新能源汽車構(gòu)造與檢修（微課版） 課件 項(xiàng)目三 動(dòng)力電池系統(tǒng)原理與檢修

新能源汽車構(gòu)造與檢修（微課版）新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫配套教材新編21世紀(jì)高等職業(yè)教育精品教材·汽車類主編余紅燕新能源汽車結(jié)構(gòu)認(rèn)知新能源汽車高壓系統(tǒng)與安全防護(hù)動(dòng)力電池系統(tǒng)原理與檢修驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)原理與檢修目錄CONTENTS01020304汽車空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與檢修05充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及檢修06新能源汽車車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)07任務(wù)1動(dòng)力電池單體任務(wù)2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)任務(wù)3

動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝動(dòng)力電池系統(tǒng)原理與檢修Part03電池術(shù)語電池的參數(shù)0102任務(wù)一動(dòng)力電池單體鎳氫電池03鋰離子電池04典型的動(dòng)力電池單體053.1動(dòng)力電池單體一、電池術(shù)語3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（一）電壓1.額定電壓額定電壓也稱公稱電壓或標(biāo)稱電壓，是指在規(guī)定條件下電池工作的標(biāo)準(zhǔn)電壓。不同電化學(xué)類型的電池單體額定電壓是不同的，根據(jù)額定電壓也能區(qū)分電池的化學(xué)體系。2.充電終止電壓電池充足電時(shí)，極板上的活性物質(zhì)已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，電池的電壓也不會(huì)再上升，此時(shí)的電壓稱作充電終止電壓。鉛酸電池的充電終止電壓約為2.7V，鎳氫電池的充電終止電壓約為1.4V，磷酸鐵鋰電池的充電終止電壓約為3.7V，三元鋰離子電池的充電終止電壓約為4.2V。3.放電終止電壓放電終止電壓是指電池在放電時(shí)，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。由于對(duì)電池的容量和壽命要求不同，以及不同的電池類型和放電條件，各種電池規(guī)定的放電終止電壓也不同。一般而言，在低溫或大電流放電時(shí)，放電終止電壓規(guī)定得低些；小電流長(zhǎng)時(shí)間或間歇放電時(shí)，放電終止電壓值規(guī)定得高些。對(duì)于所有動(dòng)力電池，放電終止電壓都是必須嚴(yán)格規(guī)定的重要指標(biāo)。鉛酸電池的放電終止電壓約為1.75V，鎳氫電池的放電終止電壓約為0.9V，磷酸鐵鋰電池的放電終止電壓約為2.3V，三元鋰離子電池的放電終止電壓約為2.7V。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（二）容量電池在一定的放電條件下所能放出的電量稱為電池容量，以符號(hào)C表示，其單位常用A·h或mA·h表示。1.理論容量（Co）理論容量是假定全部活性物質(zhì)參與電池的成流反應(yīng)所能提供的電量。為了比較不同類型的電池，我們常用比容量來比較，即單位質(zhì)量的電池所能釋放出的理論電量，單位是A·h/kg或者kA·h/kg。2.額定容量額定容量是指保證電池在一定的放電條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下放出的最低限度容量。3.實(shí)際容量實(shí)際容量是指在實(shí)際應(yīng)用情況下電池實(shí)際放出的電量，它等于放電電流與放電時(shí)間的積分。實(shí)際容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)明放電率，如C20=50A·h，表明在20h放電率下的實(shí)際容量為50A·h。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（三）能量與能量密度1.