汽车锂离子电池和PACK设计开发

锂离子电池术语

• 电压：开路电压（OCV）反映剩余能量；工作电压（WV）低于OCV；放电截止电压（DCV）为放电终止电压；充电限制电压（LCV）为恒流转恒压充电电压。
• 电池容量：以Ah表示，分为理论容量、额定容量、实际容量，受活性物质数量和利用率影响。
• 内阻：包括欧姆内阻和极化内阻，影响能量损耗和端电压，越小性能越好。
• 负载能力：电池驱动用电器的输出功率。
• 内压：充放电过程中产生的内部气压，受材料、工艺影响。
• 充电率（C-rate）：表示充放电电流大小，如1C即1小时充放电。
• 过放电/过充电：超过DCV/LCV会损害电池性能。
• 充/放电深度（SOC/DOD）：以百分比表示电池剩余/已充容量，100%DOD为满充满放。
• 自放电率：储存时容量衰减比例，受温度影响，越低越好。
• 充电循环寿命：电池容量降至80%的循环次数，室温0.5C可达3000-5000次。
• 放电倍率：规定时间内放出额定容量的电流倍数，分为低/中/高/超高倍率。
• 电池能量：能量（Wh）=额定电压（V）×工作电流（A）×时间（h）。
• 能量密度：单位质量/体积的能量，锂电池为130-150Wh/kg，高于铅酸/镍氢电池。
• 记忆效应：未完全放电电池充电效率降低，锂离子电池无此效应。
• 化成：激活电池活性物质，改善性能。
• 分容：按容量分类电池单体。
• 放电平台：电压平稳区间，C1/C0比值越高性能越好。
• 充电时间：充电时间（h）=容量（mAh）/电流（mA）×1.5系数。
• 电池组一致性：性能取决于最差电芯，需保证单体一致性。

锂离子电池介绍

• 定义：Li+嵌入化合物正负极的二次电池，电解质为含LiPF6等有机溶液。
• 分类：按外型（方形/圆柱）、材料（钴酸锂/磷酸铁锂等）、用途（动力/普通）等划分。
• 结构：正极（LiFePO4等）+负极（石墨）+电解质+隔膜+外壳。
• 工作原理：充电时Li+从正极迁至负极，放电时反向迁移。
• 性能：常规性能（容量/电压/内阻）、电化学性能（循环寿命/倍率特性）、安全性能（挤压/针刺等测试）。
• 生产设备：搅拌机、涂布机、注液机、化成检测柜等。

电池包基本组成

• 构成：电池模组结构件、电池管理系统（BMU/BCU）、高压箱、热管理系统（选配）。
• 电池命名：如LFP29135220，表示磷酸铁锂电池，厚度29mm，宽度135mm，高度220mm。
• 串并联：串联增电压，并联增容量，需保证一致性。
• 单体电池：最小单元，含正负极、电解质等。
• 电池模块：最小可替换单元，由单体电池串并联组成。
• 电池管理系统（BMS）：监控电压/温度/电流，防止过充/过放，延长寿命。
• 动力电池包：含单体/模块、BMS、高压电路等，需与其他系统接口。

电芯PACK主要工艺及零部件

• 塑料支架：固定电芯、防短路、便于连接。
• 汇流排：连接电芯串并联，需保证导电性能，常用螺栓连接。
• BMS采集：采集电压/温度数据，控制电路，均衡电芯差异。
• 钣金件：固定保护电芯组，需轻量化、易装配。

电动汽车发展趋势对动力电池需求

• 能量密度：要求跑得更远，需提升Wh/kg，如800V高压快充（15分钟充80%）。
• 便利性：快充需求、长续航（400-600km）。
• 经济性：成本控制、梯次利用、高效率。
• 安全性：热管理、电气安全、机械防护（IP防护）。

满足用户需求的设计应对

• 热管理：风冷/水冷，保证温度均一性，避免衰减不均。
• 能量密度提升：新材料（SMC/碳纤维）、轻量化设计（一体化/去模组化）。
• SOC估算：提高精度，避免SOC“跳变”，结合温度/SOH/一致性修正。
• 经济性设计：优化电芯寿命、热管理、生产效率，降低重组成本。
• 安全性设计：三级防护（被动到主动）、BMS开发体系（FTA分析）、机械防护（防振动/IP防护）。
• 电池系统评价：性能/功能/安全测试，涵盖电化学/电气/机械等维度。