等各个方面进行一代又一代的优化,才有了今天相对较为完备的电池体系。在今年4月21日至29日的北京国际车展当中备受人瞩目的典型车型都就是新出的纯电动汽车,不管就是国内还就是国外,许多汽车厂商都推出了自己的纯电动车型。由此可见在未来的汽车发展当中电动汽车将成为未来汽车发展的主要方向,然而由于受到电池技术的影响,纯电动汽车一直难以推广到市场。本文主要就是结合电池产业的厂商,引出当下比较主流的电池技术,从中了解电动汽车动力电池的结构,并结合各电池厂商分析可以怎样改正,以及探究了电动电池的检测与维护方法。 动力电池的结构 1、电池盖 2、正极－－活性物质为氧化钴锂 3、隔膜－－一种特殊的复合膜 4、负极－－活性物质为碳 5、有机电解液 6、电池壳 动力电池的特点 1、高能量(EV)与高功率(HEV); 2、高能量密度;
电动汽车用动力电池分类及其发展趋势 / 、八 1 前言 上个世纪80 年代以来, 随着全球经济的稳步发展, 汽车的产量和保有量急剧增加。这些燃油汽车所排放的废气造成空气质量日趋恶化。环境问题, 特别是大气环境污染问题, 已引起世界各国, 尤其是发达国家的普遍关注。同时, 目前世界石油资源日趋紧张, 石油价格始终居高不下。因此, 各国政府和各大汽车企业都正在加紧开发无排放或低排放、低油耗的清洁汽车。 进入90 年代, 以美欧为主的一些西方国家开始制订并逐步执行严厉的汽车尾气排放标准, 低能耗、无污染的绿色汽车开始成为人们关注的热点。而电动汽车又是能达到这一目标的为数很少的环保型汽车。迫于形势的要求, 各种新材料和新技术在电动汽车上不断被开发应用, 电动汽车的发展异常迅猛。 2 电动汽车用动力电池分类 2.1 铅酸电池 铅酸电池是采用金属铅作为负极，二氧化铅作为正极，用硫酸作为电解液，放电时，铅和二氧化铅都与电解液反应生成硫酸铅。充电时反应过程正好相反。现在比较广泛的采用免维护的阀控式铅酸电池（VRLA）。总体上说，铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、价格便宜等优点，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。由于铅酸电池的技术比较成熟，经过进一步改进后的铅酸电池仍将是近期电动汽车的主要电源。 2.2 镍金属电池 镍氢蓄电池正极活性物质采用氢氧化镍，负极活性物质为贮氢合金，电解液为氢氧化钾溶液，电池充电时，正极的氢进入负极贮氢合金中，放电时过程正好相反。在此过程中，正、负极的活性物质都伴随着结构、成分、体积的变化，电解液也发生变化。相对于其他电池，N 12MH 电池的优异特性表现在：高比 能量（衡量电动车一次充电行驶里程）已与锂离子电池水平相当；高比功率（赋予电
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 从安全工程专业的角度谈电动汽车的发展的可能性和必要性Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
从安全工程专业的角度谈电动汽车的发展的可能性和必要性(新编版) 众所周知，我国的石油资源相对匮乏，早在1993年中国已成为石油净进口国，并且随着我国汽车保有量的不断攀升，汽车已逐渐成为石油消耗的第一大户。随着人口的进一步增加与资源的不断消耗，我国面临的能源安全将更加严峻，关乎整个国家的经济命脉和发展。 电动汽车作为新型清洁能源汽车的出现，将降低中国对石油产品的依赖。经研究发现，电动汽车节能效果最好，能量消耗比传统车辆减少50%。无论从能源转化效率还是通过计算每公里消耗能源进行比较，电动汽车在减少一次能源消耗方面显示其优越性。广泛应用电动汽车不仅可以产生直接的能源效益，而且可以改善和优化能源结构，电动汽车替代燃油汽车将改变交通领域过分依赖有限石油
资源的现状，实现交通领域能源利用的多元化和洁净化，尤其是推动煤炭资源的高效利用，提高我国能源的安全性，使我国减少能源方面的安全危机和压力，保障我国的工业和经济能够持续健康的发展，不被他人扼制。 其次，电动汽车还可以降低汽车行驶过程中的噪声。现在大城市中汽车噪声已经成为一种比较严重的污染，减少噪声污染也是对今后汽车工业的考验。尤其是在夜间它对人们的休息和睡眠造成一个很大的困扰，使很多老百姓苦不堪言。汽车发动机噪音是行驶过程中主要噪声来源，与燃油车相比，电动四轮代步车在这方面有绝对的优势。它在行驶运行中基本是宁静的，特别适合在需要降低噪声污染的城市道路行驶。 由于电动汽车动力系统与传统内燃机汽车有很大的差异，其存在的安全性隐患也不同于传统内燃机汽车。电动汽车在充电及运行过程中，可能出现意外事故如碰撞、翻车等危险工况，造成动力系统的窜动、挤压、短路、开裂、漏电、热冲击、爆炸、燃烧等，由此造成电动汽车对乘员的机械伤害、电伤害、化学伤害、电池爆炸
