電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理項(xiàng)目二 動(dòng)力電池系統(tǒng)

Project2項(xiàng)目二動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)目錄動(dòng)力蓄電池概述1動(dòng)力蓄電池組結(jié)構(gòu)組成2蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）3動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解動(dòng)力蓄電池的定義、分類及技術(shù)參數(shù)。2.掌握動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)與原理。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19596-2017《電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》中動(dòng)力蓄電池(tractionbattery)的定義為：為電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。Power一、動(dòng)力蓄電池的定義、分類及技術(shù)參數(shù)分類動(dòng)力蓄電池化學(xué)電池物理電池生物電池123化學(xué)電池：是利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的電池，如鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。1234按工作性質(zhì)原電池蓄電池燃料電池儲(chǔ)備電池12345按電解質(zhì)堿性電池有機(jī)電解質(zhì)電池酸性電池中性電池固體電解質(zhì)電池1234按正負(fù)極材料鎳鎘鎳氫電池鋰電池鋅錳電池鉛酸電池鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池成本低且技術(shù)成熟，目前大約95％的四輪低速電動(dòng)車都在使用鉛酸電池。鎳氫電池是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型蓄電池。它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由儲(chǔ)氫合金制成，是一種堿性蓄電池。豐田普銳斯用鎳氫動(dòng)力蓄電池組優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率性能好電池的熱效應(yīng)明顯低溫性能好電池比能量較低循環(huán)壽命高標(biāo)稱電壓低無(wú)污染高溫充電性能差耐過(guò)充過(guò)放自放電大應(yīng)用等比較成熟材料成本高管理系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單具有較高的回收價(jià)值鎳氫電池的特點(diǎn)鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。鋰離子蓄電池具有工作電壓高、比能量高、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車中。鋰離子動(dòng)力蓄電池組優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)高能量密度安全性問(wèn)題工作電壓高低溫性能差，內(nèi)阻大自放電低過(guò)放電能力差充電效率高過(guò)充電能力差儲(chǔ)存和循環(huán)壽命長(zhǎng)管理系統(tǒng)復(fù)雜無(wú)記憶效應(yīng)工作溫度范圍廣環(huán)境污染低鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池磷酸鐵鋰電池01三元鋰電池02鋰離子蓄電池的負(fù)極是儲(chǔ)鋰材料，電解質(zhì)是鋰鹽的有機(jī)溶液或聚合物，正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。目前，車用鋰電池正極主要選用磷酸鐵鋰和三元兩種材料。磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，具有循環(huán)壽命（100%DOD）達(dá)到800次以上、使用安全、可大電流快速放電、熱穩(wěn)定性好、金屬資源豐富、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)。北汽新能源EV160用磷酸鐵鋰電池EV160磷酸鐵鋰電池BYDE5“鐵電池”曾經(jīng)是比亞迪新能源汽車的一大標(biāo)簽。磷酸鐵鋰電池曾靠著更長(zhǎng)的充放壽命和更好的安全性成功占領(lǐng)了市場(chǎng)的主流。但是磷酸鐵鋰電池有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：能量密度低。比亞迪表示，從2018年起乘用車都將使用三元電池。三元鋰電池正極使用鎳鈷錳酸鋰三元材料，具有能量密度大、單體電壓高、循環(huán)使用壽命（100%DOD）高、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。北汽新能源EV200用三元鋰電池燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。理論熱效率100%電化學(xué)反應(yīng)清潔比能量高噪聲低日本本土已經(jīng)能見(jiàn)到已經(jīng)上牌的Mirai氫燃料電池基本原理：把氫和氧分別供給陰極和陽(yáng)極，氫通過(guò)陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)（鉑）發(fā)生反應(yīng)后，放出的電子通過(guò)外部負(fù)載到達(dá)陽(yáng)極。燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%～80%物理電池：是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、飛輪電池等。保時(shí)捷911GT3及保時(shí)捷918Spyder混合動(dòng)力跑車均在兩前輪處安裝有飛輪電池，用于制動(dòng)能量回收再利用。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速上升時(shí)電池為儲(chǔ)能狀態(tài)，轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電池為功能狀態(tài)。

