机工 新能源汽车动力电池技术 陈晓平

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随着全球对环境保护意识的增强和能源结构的转型，新能源汽车作为减少碳排放、促进可持续发展的关键手段，正日益受到各国政府、企业及消费者的广泛关注。作为新能源汽车的心脏——动力电池，其性能、成本、安全性及可持续性直接决定了新能源汽车的市场竞争力与未来发展潜力。本书全面而系统地覆盖了动力电池技术的核心领域，从动力电池的起源与早期发展，到现代动力电池的组成结构、工作原理的深入剖析，为读者展现了一个清晰的技术演进脉络，并奠定了坚实的理论基础。 在此基础上，本书进一步深入探讨了动力电池的设计与制造工艺，包括电化学体系的优化、电性能与循环寿命的提升、安全性能的保障等关键环节，并通过对CAE仿真技术的详细介绍，展示了现代科技在动力电池研发中的应用，为工程师和研究人员提供了强大的工具和方法论支持。此外，本书还关注了动力电池组及电池管理系统（BMS）的新进展，包括电池组的集成设计、箱体标准化、接口规范化以及BMS的智能监控与能量管理功能，并通过详细介绍动力电池的基本性能与测试方法，为行业提供了标准化的测试指南，有助于提升产品质量与安全性。在动力电池的回收处理与标准法规方面，本书同样给予了充分的关注，探讨了动力电池的回收流程、梯次利用、资源再生等环保议题，以及电性能、安全性、循环寿命等方面的标准与法规，为读者提供了全面的法规遵循与环保实践指导。 本书可作为本科、大专院校汽车相关专业的教材，也可供新能源汽车动力电池技术研发、生产、测试、管理等领域的有关人员学习参考。
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前言 第1章发展历程 1 1.1概述 1 1.2电池的发展历程 3 1.2.1电池的定义 3 1.2.2电池的简史 3 1.3电池的分类 6 1.3.1原电池 6 1.3.2蓄电池 7 1.4动力电池的发展背景 8 1.4.1动力电池的发展意义 8 1.4.2各国动力电池发展规划 9 1.4.3我国动力电池供需格局 14 1.4.4国际新能源汽车及动力电池产业 发展总体情况 15 1.4.5动力电池安全防护分析 16 1.5动力电池的发展趋势 16 1.5.1更高的质量能量密度 17 1.5.2更安全的设计 17 1.5.3更快的充电速度 17 1.5.4更长的使用寿命 17 1.5.5更环保的材料 17 1.6新体系电池 17 1.6.1锂硫电池 17 1.6.2金属-空气电池 19 1.6.3固态电池20 1.6.4其他电池 21 第2章动力电池的组成及工作原理 29 2.1概述 29 2.2电池的基本组成 29 2.2.1电极 30 2.2.2电解质 30 2.2.3隔膜 31 2.2.4外壳 31 2.3电池单体和电池模块 31 2.3.1电池单体 31 2.3.2电池模块 31 2.4电池模块的组合方式 32 2.4.1串联组合电池组 33 2.4.2并联组合电池组 33 2.4.3串并复联组合电池组 34 2.5概念术语 34 2.5.1电池电压 34 2.5.2电池容量 36 2.5.3电池能量 37 2.5.4电池功率与功率密度 38 2.5.5电池内阻 38 2.5.6放电电流 40 2.5.7荷电状态 40 2.5.8自放电特性 41 2.5.9电池寿命 41 2.6电池充放电时的工作原理 42 2.6.1电极过程 43 2.6.2极化作用 43 2.6.3塔菲尔（Tafel）公式 44 习题44 第3章动力电池设计 45 3.1概述 45 3.2电池设计 46 3.2.1电化学体系设计 46 3.2.2电池电性能设计 77 3.2.3电池外形 81 3.2.4循环寿命 81 3.2.5安全性 81 3.2.6功率性能 81 3.2.7高低温性能 82 3.2.8结构与安全 82 3.2.9其他改进电池性能的设计 88 习题90 第4章动力电池制造工艺及流程 91 4.1概述 91 4.2工艺环境要求 91 4.2.1水分影响 91 4.2.2杂质与粉尘影响 94 4.3电池制造 96 4.3.1工艺流程 96 4.3.2原材料预处理 96 4.3.3浆料制备 97 4.3.4浆料涂布 101 4.3.5极片烘干 104 4.3.6辊压 104 4.3.7分切 105 4.3.8电芯制备 107 4.3.9注液及化成 108 4.3.10电池分容 109 4.3.11电池标识 110 习题111 第5章动力电池CAE仿真 113 5.1CAE概述 113 5.1.1仿真技术原理 113 5.1.2仿真技术发展阶段 113 5.1.3仿真模型 114 5.1.4模型求解 115 5.1.5多场耦合 116 5.2CAE在电池设计中的应用 118 5.2.1CAE基本流程 118 5.2.2CAE功能模块 118 5.3LS-DYNA用于有限元分析 119 5.3.1LS-DYNA软件概述 119 5.3.2电池结构有限元仿真分析流程 119 5.3.3动力电池建模仿真案例 122 5.4COMSOL用于电化学仿真 127 5.4.1COMSOL软件概述 127 5.4.2电化学仿真分析流程 127 5.4.3电池仿真案例 130 5.5Fluent用于电池热仿真 138 5.5.1Fluent软件概述 138 5.5.2热仿真基本流程 138 5.5.3热管理仿真案例 141 习题147 第6章动力电池组及电池管理系统 148 6.1概述 148 6.2电池组 148 6.2.1电池组结构 149 6.2.2箱体 154 6.2.3电池组标准化接口 155 6.2.4电池管理系统（BMS） 156 6.3未来技术发展趋势 183 习题183 第7章动力电池基本性能与测试 184 7.1概述 184 7.2性能测试 185 7.2.1单体电池 185 7.2.2电池模块 187 7.3容量 188 7.3.1单体电池 188 7.3.2电池模块 188 7.4储存性能 191 7.4.1荷电保持及容量恢复能力 191 7.4.2储存 191 7.5安全性能 192 7.5.1热失控 192 7.5.2电安全性 193 7.6机械安全性能 195 7.6.1挤压 195 7.6.2模拟碰撞 197 7.7环境安全性能 197 7.7.1加热试验 198 7.7.2温度循环试验 198 7.7.3湿热循环试验 198 7.7.4浸水试验 199 7.7.5温度冲击试验 200 7.7.6盐雾试验 200 7.7.7高海拔试验 201 7.8热稳定性 201 7.8.1外部火烧试验 201 7.8.2热失控热扩散试验 202 7.9电池寿命 203 7.9.1标准循环寿命 203 7.9.2工况循环寿命 204 7.9.3日历寿命 205 7.9.4加速寿命测试 206 7.9.5寿命预测 206 7.10电池一致性测试 209 7.10.1容量一致性 209 7.10.2内阻一致性 210 7.10.3自放电率一致性 210 7.10.4荷电状态一致性 210 7.10.5端电压一致性 211 习题 211 第8章动力电池回收 212 8.1概述 212 8.1.1回收目的 212 8.1.2回收市场 212 8.1.3回收方式 213 8.1.4回收体系建设 213 8.2退役电池处理 214 8.2.1退役电池判定 214 8.2.2退役电池包拆解 215 8.2.3退役电池暂存管理 215 8.2.4包装及运输 215 8.3梯次利用 216 8.3.1梯次利用概述 216 8.3.2梯次利用有利条件 217 8.3.3梯次利用发展趋势 220 8.4资源再生 221 8.4.1目的 221 8.4.2分类 223 8.4.3拆分 223 8.4.4稀有资源的再生技术 224 8.4.5资源再生企业 228 习题229 第9章标准与法规 230 9.1概述 230 9.2动力电池电性能标准 233 9.3动力电池安全性标准 233 9.4动力电池循环寿命标准 234 9.5动力电池互换性标准 234 9.6动力电池回收利用标准 235 9.7动力电池标准测试项目对比分析 235 9.7.1单体、模组层级对比 235 9.7.2系统层级对比 237 9.8动力电池安全性标准发展趋势 238 9.8.1国内标准法规发展趋势 238 9.8.2国外标准法规发展趋势 238 习题239 参考文献240

