本书讲述了电动汽车动力电池的发展、参数、测试等基础知识, 重点讲解目前应用最广泛的锂离子动力电池, 同时兼顾镍氢电池、铅酸电池等其他类型动力电池和储能装置。本书对动力电池管理系统、充电设施及动力电池维护技术也进行了详细的介绍。
国家“十五”“863”计划电动汽车重大科技专项确立了以燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车和纯电动汽车为“三纵”，以多能源动力总成、驱动电池和动力电池为“三横”的“三纵三横”研发布局，电动汽车关键零部件核心技术取得突破。产业化方面，经过多年的示范应用和政策支持，市场对电动汽车表现出极大的认可。根据中国汽车工业协会（以下简称中汽协）最新统计数据，我国2016年新能源汽车生产51.7万辆，销售50.7万辆，比上年同期分别增长51.7%和53%，已连续两年产销量位居全球第一。近几年新能源汽车产业发展势头迅猛，然而我国相应的专业教育并没有跟上，未来新能源汽车领域的人才缺口巨大。
在电动汽车领域，虽然关于电池技术的教材、专著并不少，但是绝大多数都侧重于电池的原理，其中以电化学相关知识为主。以应用为目的尤其是为新能源汽车（这里主要指纯电动汽车）而编写的教材并不多，无法满足相关专业学生对电动汽车动力电池知识学习的需求。鉴于此，编者在近几年讲授“电动汽车应用技术”“新能源汽车概论”“动力电池管理与维护”等课程的同时，整理讲义并编写了本书。在编写过程中注意把握电动汽车动力电池的发展趋势，引入动力电池最新的知识和最新应用，从结构和基本原理出发，介绍电池技术的发展历史、重要参数、设备测试等基础知识，重点讲解目前应用最广泛的锂离子动力电池（包含三元电池），同时兼顾铅酸电池、镍氢电池、燃料电池、锌空气电池、太阳能电池、超高速飞轮电池、超级电容等其他类型动力电池和储能装置。在电池章节，对其电化学原理点到为止，重点介绍其使用特性和应用情况。同时对动力电池管理系统、充电设施及动力电池维护技术也进行了较详细的介绍。全书整体叙述深入浅出，对动力电池作了相对详细、全面和较为深入的介绍和分析。
本书共8章，可大体上分为3部分：第1~3章是动力电池的总体介绍，主要包括动力电池的发展历程、工作原理、基本参数、充电方法、特性测试等；第4~7章是主体，包括8种主要电池和储能装置的基本原理、性能特点、应用情况以及电池的管理和充电问题；第8章为应用部分，简要讲述了动力电池和充电设施的保养与故障诊断。
本书可作为应用型本科及高职车辆工程、新能源汽车技术、汽车电子技术等相关专业的教材，也可供从事新能源汽车产品研发、生产和管理等方面的工程技术人员参考。
参加编写的人员有：于湛（第1章）、张凯（第2、4~7章）、李正国（第3、8章）。全书由张凯担任主编并统稿，李正国担任副主编。
在本书的编写过程中查阅了大量的书籍、文献和资料，引用了其中一些技术资料和图表，在此谨向作者表示感谢。同时，在讨论教材体系结构安排和收集资料时，得到了董铸荣、曹家喆、徐艳民、徐卓胜、朱小春、何军的支持，在此表示感谢。
限于编者水平，疏漏之处在所难免，恳请读者不吝赐教。
编者
2017年5月
第1章电动汽车动力电池的发展
1.1电动汽车的发展历程
1.1.1蓄电池发展简史
1.1.2电动机发展简史
1.1.3电动汽车的发展历程
1.2动力电池技术及其发展趋势
1.2.1国内外动力电池技术现状
1.2.2动力电池的发展趋势
1.3动力电池驱动的车辆类型
1.3.1厂内车辆
1.3.2娱乐及运动场地车辆
1.3.3残疾人或医疗服务用车
1.3.4机场地面保障车辆
1.3.5电动滑板车、摩托车和自行车
1.3.6电动汽车
复习思考题
第2章动力电池基础知识
2.1电池的工作原理及分类
2.1.1动力电池系统组成