超級(jí)電容功率密度極高，可達(dá)300W/kg-500W/kg，是普通電池的5-10倍，不過(guò)其內(nèi)阻較大，不能用于交流電路。2010年上海世博會(huì)時(shí)，61輛超級(jí)電容公交投入運(yùn)營(yíng)。充電時(shí)間很短，僅需幾十秒，但續(xù)航里程也僅能維持3-5公里，因此距走入百姓家庭還有不小差距。生物電池：是利用生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽(yáng)電池等。太陽(yáng)能誘導(dǎo)的直接使用生物質(zhì)發(fā)電的生物電池如圖所示。這種生物電池依賴于POM催化劑(小瓶中所示)，當(dāng)與光發(fā)生反應(yīng)，它改變了顏色。SONY公司在2011年年底于東京舉行的環(huán)保用品展上拿出了一種新的電池樣品，利用纖維素酶使紙中的纖維素轉(zhuǎn)換為葡萄糖，然后再使葡萄糖氧化發(fā)電。該電池所產(chǎn)生的動(dòng)力可供一臺(tái)小風(fēng)扇使用。由于技術(shù)條件的制約，生物燃料電池的研究和使用還處于不成熟階段,電池的輸出功率小、使用壽命短，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到全面推廣的時(shí)期。電池技術(shù)參數(shù)電池電壓1電池容量2放電制度4電池荷電狀態(tài)3能量5功率6電池電壓理論電壓01開(kāi)路電壓02標(biāo)稱電壓03放電終止電壓04電池兩個(gè)電極之間的電位差，稱為電池的電壓。電池的容量是指電池在一定放電條件下所能放出的電量，常以符號(hào)C來(lái)表示，常用單位為安培·小時(shí)（A·h）電池容量理論容量01標(biāo)稱容量02額定容量03實(shí)際容量04電池荷電狀態(tài)(StateofCharge,SOC)是蓄電池放電后剩余容量與電池額定容量的百分比。SOC=Qr/Qn電池額定容量電池剩余容量相對(duì)量，取值為0≤SOC≤100%放電制度是表示蓄電池放電狀態(tài)的參數(shù)。放電制度放電速度01放電溫度02終止電壓03電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，通常用瓦時(shí)（W·h）表示。電池的能量反映了電池做功能力的大小，也是電池放電過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換的量度。對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，電池的能量大小直接影響電動(dòng)汽車的行駛距離。電池能量理論能量01實(shí)際能量02比能量03

各類動(dòng)力蓄電池的體積比能量和質(zhì)量比能量在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量，稱為電池的功率，單位為W或KW。單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，稱為比功率，單位為W/kg或W/L。比功率的大小表征電池所承受的工作電流的大小，是體現(xiàn)電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。比能量高的動(dòng)力蓄電池就像龜兔賽跑里的烏龜，耐力好，可以長(zhǎng)時(shí)間工作，續(xù)航里程長(zhǎng)。而比功率高的動(dòng)力蓄電池就像兔子，速度快，可以提供很高的瞬間電流，以保證加速性能。E150EV動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)零部件號(hào)E00008217額定電壓320V電芯容量66Ah額定能量21.12kWh連接方式1P100S電池系統(tǒng)供應(yīng)商PPST電芯供應(yīng)商ATLBMS供應(yīng)商億能總質(zhì)量278kg總體積168L工作電壓范圍220～400V能量密度76Wh/kg體積比能量125Wh/L參數(shù)名稱鉛酸電池鎳氫電池鋰電池單體電池電壓(V)21.23.2-3.7比能量(W·h/kg)30-5060-9070-160循環(huán)壽命（100％DOD）≥300次≥400次≥600次放電率(%/月)520-356-8快速充電能力一般較好好耐過(guò)充能力一般強(qiáng)差記憶效應(yīng)無(wú)無(wú)無(wú)環(huán)境污染嚴(yán)重微小微小使用溫度范圍(℃)-20—+50-20—+50-20—+55價(jià)格(元/(W·h))<12-72-7項(xiàng)目鈷酸鋰錳酸鋰三元鋰磷酸鐵鋰電壓（V）3.6-3.73.6-3.73.6-3.73.2-3.3比能量（W·h/kg）>150>100>140>70循環(huán)壽命（100%DOD）>600>600>600>800安全性低較高較高高熱穩(wěn)定性不穩(wěn)定較穩(wěn)定較穩(wěn)定穩(wěn)定過(guò)渡金屬資源貧乏較豐富較豐富豐富原料成本昂貴較低較低低各種動(dòng)力蓄電池的循環(huán)壽命主要車型電池配置車型電池類型比亞迪E6磷酸鐵鋰電池江淮和悅北汽EV160榮威E50金龍海格公交車比亞迪K9公交車磷酸鐵鋰電池宇通公交車眾泰5008EV北汽EV200三元鋰電池特斯拉S