陈晓平，博士、教授，宁波工程学院机械与汽车工程学院（杭州湾汽车学院）院长，浙江省汽车工程学会副理事长，中国机械工程学会可靠性工程分会委员，中国制冷学会车辆热管理委员会委员，浙江省电机动力学会理事，宁波市杭州湾新区科协兼职副主席，宁波市杭州湾新区高层次人才联谊会副会长，沈阳工业大学博士生导师，长安大学、宁波大学等硕士生导师，浙江省汽车工程技术重点建设实验教学示范中心负责人，宁波市新能源汽车技术协同创新中心负责人，校新能源汽车碰撞安全与轻量化研究团队负责人。入选浙江省首批青年科学家、浙江省高校中青年学科带头人、宁波市领军拔尖人才工程第一层次培养。长期从事新能源汽车动力电池安全、产品创新设计、疲劳强度可靠性研究工作，主持国家自然科学基金、国际科技合作交流项目、浙江省自然科学基金、浙江省公益性技术应用研究计划项目等课题20余项，第一作者或通讯作者发表SCI/一级核心期刊论文21篇，授权发明专利35项，参与制定行业标准1项、团体标准3项，以第一完成人获省、市科技奖励3项，参与获省部级教学成果奖1项；荣获浙江省教科研先进个人、宁波市优秀教师等奖励20余项。

1.全链条覆盖：从技术原理到回收利用，系统解析动力电池全生命周期。 2.实战案例：30+企业级工程案例，含CAE仿真工具（LS-DYNA/COMSOL）应用及梯次利用全流程指南。 3.技术前瞻：聚焦固态电池、锂硫电池等新体系，对比国内外??电池安全标准??，解析热扩散测试、底部撞击防护等强制条款设计逻辑。 4.教学融合：配套习题与实训指南，适配高校教学与企业培训，强调跨学科协作与工程问题解决能力。

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