电动汽车动力电源系统

  在能源对外依存度超过50%和发展低碳经济的大背景下，发展新能源汽车已是大势所趋。汽车工业正在由传统的燃油机时代朝着电动化时代转变，国家把新能源汽车列为现阶段重点发展的七大产业之一，并提出要加大财税金融等政策扶持力度。为了实现节能减排计划、各国政府相继发布电动汽车发展战略和国家计划，进一步为汽车产业发展指明了方向。
  电动汽车关键技术瓶颈突破的预期的增强以及能源危机、环境污染的加剧，各国政府逐步加大政策支持力度，全力推进电动汽车产业化。当前大部分汽车制造商都致力于开发电动汽车，如美国福特、克莱斯勒，日本丰田、三菱、日产,韩国现代，法国Courreges、Ventury等。中国的新能源汽车用电池产业起步虽晚于部分发达国家，但发展非常快，在动力电池的研发上也投入了大量财力、物力。国内汽车制造商一汽、东风、上汽、宇通、比亚迪、吉利、奇瑞、力帆、众泰等企业也纷纷推出自主研发和设计的混合动力及纯电动汽车。
  动力电池是新能源汽车的核心，是新能源汽车技术和成本上的最大瓶颈，是新能源汽车产业链中最核心的一环。未来汽车厂商之间的竞争，将主要是动力电池性能的竞争，先进的动力电池厂商，必将成为汽车厂商争夺的焦点。电动汽车对动力蓄电池的要求包括安全性、能量密度、功率密度、一致性、低成本等。车用动力电源系统的设计是集电子技术、控制技术、材料科学、工艺过程控制、汽车技术和电源技术等为一体的高新综合科学技术，是一个系统工程。通过多年的发展，国内在电池性能方面与国外相差不大，但在整个车用动力电源系统性能方面和国外还有比较大的差距。
  本书共分十一章，前两章简要介绍了电动汽车的特点、电源系统的构成以及各种类型的电动汽车的应用特点和对电源系统的要求；第三章对常用动力蓄电池的性能特点进行了详细介绍，并对常用的动力电池模型进行了说明；第四章至第六章分别针对动力电源系统中的能量管理系统、热管理系统、机械结构的设计方法等进行了阐述；第七章针对动力电源系统的一些共性关键技术如一致性控制技术、SOC/SOH估算技术、充电技术及均衡技术等的控制和设计进行了说明；第八章至第十一章阐述了动力电源系统的检测、设计实例以及常见故障处理和发展趋势等。
  本书的编写得到了山东润峰集团新能源科技有限公司李青海博士的帮助和支持，在此表示衷心感谢。本书的编写还得到了江苏春兰清洁能源研究院有限公司、赛恩斯能源科技有限公司、八叶新能源科技有限公司、中兴派能能源科技有限公司、微宏动力系统有限公司等单位的支持以及中科院微系统与信息技术研究所的夏保佳研究员、娄豫皖副研究员的帮助，在此对他们辛勤的工作表示感谢。
  限于作者知识和见解的局限，不足之处请读者批评指正。
编者
2011年5月

  新能源汽车属于国家中长期发展规划中重点支持和发展的产业。动力电源系统是电动汽车的“心脏”，其发展直接影响到电动汽车的产业化进程。本书围绕电动汽车用电源系统的要求和设计，系统介绍了电源系统各方面的构成、功能与设计以及国内外的最新研究和生产成果。本书力求达到基本概念清楚、思路清晰、内容全面、易于理解。
  本书对从事电动汽车、动力电池以及动力电池管理系统的研究、开发和生产人员具有较高的参考价值，也可作为高等院校相关专业教师和学生的参考书。

第一章电动汽车用动力电源系统介绍1
第一节电动汽车的特点1
第二节电动汽车动力电源系统的构成6
第二章电动汽车对电源系统的要求13
第一节动力电源系统的特性参数13
第二节42V电源系统(弱混合电动车)的要求18
第三节纯电动车用电源系统的要求20
第四节混合电动车用电源系统的要求23
第五节插电式混合电动车用电源系统的要求30
第六节其他类型电动汽车34
第三章车用动力蓄电池介绍37
第一节动力蓄电池的定义与特征参数37
第二节金属氢化物镍动力电池43
第三节锂离子动力蓄电池53
第四节超级电化学电容器64
第五节动力电池模型72
第四章电源管理系统79
第一节管理系统的构成与功能79
第二节检测功能要求与设计85
第三节安全保护功能89
第四节高压安全94
第五节管理系统的抗干扰设计101
第六节管理系统的通信108
第七节典型的电动汽车管理系统111
第五章热管理系统114
第一节温度对电池性能的影响114
第二节热管理系统的设计目标120
第三节系统产热分析122
第四节散热模型127
第五节风冷散热系统136
第六节液冷散热系统143
第七节相变材料的应用145
第八节热管技术的应用147
第九节其他热管理系统152
第十节国内外主要车型电池热管理系统介绍153
第六章机械单元设计156
第一节机械性能设计原则156
第二节单体电池结构157
第三节电池模块设计162
第四节电池包设计173
第五节系统结构设计178
第七章共性关键技术182
第一节一致性控制技术182
第二节SOC判断与控制192
第三节SOH判断与控制198
第四节电源系统充电技术207
第五节电源系统使用范围确定219
第六节电源系统的均衡技术225
第八章动力电源系统的检测与评价236
第一节国内外相关标准状况236
第二节电源系统的电性能测试与评价238
第三节电源系统安全性能测试245
第四节环境性能测试254
第五节管理功能测试255
第六节其他性能测试与评价259
第九章动力电源系统的设计263
第一节电源系统设计基本要求263
第二节纯电动车用电源系统设计266
第三节混合电动车用电源系统设计270
第四节PHEV电动车用电源系统设计274
第十章动力电源系统的使用与维护279
第一节动力电源系统的使用与维护279
第二节BMS常见故障分析284
第三节电池组常见故障分析与处理285
第十一章问题与政策291
附录301
附录1缩略语301
附录2国内与电动车用动力电源系统有关的主要企业302
参考文献304