1.鋰離子2.鋰聚合物

堿性電池鎳鎘電池鎳氫電池燃料電池1.質(zhì)子交換膜2.直接甲醇鋰電池鉛酸電池1.閥控式研發(fā)中……二、動(dòng)力蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理1.鎳氫電池鎳氫電池正極負(fù)極隔膜電解液外殼接枝聚丙烯KOH為主的水溶液塑料、金屬負(fù)極柱安全閥正極柱絕緣墊正極板電池殼隔膜負(fù)極板方形鎳氫電池結(jié)構(gòu)部件功能正、負(fù)極柱分別用于連接正、負(fù)極板，是電池與外電路的連接點(diǎn)。安全閥用于完成電池的密封，當(dāng)電池內(nèi)部壓力過(guò)大時(shí)安全閥開(kāi)啟，釋放氣體，降低電池內(nèi)部壓力,提高電池安全性。電池殼電池反應(yīng)的容器，同時(shí)完成電池的密封。絕緣墊實(shí)現(xiàn)電池極柱與電池殼體之間的絕緣。正、負(fù)電極電池反應(yīng)的主體，電池的能量?jī)?chǔ)存在正、負(fù)電極。隔膜隔離正、負(fù)電極，儲(chǔ)存電解液，提供離子通道，阻隔電池內(nèi)部正負(fù)電極之間電子的通道。密封圈負(fù)極殼頂蓋安全閥隔膜正極負(fù)極圓柱形鎳氫電池結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過(guò)程中，由于活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，電極會(huì)發(fā)生膨脹，圓柱形電池的耐壓程度要遠(yuǎn)高于方形電池，所以一般圓柱形電池的安全閥開(kāi)啟壓力要比方形電池高得多。方形電池在應(yīng)用中容易發(fā)生膨脹，組合應(yīng)用時(shí)需要采取防膨脹措施。鎳氫電池的總反應(yīng)是：理論電壓：U=φ(+)-φ(-)負(fù)極電位正極電位計(jì)算得：U=0.390-(-0.928)=1.318(V)充電正極充電負(fù)極正極上的Ni(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)镹iOOH。在負(fù)極，析出的氫原子吸附在儲(chǔ)氫合金表面，形成吸附態(tài)氫原子，然后再擴(kuò)散到儲(chǔ)氫合金內(nèi)部，形成金屬氫化物MH。充電原理過(guò)充電正極過(guò)充電負(fù)極過(guò)充電時(shí)，正極上會(huì)析出氧，然后擴(kuò)散到負(fù)極上去極化反應(yīng)，生成

離子。

充電原理放電放電鎳氫電池放電時(shí)，NiOOH得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OH)2，金屬氫化物內(nèi)部的氫原子擴(kuò)散到表面形成吸附態(tài)的氫原子，再發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)生成水。放電原理過(guò)放電正極過(guò)放電負(fù)極過(guò)放電時(shí)，正極活性物質(zhì)中的NiOOH已經(jīng)消耗完了，這時(shí)正極上會(huì)發(fā)生水分子被還原成OH-和氫氣。負(fù)極上由于儲(chǔ)氫合金的催化作用，使OH-與氫氣反應(yīng)又生成水。

放電原理反應(yīng)原理：只有質(zhì)子在正極、負(fù)極間轉(zhuǎn)移，水參與正負(fù)極的單電極反應(yīng)，但在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，不存在水的消耗，所以可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。鎳氫電池中的析氫、析氧反應(yīng)是由與電極電勢(shì)有關(guān)的熱力學(xué)參數(shù)決定的，下圖是鎳氫電池中氣體析出和消除與電極電勢(shì)的關(guān)系。2.鋰電池鋰電池分類按正極材料按電解質(zhì)電池形狀封裝外殼鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰聚合物、液態(tài)電解質(zhì)方形、圓柱形、軟包塑料、金屬斷電防爆結(jié)構(gòu)蓋帽（正極端）正極極耳外殼（負(fù)極端）頂隔圈負(fù)極極耳正極底部隔圈負(fù)極隔膜紙密封圈正極端負(fù)極端密封圈鋁殼隔膜紙負(fù)極正極隔圈基本組成鋰電池負(fù)極正極電解液隔膜安全閥含鋰鹽的有機(jī)溶液微孔聚丙烯和微孔聚乙烯防爆半球面鋁膜正極基體材料為鋁箔負(fù)極基體材料為銅箔負(fù)極材料多為鋰離子嵌入碳化合物，有PC（石油焦）、MCMB(中間相碳微球)、CF（碳纖維）、石墨、LiXC6（鋰-碳層間化合物）、Li3TiO3（鈦酸鋰）等；為提高電池的輸出電流，采用薄電極設(shè)計(jì)，負(fù)極基體材料（負(fù)極集流體）為銅箔。負(fù)極基體材料過(guò)充和過(guò)放都會(huì)損壞負(fù)極材料，鼓包和負(fù)極晶格塌落，枝晶刺破隔膜導(dǎo)致短路。正極材料采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2（鈷酸鋰）、LiXMnO2（錳酸鋰）、LiFePO4（磷酸鐵鋰）、Li(NiCoMn)O2（鎳鈷錳酸鋰）三元材料等；通常正極基體材料（正極集流體）為鋁箔。正極基體材料電解質(zhì)是含鋰鹽的有機(jī)溶液，為離子運(yùn)動(dòng)提供運(yùn)輸介質(zhì)，一般用LiPF6（六氟磷酸鋰）、LiAsF6（六氟合砷酸鋰）等的混合溶液，形態(tài)有液體、膠體和固體。鋰電池電解液隔膜通常使用微孔聚丙烯和微孔聚乙烯或者二者的復(fù)合膜，孔徑一般在0.03~0.12um。允許鋰離子Li+往返通過(guò)，阻止電子e-通過(guò)，在正負(fù)極之間起絕緣作用，隔膜被稱為電池第三極。微觀隔膜宏觀隔膜隔膜：熱失控防護(hù)；影響電池內(nèi)阻、容量、循環(huán)性能，充放電電流密度。隔膜主要性能要求厚度均勻性：縱向、橫向力學(xué)性能：抗穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度透過(guò)性能