ISSN 1674-8484CN 11-5904/U 汽车安全与节能学报, 2011年, 第2卷第1期J Automotive Safety and Energy, 2011, Vol. 2 No. 1Manufacture and Performance Tests of Lithium Iron Phosphate Batteries Used as Electric Vehicle Power ZHANG Guoqing, ZHANG Lei, RAO Zhonghao, LI Yong (Faculty of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China Abstract: Owing to the outstanding electrochemical performance, the LiFePO 4 power batteries could be used on electric vehicles and hybrid electric vehicles. A kind of LiFePO 4 power batteries, Cylindrical 26650, was manufactured from commercialized LiFePO 4, graphite and electrolyte. To get batteries with good high-current performance, the optimal content of conductive agent was studied and determined at 8% of mass fraction. The electrochemical properties of the batteries were investigated. The batteries had high discharging voltage platform and capacity even at high discharge current. When discharged at 30 C current, they could give out 91.1% of rated capacity. Moreover, they could be fast charged to 80% of rated capacity in ten minutes. The capacity retention rate after 2 000 cycles at 1 C current was 79.9%. Discharge tests at - 20 ℃ and 45 ℃ also showed impressive performance. The battery voltage, resistance and capaci ty varied little after vibration test. Through the safety tests of nail, no in ? ammation or explosion occurred. Key words: hybrid and electric vehicles; power batteries; lithium iron phosphate; lithium ion batteries; 电动汽车用磷酸铁锂动力电池的制作及性能测试 张国庆、张磊、饶忠浩、李雍
电动汽车动力电池的维护与检修 摘要：主要针对电动汽车动力电池运行检修管理，研究了电池接收检验、运行管理、日常维护、运行检测和安全管理等关键环节，结合电池运行的技术特点，对电池的日常检测、维护和检修等进行了分析，分析了电池受到电压，温度以及外界因数等典型故障的原因分析及维护方法，同时提出了提高动力电池运行与检修水平以及电动电池保养的措施。 关键词：电动汽车动力电池检测与维护 ABSTRACT:Mainly for electric vehicle power battery operation and maintenancemanagement, the key of the battery receiving inspection, operation management,daily maintenance, monitoring and security management, combined with the technical characteristics of battery operation,daily inspection, maintenance and repair of the battery were analyzed, analysis the reason of the typical fault of power battery voltage, insulation, the temperature and the appearance and maintenance method, and proposed to improve the power battery operation and maintenance level and measure electric battery maintenance. Key words:Electric car battery power detection and maintenance 目录： 摘要 1.