2.1.2电池的能量转换基本原理
2.1.3电池基本构成
2.1.4电池分类
2.2电池的基本参数
2.2.1电压
2.2.2内阻
2.2.3容量
2.2.4能量与能量密度
2.2.5功率与功率密度
2.2.6荷电状态与放电深度
2.2.7放电制度
2.2.8寿命与成本
2.2.9自放电率
2.2.10不一致性
2.3电池典型充电方法
2.3.1电池充电规律
2.3.2常规充电方法
2.3.3快速充电方法
复习思考题
第3章车用动力电池的特征及测试
3.1车辆对动力电池的要求
3.1.1电动车辆驱动分析
3.1.2车用动力电池的特征
3.1.3动力电池评价参数
3.2动力电池基本测试方法
3.2.1测试项目
3.2.2安全测试举例
3.3动力电池的典型测试设备
3.3.1硬件测试设备
3.3.2软件仿真工具
复习思考题
第4章锂离子动力电池
4.1锂离子动力电池概述
4.1.1锂离子电池的发展
4.1.2锂离子电池的优点及分类
4.1.3锂离子电池的工作原理
4.1.4锂离子电池的材料
4.1.5三元锂离子电池
4.2锂离子电池的性能特点
4.2.1锂离子电池的充放电特性
4.2.2锂离子电池的安全特性
4.2.3锂离子电池的热特性
4.3锂离子动力电池的应用
4.3.1锂离子电池的应用类别
4.3.2电动汽车用锂离子电池
复习思考题
第5章其他动力电池及储能装置
5.1铅酸动力电池
5.1.1铅酸电池概况
5.1.2铅酸电池的性能及影响因素
5.1.3铅酸电池的应用
5.2镍氢动力电池
5.2.1与镍镉电池的特性对比
5.2.2镍氢电池的原理与结构
5.2.3镍氢电池的特性
5.2.4镍氢电池的应用
5.3其他电池与储能装置
5.3.1燃料电池
5.3.2锌空气电池
5.3.3太阳能电池
5.3.4超级电容
5.3.5超高速飞轮
复习思考题
第6章动力电池管理系统
6.1电池管理系统概述
6.1.1基本构成和功能
6.1.2数据采集方法
6.2动力电池电量及其均衡管理
6.2.1电量管理系统
6.2.2均衡管理系统
6.3动力电池热管理及安全管理
6.3.1热管理系统
6.3.2安全管理系统
6.4动力电池系统的数据通信
复习思考题
第7章动力电池充电设施
7.1电动汽车的能量补给方式
7.1.1换电模式
7.1.2充电模式
7.2电池充电特性及充电机
7.2.1电池充电特性
7.2.2整车电源系统
7.2.3电池充电机
7.3充电站布局与运行
7.3.1充电站布局
7.3.2充电站运行
复习思考题
第8章动力电池的维护
8.1动力电池系统保养
8.1.1保养制度
8.1.2保养操作
8.2动力电池系统故障分析
8.2.1故障分析方法
8.2.2充电系统常见故障
8.2.3动力电池系统故障
复习思考题
参考文献
第3章车用动力电池的特征及测试
动力电池是与启动电池、储能电池等并列属于从用途上分类的二次电池中的一类电池,其主要区别于用于汽车发动机起动的启动电池。该类电池具有高功率、高能量、高能量密度、高倍率循环使用、工作温度范围宽、使用寿命长、安全可靠等特点，主要应用于电动车辆、电动工具等需要大电流、深放电的领域。电动车辆是动力电池的典型应用领域。本章重点介绍作为交通工具的电动车辆对动力电池的要求及其检测方法和设备。
3.1车辆对动力电池的要求
3.1.1电动车辆驱动分析
1. 驱动力分析
电动汽车由动力电池组输出电能给驱动电机，驱动电机输出功率，用于克服电动汽车本身的机械装置的内阻力及由行驶条件决定的外阻力消耗的功率，实现能量的转换和车辆驱动。
电动汽车的驱动电机输出轴输出转矩M，经过减速齿轮传动，传到驱动轴上的转矩为Mt，使驱动力与地面之间产生相互作用，车轮与地面间作用一周力F0，同时，地面对驱动轮产生反作用力Ft。Ft和F0大小相等、方向相反，Ft与驱动轮的前进方向一致，是推动汽车前进的外力，定义为电动汽车的驱动力。公式为