：透氣度、孔隙度理化性能：潤(rùn)濕性和潤(rùn)濕速度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、安全保護(hù)性能溫度性能：閉孔溫度、破膜溫度圓柱形鋰離子電池安全閥主要由上蓋帽、PTC過(guò)流保護(hù)片、防爆半球面鋁膜、下底板等組成。下底板一端與電池正極極耳焊接連接，是正極片與外部連接的過(guò)渡，另一端與防爆半球面鋁膜點(diǎn)焊連接。上蓋帽PTC過(guò)流保護(hù)片防爆半球面鋁膜密封圈下底板安全閥結(jié)構(gòu)圖無(wú)論何種類型的鋰離子電池，其基本工作原理是一樣的，鋰離子電池實(shí)際上是一種“濃差電池”

。鋰離子電池工作原理圖(a)充電過(guò)程(b)放電過(guò)程負(fù)極正極隔膜負(fù)極正極隔膜鋰離子電解液鋰離子電解液充電器負(fù)載電流電流充電時(shí)，Li+從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入到負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極，保持負(fù)極的電平衡。正極負(fù)極總反應(yīng)放電時(shí)，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入到正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。負(fù)極正極總反應(yīng)在正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層間距變化，像搖椅一樣，又叫“搖椅”電池。典型的鋰離子電池充放電示意圖搖椅電池在循環(huán)過(guò)程中，正極材料是提供鋰離子的源泉。LiCoO2/C電池充電時(shí)鋰離子從LiCoO2脫出，嵌入石墨層間的反應(yīng)過(guò)程，放電時(shí)與之相反。電池反應(yīng)過(guò)程中無(wú)電解液的消耗，也無(wú)氣體等產(chǎn)生，僅為鋰在正負(fù)極之間移動(dòng)，所以電池可以做成完全密封電池。另外，在正常條件下，電池充放電過(guò)程中無(wú)副反應(yīng)發(fā)生，所以鋰離子電池的充電效率可以達(dá)到很高，甚至100%。目錄動(dòng)力蓄電池概述1動(dòng)力蓄電池組結(jié)構(gòu)組成2蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電芯的型號(hào)規(guī)格。2.掌握電池組的組合方式。3.熟悉電池的并聯(lián)數(shù)量與串聯(lián)數(shù)量的選用流程。4.熟悉動(dòng)力蓄電池組常用系統(tǒng)技術(shù)。在電池成組時(shí)，一般把未組裝的電池叫做電芯或電池單體，而把連接上PCM板、有充放控制等功能的成品電池叫做電池。電芯的電壓在5V之內(nèi)，容量一般在2~200Ah范圍內(nèi)。成組單節(jié)18650電池特斯拉約7000節(jié)電池一、動(dòng)力蓄電池成組（PACK）概述根據(jù)IEC61960-2011(鋰離子電池電性能標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定，電池單體應(yīng)按照A1A2A3N1N2N3命名。對(duì)于方形電芯，如ICP383450型號(hào)，就是指實(shí)體部分厚3.8mm、寬34mm、高度（長(zhǎng)度）50mm的方形鋰離子電芯。3.8mm34mm50mmICP383450型號(hào)對(duì)于圓柱形電芯，如ICR18650型號(hào)，就是指直徑18mm、高度65mm的通用18650圓柱形鋰離子電芯。目前我國(guó)主流動(dòng)力鋰電池主要以18650圓柱為主。65mmφ18mm