动力电池的检修内容 （1）电压异常 （2）温度异常 （3）外观异常 （4）检测振动对电池的影响
目录 1引言 (2) 2电动汽车对动力电池的发展及要求3? ２.1动力电池的发展 (3) ２.2?电动汽车对动力电池的要求 ............................................................. ４3?铅蓄电池?4 3.１铅蓄电池工作原理 (4) 3.2铅蓄电池性能特点 (5) ３.3铅蓄电池应用范围5? 4?镍氢电池........................................................................................................... ６ 4.1?镍氢电池工作原理 (6) ４.2镍氢电池性能特点.......................................................................... ６ ４.３?镍氢电池应用范围 (7) 5?锂离子电池7? 5．１?锂离子电池工作原理?错误!未定义书签。 5.２?锂离子电池性能特点7? 5.3锂离子电池应用范围8? 6?电动汽车动力电池发展趋势?８ ６．1铅蓄电池发展趋势.......................................................................... ８ 6.2?镍氢电池发展趋势 (9) 6.３?锂离子电池发展趋势 ......................................................................... ９ 7?结论................................................................................................................. 1０参考文献11? ? 电动汽车动力电池研究综述
安徽天康特种车辆装备有限公司 动力电池系统设计规范 编制： 审核： 批准： 日期： 2015年8月21日发布2015年10月22日实施安徽天康特种车辆装备有限公司发布
目录 前言.................................................................................................................................... I I 电动汽车动力系统设计规范 . (1) 1.概述 (1) 2.设计原则 (1) 3.参考引用标准 (1) 4.术语和定义 (2) 5.设计要求 (4) 6.设计验证 (24)
前言 本规范规定山东省普天新能源汽车（山东）有限公司开发的专用车辆时的线束设计规范。 本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司产品开发部提出。。 本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司批准。 本规范主要起草人：李劲松 本规范于2015年8月首次发布。
电动汽车动力系统设计规范 1.概述 动力电池系统是电动汽车的重要组成部分，为电动汽车驱动提供能量来源。由于电池系统是高电压高能量密度产品，在设计电池系统时，主要从箱体设计、电池成组设计、电池安全、以及电池管理系统设计等方面进行。 2.设计原则 动力电池系统设计以满足车辆动力要求为前提，同时从电池系统自身内部结构和安全设计、电池管理等方面进行设计，主要包括以下几个部分： （1）电池箱外观尺寸：电池箱体尺寸主要根据车辆提供的电池安装空间进行设计，并且要考虑到接插件和机械连接部位的尺寸影响。电池箱内部尺寸，主要从整体设计考虑，从电池的排布、线束的排布以及电池管理系统尺寸位置、热管理系统尺寸及位置等方面进行设计。电池箱的外观设计主要从材质、表面防腐蚀、绝缘处理、产品标识等方面进行设计。 （2）电池性能参数：电池系统参数，比如电压平台、额定容量、额定能量、最大可持续放电电流、瞬间峰值放电电流、瞬间峰值充电电流等，在设计时要根据车辆的动力参数和要求进行匹配。 （3）电池管理：动力电池系统管理主要通过电池管理系统完成。通过制定电池的充放电策略、温度管理策略、报警策略等实现对电池系统的管理。 （4）整车对电池系统的管理：通过整车控制器与电池管理系统的通信进行电池系统的管理。具体通过制定通信协议完成 3.参考引用标准 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版 1