能量電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能釋放出的能量，通常用W·h或kW·h表示。電池的能量，表示儲(chǔ)存電量的大小，直接影響續(xù)駛里程。電池的能量分為理論能量和實(shí)際能量。（1）理論能量。假設(shè)電池在放電過程中始終處于平衡狀態(tài)，其放電電壓保持電動(dòng)勢(shì)（E）的數(shù)值，而且活性物質(zhì)的利用率為100%，即放電容量為理論能量。（2）實(shí)際能量。實(shí)際能量是指電池放電時(shí)實(shí)際輸出的能量。在實(shí)際工程應(yīng)用中，作為實(shí)際能量的估算，經(jīng)常采用電池組額定容量與電池放電平均電壓的乘積進(jìn)行電池實(shí)際能量的計(jì)算。由于活性物質(zhì)不可能完全被利用，電池的工作電壓總是小于電動(dòng)勢(shì)，電池的實(shí)際能量總是小于理論能量。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（三）能量與能量密度2.比能量比能量也稱作能量密度，分質(zhì)量比能量和體積比能量。質(zhì)量比能量是指單位質(zhì)量電池所能輸出的能量，也稱作質(zhì)量能量密度，單位常用W·h/kg。體積比能量是指單位體積電池所能輸出的能量，也稱作體積能量密度，單位常用W·h/L。常用比能量來比較不同的電池系列。在新能源汽車應(yīng)用方面，動(dòng)力電池質(zhì)量比能量將影響新能源汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，而體積比能量會(huì)影響到動(dòng)力電池的布置空間。因而比能量是評(píng)價(jià)動(dòng)力電池能否滿足新能源汽車應(yīng)用需要的重要指標(biāo)。同時(shí)，比能量也是比較不同類型電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（四）功率與功率密度1.功率電池的功率是指在一定的放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量，單位為瓦（W）或千瓦（kW）。2.功率密度單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率稱為功率密度，又稱作比功率，單位為kW/kg或W/g。功率密度的大小表示電池所能承受的工作電流的大小，電池功率密度大，表示它可以承受大電流放電。功率密度是評(píng)價(jià)電池及電池組是否滿足新能源汽車加速和爬坡能力的重要指標(biāo)。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（五）電池內(nèi)阻電流通過電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的工作電壓降低，該阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)阻的作用，電池放電時(shí)，端電壓低于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓；充電時(shí)，充電的端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓。電池內(nèi)阻是化學(xué)電源的一個(gè)極為重要的參數(shù)，它直接影響電池的工作電壓、工作電流、輸出能量與功率等。對(duì)于一個(gè)實(shí)用的化學(xué)電源，其內(nèi)阻越小越好。（六）荷電狀態(tài)電池荷電狀態(tài)（StateofCharge，SOC）用于描述電池的剩余電量，是電池使用過程中的重要參數(shù)，此參數(shù)與電池的充放電歷史和充放電電流大小有關(guān)。動(dòng)力電池的充放電過程是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)變化過程，電池的剩余電量受到動(dòng)力電池的基本特征參數(shù)（端電壓、工作電流、溫度、容量、內(nèi)部壓強(qiáng)、內(nèi)阻和充放電循環(huán)次數(shù)）和動(dòng)力電池使用特性因素的影響，因而對(duì)電池組荷電狀態(tài)（SOC）的精確測(cè)定比較困難。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（七）充放電倍率充放電倍率C是形容動(dòng)力電池充放電大小的符號(hào)。1C充放電就代表1h內(nèi)把電池充滿電到放空的電流大小，其數(shù)值等于電池的額定容量。（八）使用壽命1.