ICR18650型號(hào)2017年1月，特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開(kāi)始量產(chǎn)，這是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。由于單體電池的電壓和容量較低，不能滿足電動(dòng)汽車高電壓、大電流放電的實(shí)際需要。單節(jié)18650鋰離子電池一般情況下，將單體電池通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)電池模塊，再將多個(gè)電池模塊通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式組合成動(dòng)力蓄電池組使用，滿足電動(dòng)汽車對(duì)電壓和電流的需要。n個(gè)電池通過(guò)串聯(lián)構(gòu)成電池模塊（簡(jiǎn)稱nS）時(shí)，電池模塊的電壓為單體電池電壓的n倍，而電池模塊的容量為單體電池的容量。電池串聯(lián)示意圖電池并聯(lián)方式通常用于滿足大電流的工作需要。m個(gè)單體電池通過(guò)并聯(lián)構(gòu)成電池模塊（簡(jiǎn)稱mP）時(shí)，電池模塊的容量為單體電池容量的m倍，電池模塊的標(biāo)稱電壓為單體電池的標(biāo)稱電壓。電池并聯(lián)示意圖串并結(jié)合能夠滿足電池模塊既提供高電壓又要有大電流放電的工作條件?！跋却蟛ⅰ边€是“先并后串”取決于電池的實(shí)際需求，通常情況下電池并聯(lián)的工作可靠性高于串聯(lián)。電池串并結(jié)合示意圖在實(shí)際應(yīng)用中，需要把單體電池進(jìn)行串并聯(lián)，以滿足車輛的實(shí)際需求。動(dòng)力蓄電池從單體到并聯(lián)串聯(lián)成組、成包的過(guò)程稱為PACK。特斯拉電池組內(nèi)部的16個(gè)電池包（85kWh）每個(gè)車型具有不同的技術(shù)要求，因此需要根據(jù)具體車型適配不同容量的電池組，進(jìn)而確定串并聯(lián)形式和電芯規(guī)格等。特斯拉北汽新能源EV200成組技術(shù)從分析整車質(zhì)量、動(dòng)力性能、充放電要求、續(xù)航里程等技術(shù)指標(biāo)開(kāi)始，選擇電芯、設(shè)計(jì)并聯(lián)電芯數(shù)量、串聯(lián)電池?cái)?shù)量，設(shè)計(jì)電池模組包裝方式、模組在電池箱內(nèi)布置方式、模組與電池箱體固定方式，電池電芯以及模組電極間的電連接方式；高壓主回路控制方式、絕緣監(jiān)測(cè)方式、主電路各個(gè)繼電器主觸點(diǎn)開(kāi)閉狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式，母線電流監(jiān)測(cè)方式，每個(gè)電芯電壓和溫度巡檢方式等，以及由此帶來(lái)的蓄電池管理系統(tǒng)的硬件布置等一系列任務(wù)。設(shè)計(jì)要求：最高車速及持續(xù)時(shí)間；加速時(shí)間；整車質(zhì)量kg、滿載質(zhì)量；最大爬坡度；迎風(fēng)面積、┄┄風(fēng)阻、輪胎變形阻力、坡道阻力、加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算出電機(jī)驅(qū)動(dòng)力、額定功率、最大功率動(dòng)力蓄電池最大功率以及容量。（瞬時(shí)功率、Ah、V）選擇電芯材料、規(guī)格，并聯(lián)電芯數(shù)和串聯(lián)電池組數(shù)整備質(zhì)量(kg)1295最大爬坡度(％)≥25最高車速(km/h)1250-50km/h加速時(shí)間(s)4.70-80km/h加速時(shí)間(s)9.7EV200整車技術(shù)參數(shù)表根據(jù)車輛的整車技術(shù)參數(shù)，計(jì)算出所需電機(jī)的額定功率、額定扭矩等。EV200電機(jī)技術(shù)參數(shù)表驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率（額定/峰值）（kW）30/53扭矩（額定/峰值）（N?m）102/180北汽新能源汽車EV200選用韓國(guó)SK品牌的三元鋰電池，通過(guò)3個(gè)軟包單體電芯并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)電池模塊，然后通過(guò)91個(gè)電池模塊串聯(lián)構(gòu)成整車動(dòng)力蓄電池組（簡(jiǎn)稱為3P91S）。電池系統(tǒng)選擇參數(shù)表電池系統(tǒng)電池品牌SK電池材料三元鋰電池電芯容量NCM/Gr.30.5Ah電池容量(3p)91.5Ah電芯工作電壓范圍3.0—4.15V電芯的額定電壓3.65V電池包額定電壓332（3.65x91)電壓范圍270—377總電量(kWh)30.4電池系統(tǒng)循環(huán)壽命(90%DOD)≥3000工況續(xù)航里程（NEDC）200等速續(xù)航里程（60km/h）245百公里耗電量(kWh/100km)：15

