第一章：本书的目的

鉴于汽车和其他储能应用中的所有这些挑战，寻找一种共同的方法来讨论它们变得越来越具有挑战性。本书旨在通过回答以下问题来帮助弥合这一差距：动力电池和能量电池的区别是什么？不同锂离子电池的化学成分有什么不同？电池组是液体冷却还是风冷？什么是电池管理系统（BMS），它的作用是什么？这些都是本书将尝试回答的问题类型。读完之后，这些问题是否使你有资格成为一名电池工程师？当然不是，但它能让你提出正确的问题，并对这个话题有一个扎实的理解吗？绝对的。

在整本书中，我将尝试使用一些类比来将这里使用的术语和概念联系起来，使它们更容易理解。例如，我们可以将通常以千瓦时（kWh）为单位的术语“能量”与油箱的大小进行类比。因此，当我们谈论电池的能量时，我们谈论的是电池“油箱”能容纳多少能量。

我将使用汽车领域的许多例子来演示这里讨论的原理和概念，但请记住，所有这些概念都适用于更广泛的用途和应用。在第15章锂离子电池应用中，我们将广泛研究锂离子电池在各种应用中的不同示例，从电动自行车到电动汽车，再到叉车，公共汽车和固定储能。

锂离子电池比车辆中的许多其他子系统更需要“系统”级的工程和设计方法。电池组工程从发生在电池级的化学反应开始，然后包括电池和电池的电气性能Pack，控制系统的电子元件，电池的热管理，管理系统的电子元件和软件，以及电池的机械和结构组件。换句话说，锂离子电池组工程的单一课题几乎涉及到每一个工程领域。

很多人在思考电池时遇到的最大挑战之一是，他们倾向于将电池视为商品、部件和组件，可以很容易地被不同制造商的类似部件替代。不幸的是，锂离子电池更接近于关键的核心工程系统，如发动机或变速器。这种以商品为基础的观点导致了对电池系统的规划、范围和成本的狭隘看法。本书将试图对电池系统的复杂性提供一种观点，以帮助读者理解为什么电池在今天的汽车市场上不是一种商品，而且在不久的将来也不太可能成为一种商品。

这将我们引向本书的第二个目标，即将这些不同的子组件及其讨论置于标准工程设计过程的视角中。工程电池组经常面临的挑战之一，特别是对于大型和运输相关的应用，是与这些活动相关的时间没有被清楚地理解。许多人会将其与便携式电源行业进行比较，便携式电源行业从概念到批量生产的设计周期约为12至18个月，而产品的使用寿命为2至3年。然而，当我们将重复的“设计、制造、测试”设计过程应用于汽车应用时，从概念到生产通常是2到3年的过程。这让很多人感到惊讶，然而，我们必须记住，典型的汽车设计周期可能长达4年或更长时间，这在很大程度上取决于所需的验证和验证测试的数量。

时间长有几个原因，包括测试周期长（电池“生命周期”测试通常运行一年或更长时间），生产工具时间长（一些“硬”工具可能有25-30周或更长时间），以及这些长交付时间项目。在这个过程中有一些“硬停”，比如需要在采购前完成测试，在开始原型采购前实现设计冻结。再加上平均需要完成两到三个设计周期（通常是根据车辆原型构建的时间安排），你最终需要一个24到36个月的电池组设计周期。

当然，这并不意味着没有方法可以用来减少这个时间，这在很大程度上取决于它是否是一个生产计划，最终的预期用途，寿命性能持续时间，类似产品的存在，以及公司愿意承担的风险程度。在一个典型的设计项目中，所有阶段都是串联完成的，换句话说就是一个接一个地完成。但是，出于各种原因，您可能可以将某些阶段重叠并并行运行，以减少整个项目的时间。