使用壽命的概念循環(huán)壽命是評(píng)價(jià)電池壽命性能的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一次循環(huán)，或者一個(gè)周期。按一定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量降到某一規(guī)定值（一般為額定值的80%）以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)，稱為電池的循環(huán)壽命或使用周期。各類電池的循環(huán)壽命都有差異，即使同一系列、同一規(guī)格的產(chǎn)品，循環(huán)壽命也可能有很大差異。2.使用壽命的影響因素動(dòng)力電池使用壽命的影響因素主要包括充放電速率、充放電深度、環(huán)境溫度、存放條件、電池維護(hù)過程、電流波紋以及過充電量和過充頻度等。電池成組應(yīng)用中，動(dòng)力電池單體不一致性、電池單體所處溫區(qū)不同、車輛的振動(dòng)環(huán)境等都會(huì)對(duì)電池使用壽命產(chǎn)生影響。減少放電深度（即“淺放電”），二次電池的充放電循環(huán)壽命可以大大延長(zhǎng)。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（九）自放電率自放電率是指電池在存放時(shí)間內(nèi)，在沒有負(fù)荷的條件下自身放電，使電池容量損失的速度。自放電率采用單位時(shí)間（月或年）內(nèi)電池容量下降的百分?jǐn)?shù)來表示。自放電率通常與時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度越高，自放電現(xiàn)象越明顯，所以電池久置時(shí)要定期補(bǔ)電，并在適宜的溫度和濕度下存放。（十）電池不一致性1.電池不一致性的概念電池不一致性是指同一規(guī)格、同一型號(hào)的電池單體組成電池組后，在電壓、內(nèi)阻及其變化率、荷電量、容量、充電接受能力、循環(huán)壽命、溫度影響、自放電率等參數(shù)方面存在的差別。在現(xiàn)有的電池技術(shù)水平下，新能源汽車必須使用多塊電池單體構(gòu)成的動(dòng)力電池組來滿足使用要求。由于電池不一致性的影響，動(dòng)力電池組在新能源汽車上使用的性能指標(biāo)往往達(dá)不到電池單體原有水平，使用壽命會(huì)大大減少，嚴(yán)重影響新能源汽車的性能和應(yīng)用。2.電池不一致性產(chǎn)生的原因（1）在制造過程中，由于工藝上的問題和材質(zhì)的不均勻，使得電池極板活性物質(zhì)的活化程度和厚度、微孔率、連條、隔板等存在微小的差別，這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不一致性，就會(huì)使同一批次出廠的同一型號(hào)電池的容量、內(nèi)阻等參數(shù)不可能完全一致。（2）在裝車使用時(shí)，由于電池組中各個(gè)電池單體的溫度、通風(fēng)條件、自放電程度、電解液密度等差別的影響，在一定程度上會(huì)導(dǎo)致電池電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致。3.1動(dòng)力電池單體二、電池的參數(shù)（十一）動(dòng)力電池箱體防護(hù)等級(jí)動(dòng)力電池箱體防護(hù)等級(jí)是衡量動(dòng)力電池箱體對(duì)外界環(huán)境因素（如灰塵、水等）的防護(hù)能力的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。IP等級(jí)由兩位數(shù)字組成，第一位數(shù)字表示密封設(shè)備抗固體顆粒進(jìn)入能力（等級(jí)為0～6），第二位數(shù)字表示密封設(shè)備防水進(jìn)入能力（等級(jí)為0～8）。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池箱體防護(hù)等級(jí)必須達(dá)到IP67，這意味著動(dòng)力電池箱體能夠防止灰塵吸入，并且在常溫常壓下，當(dāng)設(shè)備在深1m的水里時(shí)能夠承受短時(shí)間（不超過30min）的浸泡。這樣的防護(hù)等級(jí)對(duì)于確保電池在多變的氣候環(huán)境和復(fù)雜工況條件下保持密封防水性至關(guān)重要，避免因進(jìn)水引發(fā)短路或更嚴(yán)重的安全事故。