蓄電池管理系統(tǒng)動(dòng)力蓄電池模組動(dòng)力蓄電池箱正負(fù)母線接觸器和預(yù)充接觸器盒維修開(kāi)關(guān)EV200動(dòng)力蓄電池包動(dòng)力蓄電池成組（PACK）是將各單體電池進(jìn)行串并聯(lián)與保護(hù)控制板、充放電端口及外殼等組裝在一起。成組要求安全性密封性散熱性減震性結(jié)構(gòu)布局充放電、電子元器件CR泡棉大電流布局、結(jié)構(gòu)優(yōu)化抗潮濕、雨淋阻燃材料電芯制造工藝流程成組一般工藝流程動(dòng)力蓄電池箱體底板采用鋼板沖壓或鑄鋁制成，上蓋采用玻璃鋼成型。電池箱底板和上蓋結(jié)合處通常有密封膠條，并且打上密封膠，保證防塵防水（IP67）。箱體線束接插件插座在箱體上結(jié)合處也有橡膠墊密封。接插件插針、插孔也有密封膠灌注。我們?cè)诰S修時(shí)要注意保護(hù)密封件，擰緊螺栓時(shí)注意擰緊順序和扭矩，保證密封可靠。PACK安全性可靠性成本壽命能量密度熱管理機(jī)械設(shè)計(jì)電化學(xué)材料生產(chǎn)工藝工裝設(shè)備仿真設(shè)備檢測(cè)評(píng)價(jià)一致性控制蓄電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力蓄電池組系統(tǒng)技術(shù)電池成組系統(tǒng)利用機(jī)械結(jié)構(gòu)將眾多單體電池通過(guò)串并聯(lián)的連接起來(lái)，并考慮系統(tǒng)機(jī)械強(qiáng)度、熱管理、蓄電池管理系統(tǒng)匹配等問(wèn)題。電池成組作為動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，是連接上游電池生產(chǎn)與下游整車運(yùn)用的核心環(huán)節(jié)，需要大量成熟技術(shù)的相互交叉與協(xié)作，其主要運(yùn)用的動(dòng)力蓄電池組系統(tǒng)技術(shù)包括電池分選技術(shù)、電池組均衡控制策略等。確保電池組內(nèi)各單體電池的一致性，是電池在動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)上可靠應(yīng)用和保證電池特性充分發(fā)揮的關(guān)鍵所在。電池不一致性擴(kuò)散示意圖提高電池的生產(chǎn)制造工藝和技術(shù)水平是提升電池本身及成組應(yīng)用性能的根本。在已有的技術(shù)水平下，通過(guò)配組時(shí)電池的分選降低電池的初始不一致性、通過(guò)使用過(guò)程中的檢測(cè)和控制減緩不一致性的擴(kuò)散是改善電池成組應(yīng)用特性、提高動(dòng)力蓄電池使用效率和電動(dòng)汽車行駛特性的有效手段。1基于性能參數(shù)的分選技術(shù)2基于動(dòng)態(tài)特性的分選技術(shù)3數(shù)值方法（1）基于性能參數(shù)的分選技術(shù)

電池成組應(yīng)用時(shí)，通過(guò)電池分選可以提高成組電池的初始一致性。目前，生產(chǎn)廠家主要依據(jù)容量、內(nèi)阻、電壓和自放電率等參數(shù)進(jìn)行電池分選配組，相應(yīng)的有靜態(tài)容量配組法、內(nèi)阻配組法、電壓配組法和自放電率配組法。以鋰離子電池為例，一般分選條件為：0.2C放電率下容量差不大于3％，內(nèi)阻差、平均放電電壓差、自放電率差不大于5%。由于考慮因素單一，這類方法準(zhǔn)確度較差。（2）基于動(dòng)態(tài)特性的分選技術(shù)電池的充放電曲線直接表達(dá)了電池端電壓、電流隨時(shí)間的變化，還能反映充放電過(guò)程中電池內(nèi)阻、表面溫升等指標(biāo)對(duì)時(shí)間的變化，集中體現(xiàn)了電池容量、內(nèi)阻、表面溫升、充放電電壓平臺(tái)、極化程度、壽命等參數(shù)?；趩误w電池的充放電特性曲線對(duì)電池進(jìn)行分選，可以綜合考慮各種因素，大大提高成組電池的初始一致性。目前，主要采用的有閾值法、輪廓法、面積法、數(shù)字濾波法和斜率法等。（3）數(shù)值方法基于模糊決策和數(shù)據(jù)融合理論的分選算法在鎳氫電池的分選中應(yīng)用，取得了良好的效果。電池參數(shù)融合分類法、聚類方法也應(yīng)用到鋰離子電池的分選中。聚類是將一個(gè)數(shù)據(jù)集劃分為若干個(gè)子集的過(guò)程，同一子集的數(shù)據(jù)對(duì)象具有較高的相似度，不同子集中的對(duì)象不相似，基于數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性取值確定相似度。動(dòng)力蓄電池組系統(tǒng)技術(shù)均衡控制電池組的主要方法：1并行平衡充電2并聯(lián)開(kāi)關(guān)法3能量轉(zhuǎn)移法4電阻并聯(lián)均衡方案（1）并行平衡充電