Mt=Migi0η(31)
Ft=Mt/r=Migi0η/r(32)
式中，Ft为驱动力(N)； M为电动机输出转矩(N·m)； ig为减速器或者变速器传动比； i0为主减速器传动比； η为电动汽车的机械传动效率； R为驱动轮半径(m)。
电动汽车机械传动装置是指与驱动电机输出轴有运动学联系的减速齿轮传动箱或者变速器、传动轴以及主减速器等机械装置。机械传动链中的功率损失有： 齿轮啮合处的摩擦损失、轴承中的摩擦损失、旋转零件与密封装置之间的摩擦损失以及搅动润滑油的损失等。
然而，根据式（33）所示的汽车行驶方程式可知，车辆的驱动力应与汽车的行驶阻力平衡：
Ft=Ff+Fw+Fi+Fj(33)
式中，Ff为滚动阻力； Fw为空气阻力； Fi为坡度阻力； Fj为加速阻力。
汽车的滚动阻力
Ff=mf(34)
式中，m为汽车质量； f为滚动阻力系数。
汽车的空气阻力
Fw=CDAu2a/21.15(35)
式中，CD为空气阻力系数； A为迎面面积； ua为汽车行驶速度。
汽车的坡度阻力
Fi=δmdu/dt(36)
式中，δ为汽车旋转质量换算系数； M为汽车质量； du/dt为行驶速度。
2. 能量与功率分析
驱动车辆所需要的功率为
Pv=ua(Ff+Fw+Fi+Fj)(37)
动力电池组所需要提供的功率
PB=PV/εMεE(38)
式中，εM为电动汽车传动系统的机械效率； εE为电动汽车电气部件的效率。
电动车辆行驶所需的能量是功率与行驶时间的积分，即
Er=∫PB(t)dt(39)
式中，Er为电动车辆一定工况下应用对电池的能量需求。
动力电池组的储能量是有限的，为了满足车辆行驶的需要，高的能量存储量对于各种电动车辆都是需要的。电动车辆的应用主要分为两类： 场地车辆和道路车辆。下面分别进行说明。
3.1.2车用动力电池的特征
1. 纯电动场地车辆
纯电动场地车辆的道路运行工况通常是事先确定的。例如，用于搬运货物的电动叉车在工作时间之内，自身移动和搬运货物的路程是特定的。因此，在这种应用条件下，可以精确地计算出执行具体任务时车辆所需的能量。
客户为车辆制造商提供了数据，这些数据可以确定车辆完成具体搬运货物等任务时电池所需的能量。这些数据包括： ①在平路上行驶的里程； ②任何斜坡的坡道； ③货物的重量以及提升的高度。在功率需求方面，项①包括阻力Ff和Fj，而项②考虑了阻力Fi，由于场地车辆运行的速度较低，剩余的一个阻力Fw则可以忽略不计。在进行起重作业时，需要额外的功率。这是与举起物体的总质量成正比的。在一个具体的工作周期内，每一次车辆运行的需求能量总和与运行的次数相乘可求出满足要求的电池所需的总能量。为了确保动力电池组在应用中不发生过放电，并考虑电池组在正常使用过程中的电池性能下降的补偿，动力电池组的设计容量比计算容量一般要大些。现有的动力铅酸电池能满足正常工况下电动叉车的能量功率需求。在起重工况下，大质量的铅酸电池组还可以起到平衡有效载荷的作用，因而电池质量大在电动叉车上有时也是一个优点。
在变牵引条件的复杂道路工况下，计算牵引车所需动力电池性能难度较大。一般以综合的常用工况为计算依据进行纯电动场地车辆所需的动力电池功率和能量计算。
2. 纯电动道路车辆
纯电动道路车辆行驶完全依赖动力电池组(如图31所示)的能量，动力电池能量越大，可以实现的续航里程就越长，然而此时动力电池组的体积和质量都会增大。纯电动道路车辆要根据设计目标、道路情况和运行工况的不同来选配动力电池。具体要求归纳如下。
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