纯电动汽车动力电池电压及能量的测定方法 1 范围 本标准规定了纯电动汽车动力电池电压及能量的定义与测试方法。 本标准仅适用于纯电动汽车用动力电池,包括镍氢电池、铅酸电池、锂离子电池等二次电池，燃料电池、物理电池等不适用于本标准。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 2900.41-2008 电工术语原电池和动力电池 GB/T 19596-2004 电动汽车术语 3 术语、定义和符号 GB/T 2900.41、GB/T 19596中界定的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 术语和定义 3.1.1 纯电动汽车 由电动机驱动的汽车。电动机的驱动电能来源于车载可充电动力电池或其他能量储存装置。 3.1.2 动力电池系统 为电动汽车动力系提供能量的电池系统,简称动力电池。 3.1.3 动力电池额定电压 动力电池系统设计时预定的工作电压。 3.1.4 动力电池标称电压 在动力电池上标示的电池电压。 3.1.5 动力电池特征电压 用于表征动力电池工作电压特性的近似值。 3.1.6 动力电池开路电压 动力电池在开路条件下的端电压。 3.1.7 动力电池充电电压 动力电池处于充电状态下的正负两极端间的电压。 3.1.8 动力电池放电电压 动力电池处于放电状态下的正负两极端间的电压。 3.1.9 动力电池充电终止电压
动力电池充电终止时的电压。 3.1.10 动力电池放电终止电压 动力电池放电终止时的电压。 3.1.11 动力电池充电上限电压 规定的在充电期间动力电池不应高于的电压值。3.1.12 动力电池放电下限电压 规定的在放电期间动力电池不应低于的电压值。 3.1.13 动力电池充电初始电压 动力电池开始充电时的电压。 3.1.14 动力电池放电初始电压 动力电池开始放电时的电压。 3.1.15 动力电池额定能量 动力电池设计时预定的能量值。 3.1.16 动力电池标称能量 在动力电池上标识的能量值。 3.1.17 动力电池实测能量 实际测得的动力电池能量值。 3.1.18 动力电池充电能量 充电时进入动力电池内部的能量。 3.1.19 动力电池放电能量 动力电池放电时输出的电能。 3.1.20 动力电池可用能量 在规定放电条件下，动力电池能输出的最大电能。 3.2 符号 I1——动力电池1h率放电电流值。 I2——动力电池2h率放电电流值。 I3——动力电池3h率放电电流值。 I5——动力电池5h率放电电流值。 I10——动力电池10h率放电电流值。 I n——动力电池nh率放电电流值。 4 测试条件 4.1 准确度要求 4.1.1 测量仪器仪表的要求如下：
特斯拉电动汽车动力电池管理系统解析 1. Tesla目前推出了两款电动汽车，Roadster和Model S，目前我收集到的Roadster的资料较多，因此本回答重点分析的是Roadster的电池管理系统。 2. 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。我的主要研究方向是电池的热管理系统，因此本回答分析的是电池热管理系统(Battery Thermal Management System, BTMS). 1. 热管理系统的重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。 2. Tesla Roadster的电池热管理系统 Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组（brick），再将9组串联为一层（sheet），最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。