這種方法電池組中每個(gè)單體電池都有獨(dú)立的充電線路，實(shí)現(xiàn)各個(gè)單體電池的獨(dú)立充電而互不干擾，但這種方法接線復(fù)雜且成本較高。（2）并聯(lián)開(kāi)關(guān)法

這種方法是在充電回路中，每個(gè)電池單體都并聯(lián)一個(gè)受控開(kāi)關(guān)，當(dāng)每節(jié)電池電壓高于其它電池時(shí)，對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)閉合使該節(jié)電池暫停充電，當(dāng)其它電池電壓與它相同時(shí)才斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)正常充電。此種方法控制電路復(fù)雜且可靠性不高。（3）能量轉(zhuǎn)移法

這種方法主要通過(guò)利用電感或電容儲(chǔ)能元件，將各單體電池上的電量進(jìn)行轉(zhuǎn)移。這種均衡方案中，均衡模塊通過(guò)繼電器或開(kāi)關(guān)管組成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)與電池組并聯(lián)。不同的是采用電感的能量轉(zhuǎn)移方案通過(guò)總充電電流的分流而實(shí)現(xiàn)，采用電容的能量轉(zhuǎn)移方案通過(guò)開(kāi)關(guān)切換將相鄰兩節(jié)電池中能量較高的一節(jié)向能量較低的轉(zhuǎn)移。能量轉(zhuǎn)移均衡法不額外消耗能量，是一種無(wú)損均衡方案。但這種均衡方案電路中采用的開(kāi)關(guān)管一般都是大功率器件，存在驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)控制電路也較為復(fù)雜。（4）電阻并聯(lián)均衡方案這種均衡方案是一種能耗型均衡方案。具體實(shí)施方法是在每個(gè)電池單體都并聯(lián)一個(gè)電阻，通過(guò)電池組內(nèi)單體電池的自消耗放電來(lái)達(dá)到電池組電壓的一致性。這種方法受于均衡電阻發(fā)熱的限制，一般均衡電流較小，充電電流較大時(shí)難以達(dá)到預(yù)期的均衡效果。目錄動(dòng)力蓄電池概述1動(dòng)力蓄電池組結(jié)構(gòu)組成2蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握蓄電池管理系統(tǒng)的定義和基本功能。2.掌握動(dòng)力蓄電池荷電狀態(tài)估算。3.掌握蓄電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)組成。4.了解蓄電池管理系統(tǒng)的工作模式。5.了解蓄電池管理系統(tǒng)的熱管理。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19596-2017《電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》中蓄電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem,BMS)的定義為：可以控制蓄電池輸入和輸出功率，監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)），為蓄電池提供通訊接口的系統(tǒng)。一、蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）定義蓄電池管理系統(tǒng)作為電池和整車控制器VCU以及駕駛者溝通的橋梁，通過(guò)控制接觸器控制動(dòng)力蓄電池組的充放電，并向整車控制器上報(bào)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的基本參數(shù)及故障信息。蓄電池管理系統(tǒng)不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長(zhǎng)電池的使用壽命，是電池保護(hù)和管理的核心部件。電池荷電狀態(tài)(StateofCharge,SOC)是蓄電池放電后剩余容量與電池額定容量的百分比。SOC=Qr/Qn電池額定容量電池剩余容量相對(duì)量，取值為0≤SOC≤100%SOC估算對(duì)于蓄電池管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常重要，它不僅是反映過(guò)充或過(guò)放的主要依據(jù)，還一定程度上把握著電池的健康信息。動(dòng)力蓄電池內(nèi)部的高度非線性以及電池組內(nèi)部的不一致性決定了SOC估算的巨大難度。對(duì)于蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）的研究現(xiàn)狀而言，準(zhǔn)確地估算電池的SOC數(shù)值是當(dāng)前蓄電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)之一；對(duì)于電動(dòng)汽車而言，準(zhǔn)確的SOC估算可以有效提高使用效率，優(yōu)化駕駛，避免電池濫用從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。