3.1動(dòng)力電池單體三、鎳氫電池在鎳氫電池（Ni-MH）出現(xiàn)之前，鎳鎘電池（Ni-Cd）已經(jīng)獲得了大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，在早期的電動(dòng)工具和電子產(chǎn)品上，大量應(yīng)用鎳鎘電池作為可反復(fù)充放電的電源裝置。金屬鎘具有很高的比電量，其值為477A·h/kg，電池標(biāo)稱電壓為1.2V，因此鎳鎘電池的比能量可達(dá)60W·h/kg。但是鎳鎘電池的“記憶效應(yīng)”較為嚴(yán)重，循環(huán)壽命較短，而且鎘是重金屬，毒性較強(qiáng)，會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了解決這些問題，鎳氫電池應(yīng)運(yùn)而生。鎳氫電池采用與鎳鎘電池相同的鎳氧化物作為正極，金屬氫化物作為負(fù)極，堿液作為電解液，主要組成部分包括正極板、負(fù)極板、隔膜、密封圈、正極接線柱、負(fù)極集電極、殼體等。3.1動(dòng)力電池單體三、鎳氫電池鎳氫電池具有無污染、高比能、大功率、快速充放電、耐用等優(yōu)點(diǎn)。與鉛酸電池相比，鎳氫電池具有比能高、重量輕、體積小、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。（1）比功率高。目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到1350W/kg。（2）循環(huán)次數(shù)多。目前應(yīng)用在新能源汽車上的鎳氫電池，80%放電深度（DOD）循環(huán)可以達(dá)1000次以上，為鉛酸電池的3倍以上；100%放電深度（DOD）循環(huán)也在500次以上，在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中可使用5年以上。（3）無污染。鎳氫電池不含鉛、鎘等對(duì)人體有害的金屬，是“綠色環(huán)保電源”。（4）耐過充過放。（5）無記憶效應(yīng)。（6）使用溫度范圍寬。鎳氫電池正常使用溫度范圍為-30～55℃，儲(chǔ)存溫度范圍為-40～70℃。（7）安全可靠。鎳氫電池經(jīng)過短路、擠壓、針刺、跌落、加熱、耐振動(dòng)等安全性及可靠性試驗(yàn)，無爆炸、燃燒現(xiàn)象。（8）鎳氫電池的基本單元是電池單體，單體電壓為1.2V，按使用要求組合成不同電壓和不同電荷量的鎳氫電池總成。3.1動(dòng)力電池單體三、鎳氫電池鎳氫電池目前主要應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，如豐田在普銳斯車型上首先采用鎳氫電池作為儲(chǔ)能裝置，從而推動(dòng)了鎳氫電池在混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車產(chǎn)品上的大規(guī)模應(yīng)用。動(dòng)力電池安裝在后排座椅后面的行李艙內(nèi)。以豐田第三代普銳斯為例，其所采用的鎳氫電池組由松下制造，重量為53.3kg，使用168個(gè)電壓為1.2V車用級(jí)鎳氫電池串聯(lián)而成，動(dòng)力電池組總電壓為201.6V，電池容量為13kW·h。普銳斯車型采用的鎳氫電池組，使用壽命可以達(dá)到10年。隨著鋰離子電池的快速發(fā)展，其優(yōu)越的性能全面超越鎳氫電池，因此在新能源汽車領(lǐng)域，鎳氫電池逐漸被鋰離子電池所取代，豐田的第四代普銳斯已經(jīng)開始采用鋰離子電池。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（一）鋰離子電池的分類1.按電池封裝方式分類按電池封裝方式分類，鋰離子電池可分為圓柱形鋰離子電池、方形鋰離子電池和軟包鋰離子電池。圓柱形鋰離子電池前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大直徑，后三位數(shù)字表示以0.1mm為單位的最大高度。方形鋰離子電池的前兩位數(shù)字表示電池的厚度，單位為mm；中間兩位數(shù)字表示電池的寬度，單位為mm；后兩位數(shù)字表示電池的高度，單位為mm。軟包鋰離子電池只是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼，在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝。軟包鋰離子電池的機(jī)械強(qiáng)度不高，在出現(xiàn)安全事故（如內(nèi)短路等）情況下，電池容易鼓起排氣，降低了爆炸風(fēng)險(xiǎn)，在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池最多只會(huì)鼓氣裂開。