《电动客车安全要求》 征求意见稿编制说明 一、工作简况 1、任务来源 为引导和规范我国电动客车产业健康可持续发展，提高电动客车安全技术水平，落实工业和信息化部建设符合电动客车特点的整车、电池、电机、高压线束等系统的安全条件及测试评价标准体系的要求，全国汽车标准化技术委员会于2016年8月启动了本强标的立项和编制工作。 2、主要工作过程 根据有关部门对电动客车安全标准制定工作的要求，全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会组织成立“电动客车安全要求工作组”（以下简称工作组），系统开展电动客车安全要求标准的制定工作。 （1）GB《电动客车安全要求》于2016年底完成立项（计划号20160968-Q-339），2016年12月29日在南充电动汽车整车标准工作组会议上组建了标准制定的核心工作组，启动了强标制定工作，并由起草组代表介绍了标准的背景、编制思路、以及与相关标准的协调性关系。 （2） 2017年2月-3月，基于已开始执行的《电动客车安全技术条件》（工信部装[2016]377号，以下简称《条件》）的工作基础，工作组向电动客车行业主要企业、检测机构等16家单位征求《条件》的实施情况反馈与强制性国标制定建议。 （3） 2017年4月18日，工作组在重庆组织召开标准制定讨论会，会议对《条件》制定情况进行了回顾，对收集到的《条件》执行情况进行了分析讨论。根据讨论结果，针对共性问题形成了专项征求意见表。 （4） 2017年5月-6月，工作组根据重庆会议讨论结果向行业进行强标制定专项意见征求意见。 （5） 2017年6月6日，在株洲召开工作组会议，会议对专项征求意见期间收集的反馈意见进行研究讨论。 （6）2017年6月-10月，工作组依据意见反馈情况和会议讨论结果进行标
电动汽车动力电池系统安全方法 电动大巴的系统安全考虑，是非常重要的。我个人以为，相比乘用车而言，商用车、大巴其实有更高的安全要求，事实往往是倒挂的。这里写这篇文章，分三部分，第一是提炼一下事故发生的关键特性；第二是将三方的系统设计摆在台面上来复盘，第三是宣传一下系统安全的理念。 第一部分：事故关键要素 事故结论：动力电池过充=>电解液泄漏及电池短路=>火灾 事件牵涉方： 1.充电运营单位是普天新能源(深圳)有限责任公司：运营管理直流充电机和充电管控系统 2.车辆制造单位是深圳市五洲龙汽车有限公司：提供整车集成和整车控制和整车监控系统 3.电池系统制造单位是深圳市沃特玛电池有限公司：提供电池包，BMS 事故过程： 1.14时13分，入场充电SOC62% 2.15时42分，动力电池SOC已满 3.17时，充电机检测到的电压超过充电机自身保护电压650V，充电机才强制中断充电过程 关键要素提取： 1.电池管理系统主控模块在充电过充中失效 2.车联系统仍然上传失效前数据 3.充电机没有根据限值切断，特别是没有根据总电压600V限值切断 4.充电运营系统的数据收集没有处理 5.车联系统的数据平台没有处理 调查组总结： 1.电池管理系统控制策略存在缺陷
2.充电系统功能不完善 3.监控数据不被重视 4.车--充电机--后台监控等缺乏系统的安全保护设计 调查组提议的改进措施： 1.电池企业：改进BMS设计 2.充电企业：充电设施增设限制过充的措施 3.整车企业 a.布置改进：对结构、内饰材料、高低压电缆进行改进设计 b.布置改进：控制电池箱相对集中的车辆尾部电池舱的环境温度 第二部分：相关的系统设计要素 大巴的结构布置示意图，可以如图1所示。 根据参考文献1，沃特玛基于客车的系统是BMS整套电池管理系统，包括主机模块、采集模块、显示屏模块、绝缘检测模块、CAN盒等 电池管理主机模块(BMS)： BMS主模块可接收BMU(电池单体信息采集模块)部件上传的电池组信息，计算电池容量，健康状态等，能随时给出电池组整个系统的剩余容量。 CAN通信：在显示屏模块指定位置显示，通过整车CAN通讯口上传到汽车整车控制器和仪表总线。 控制电池放电功率：电池功率基于SOC，电压和温度等条件下，可允许的10s 放电功率 可配置的最大容量为1000AH，精度5%。
纯电动汽车用动力电池的分类及应用的研究 发表时间：2017-10-20T13:34:18.647Z 来源：《防护工程》2017年第16期作者：李永光 [导读] 作为电动汽车特别是纯电动汽车动力源的动力电池，其相应特性必须满足电动汽车行驶。 中国汽车技术研究中心排放节能部耐久试验室天津东丽区 300300 摘要：随着全世界石油被大量开采，能源危机越来越严重，同时，大量消耗石油所带来的环境问题也逐渐成为了各国，各类人群所关心的重大课题。因此，开发替代石油的、零污染或低污染的交通工具成为各国追求的目标，而电动汽车的无低污染优点，正迎合汽车发展的主要方向。动力电池技术是电动汽车的核心技术之一，动力电池性能的好坏与发展电动汽车的前景息息相关。鉴于此，文章重点就纯电动汽车用动力电池的分类及其应用进行探究。 关键词：纯电动汽车；动力电池；分类；应用 作为电动汽车特别是纯电动汽车动力源的动力电池，其相应特性必须满足电动汽车行驶、安全性能要求电池热管理系统的设计对电池温度、电压均衡，电池系统性能有重要影响，继而影响动力电池的安全、一致和耐久性能。因此，开展纯电动汽车动力电池分类及应用研究十分重要。 