估算方法描述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)開(kāi)路電壓法通過(guò)電池的開(kāi)路電壓和電池放電深度之間的相對(duì)單調(diào)、固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系估算SOC。通過(guò)實(shí)時(shí)采樣電池放電時(shí)的端電壓，查表求SOC，方法簡(jiǎn)單易行，可以直接比較準(zhǔn)確的得到SOC。需要大量的電池充放電試驗(yàn)來(lái)存儲(chǔ)足夠多的典型數(shù)據(jù)；電池需要長(zhǎng)時(shí)間靜置，不能用于動(dòng)態(tài)估算電池的SOC。安時(shí)計(jì)量法通過(guò)對(duì)電池充電或放電時(shí)的準(zhǔn)確的電流時(shí)間累計(jì)來(lái)估算電池的SOC。在有足夠的估算起始點(diǎn)可供查表使用時(shí)是一種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確可靠、試用范圍廣的方法。需要較多的電池先驗(yàn)知識(shí)，電池積分因測(cè)量精度會(huì)導(dǎo)致累計(jì)誤差；對(duì)干擾比較敏感，受溫度、電池放電倍率影響較大。電阻檢測(cè)通過(guò)計(jì)算電池的內(nèi)阻來(lái)推算電池的SOC。理論簡(jiǎn)單，易操作，只考慮電池放電電流和內(nèi)阻兩個(gè)基本因數(shù)；在電池放電后期具有較高的精度和較好的適應(yīng)性。SOC與電阻參數(shù)之間的關(guān)系復(fù)雜，對(duì)電池模型要求精確，用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法很難建模：且只適應(yīng)低SOC狀態(tài)。估算方法描述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)放電實(shí)驗(yàn)法通過(guò)對(duì)電池恒流連續(xù)放電，放電電流和放電時(shí)間的乘積即為剩余電量。方法簡(jiǎn)單可靠，估算精度高。需要時(shí)間較長(zhǎng)；測(cè)量時(shí)電池需處于脫機(jī)狀態(tài)，無(wú)法在線實(shí)時(shí)測(cè)量?？柭鼮V波法將電池看作動(dòng)力系統(tǒng)，將SOC作為系統(tǒng)的一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)做出最小方差意義上的最優(yōu)估計(jì)?？梢缘玫絊OC的估計(jì)值，并給出SOC的估算誤差，在估算過(guò)程中能保持很好的精度，對(duì)噪聲具有很強(qiáng)的抑制作用。需要建立準(zhǔn)確的電池模型，計(jì)算量較大，內(nèi)部參數(shù)確定困難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法通過(guò)模擬電池的動(dòng)態(tài)特性來(lái)估算電池的SOC?？焖?、方便，具有較高的精度，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況來(lái)確定電池的SOC，使用范圍廣。精確的數(shù)學(xué)模型難以建立，需要大量的參考數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)習(xí)速度慢，訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)；估計(jì)誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響較大；算法復(fù)雜，對(duì)硬件要求較高。結(jié)構(gòu)形式集中式分散式集中—分散式二、蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）結(jié)構(gòu)集中式蓄電池管理系統(tǒng)分散式蓄電池管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)每個(gè)單體電池進(jìn)行采樣、監(jiān)控和計(jì)算；1將計(jì)算或判斷的結(jié)果發(fā)送到BMS中心處理器或直接通過(guò)總線傳輸?shù)秸嚳刂葡到y(tǒng)。2集中——分散式蓄電池管理系統(tǒng)蓄電池管理系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)性質(zhì)上可分為硬件和軟件。蓄電池管理系統(tǒng)的硬件包括主控盒（BCU）、從控盒(BMU)和高壓盒等，還包括采集電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)的電子器件。北汽新能源EV160蓄電池管理系統(tǒng)實(shí)物圖北汽新能源EV160主控盒北汽新能源EV160從控盒北汽新能源EV160高壓盒北汽新能源EV160傳感器北汽新能源EV160動(dòng)力蓄電池控制框圖底層軟件：架構(gòu)符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，模塊化開(kāi)發(fā)容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展和移植，提高了開(kāi)發(fā)效率。應(yīng)用層軟件是蓄電池管理系統(tǒng)的控制核心，包括電池保護(hù)、電氣傷害保護(hù)、故障診斷管理、熱管理、繼電器控制、從控控制、均衡控制、SOC