一、纯电动汽车的主要特点 纯电动汽车相对于传统燃油汽车而言，主要差别在于个大部件驱动电机，控制器，动力电池和充电器，纯电动汽车的性能也与大部件的选用配置直接相关。纯电动汽车时速快慢和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、永磁、电磁之分，再有交流步进电机等，另外，驱动电机的调速控制也分有级调速和无级调速，有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毅电机、轮边电机、单电机、多电机和组合电机驱动等纯电动汽车续驶里程长短和安全性取决于动力电池容量和性能，动力电池的重量通常会占到整车重量的五分之一到六分之一，其性能取决于选用何种动力电池，如铅酸、镍氢、铿离子等，不同类型的动力电池其比功率，比能量，循环寿命等特性亦不相同。电动汽车控制器通过总线获得电机和电池系统的相关信息，进行分析和运算，通过总线给出电机控制和电池管理指令，实现整车驱动控制、能量优化控制和制动回馈控制。充电器是采用高频电源技术，运用先进的智能动态调整充电技术。一般充电机采用恒流、恒压、小恒流智能个阶段充电方式，充电机自身还具有反接、过载、短路、过热等多重保护功能及延时启动，软启动、断电记忆自启动功能等，能实现科学的充电控制技术，全自动充电机能在蓄电池充足后自动关机，确保蓄电池不过充，不欠充，延长蓄电池寿命。 二、纯电动汽车蓄电池的种类 （一）铅酸电池 铅酸电池是采用金属铅作为负极，二氧化铅作为正极，用硫酸作为电解液，放电时，铅和二氧化铅都与电解液反应生成硫酸铅。充电时反应过程正好相反。现在比较广泛的采用免维护的阀控式铅酸电池。总体上说，铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、价格便宜等优点，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。由于铅酸电池的技术比较成熟，经过进一步改进后的铅酸电池仍将是近期电动汽车的主要电源。 （二）镍金属电池 镍氢蓄电池正极活性物质采用氢氧化镍，负极活性物质为贮氢合金，电解液为氢氧化钾溶液，电池充电时，正极的氢进入负极贮氢合金中，放电时过程正好相反。在此过程中，正、负极的活性物质都伴随着结构、成分、体积的变化，电解液也发生变化。相对于其他电池，Ｎｉ２ＭＨ电池的优异特性表现在：高比能量（衡量电动车一次充电行驶里程）已与锂离子电池水平相当；高比功率（赋予电动车良好的启动、加速、爬坡性能）其性能已高于锂离子电池；长寿命特性（赋予电池良好的经济性）平均寿命３００～６００次；安全性能高，无污染物，被誉为“绿色电源”。但是目前阻碍其应用的一个重要问题是初始成本太高，而且还有记忆效应和充电发热等问题，充电发热会引发安全问题，因此，要求发展相应可靠的能量管理系统。 （三）锂离子蓄电池 锂离子电池使用锂碳化合物作负极，锂化过渡金属氧化物作正极，液体有机溶液或固体聚合物作为电解液。在充放电过程中，锂离子在电池正极和负极之间往返流动。放电时，锂离子由电池负极通过电解液流向正极并被吸收，充电时，过程正好相反。锂离子电池基本上解决了蓄电池的２个技术难题，即安全性差和充放电寿命短的问题。同时锂离子电池具有高电池单体电压、高比能量和能量密度，可以说是当前比能量最高的电池，工作稳定。它的性能指标都可以满足ＵＳＡＢＣ制定的电动车中期目。缺点是自放电率高，初始成本较高。 （四）锂聚合物电池 锂聚合物电池又称高分子锂电池，它也是锂离子电池的一种，但是与液锂电池相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化以及高安全性和低成本等多种明显优势。在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同，锂离子电池使用的是液体电解质，而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替，这种聚合物可以是“干态”的，也可以是“胶态”的，目前大部分采用聚合物胶体电解质。聚合物锂离子电池可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。此外，聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。 三、纯电动汽车充电电池的常用类型 目前电动汽车一般采用铅酸电池、镍氢电池或者锂离子电池等充电电池。铅酸电池技术成熟、价格便宜，但其污染严重，比能量低，一般应用于大型不间断供电电源以及电动自行车；镍氢电池安全性高、耐过充过放性能好，但其比能量低、低温性能差、自放电率高，一般应用于混合电动汽车以及电动工具；锂离子电池相比以上2种电池具有比能量高、循环寿命长、充电功率范围宽、倍率放电性能好、污染