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（一）鋰離子電池的分類2.按正極材料分類按正極材料分類，鋰離子電池可分為磷酸鐵鋰離子電池、錳酸鋰離子電池、鈦酸鋰離子電池和三元鋰離子電池（包括鎳鈷錳、鎳鈷鋁），鈦酸鋰用作鋰離子電池負(fù)極。第一代車用鋰離子電池主要是錳酸鋰離子電池，第二代車用鋰離子電池主要是磷酸鐵鋰離子電池，第三代車用鋰離子電池主要是三元鋰離子電池。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（一）鋰離子電池的分類2.按正極材料分類（1）磷酸鐵鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子電池是目前國(guó)內(nèi)新能源汽車較常用的鋰離子動(dòng)力電池之一。磷酸鐵鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)有：①安全性能好。可以在390℃以下高溫保持穩(wěn)定，不會(huì)因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，可以輕松通過針刺實(shí)驗(yàn)。②循環(huán)使用壽命較長(zhǎng)。理論循環(huán)使用壽命為2000～3000次，裝車正常可以使用7～8年。實(shí)驗(yàn)顯示，經(jīng)過3000次0～100%的充放電使用，磷酸鐵鋰離子電池的容量才會(huì)衰減到80%。③熱穩(wěn)定性好。當(dāng)電池溫度處于500～600℃高溫時(shí)，其內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解。磷酸鐵鋰離子電池的主要缺點(diǎn)有：①能量密度較低。磷酸鐵鋰離子電池的理論能量密度極限為170W·h/kg，形成動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量密度在100W·h/kg左右，和三元鋰離子電池相比有不小差距，這對(duì)整車的續(xù)駛里程有一定影響。②電池容量較小。同樣的電池容量，磷酸鐵鋰離子電池的重量更重、體積更大，這也影響了其續(xù)航能力。③低溫充放電性能較差。低溫時(shí)充電對(duì)電池壽命有極大的影響，低溫放電容量及放電功率也有所下降，因此冬季低溫時(shí)整車會(huì)出現(xiàn)續(xù)航能力低及動(dòng)力性下降的現(xiàn)象。此外，磷酸鐵鋰離子電池平整的放電平臺(tái)也給電池荷電狀態(tài)SOC估算帶來了困難。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（一）鋰離子電池的分類2.按正極材料分類（2）三元鋰離子電池。三元鋰離子電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰作為三元正極材料的鋰離子電池。三元鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)有：①能量密度高。三元鋰離子電池的理論能量密度達(dá)280W·h/kg，目前多數(shù)電池廠家生產(chǎn)的三元鋰離子電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了200W·h/kg。隨著電池技術(shù)的發(fā)展，三元鋰離子電池的能量密度會(huì)進(jìn)一步提高。因此在同樣的能量下，三元鋰離子電池系統(tǒng)的重量更輕，體積更小，使整車的續(xù)駛里程大幅提升。②與磷酸鐵鋰離子電池相比，三元鋰離子電池放電倍率高，一致性好，SOC估算簡(jiǎn)便。③低溫性能好，動(dòng)力電池系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)-20℃直接充電。三元鋰離子電池的主要缺點(diǎn)有：①熱穩(wěn)定性不如磷酸鐵鋰離子電池。當(dāng)其自身溫度達(dá)到250～350℃時(shí)，內(nèi)部化學(xué)成分就開始分解。因此對(duì)電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求，需要加裝電芯保險(xiǎn)裝置，這就會(huì)提高其經(jīng)濟(jì)成本。②成本高。對(duì)比磷酸鐵鋰離子電池，電池容量每W·h價(jià)格高出30%左右。③安全性比磷酸鐵鋰離子電池差。三元鋰離子電池材料的脫氧溫度是200℃，放熱能量超過800J/g，電池外殼損壞的情況下，很容易引發(fā)燃燒、爆炸等安全事故。④循環(huán)使用壽命短。由于三元鋰離子電池材料本身的性質(zhì)，三元鋰離子電池的循環(huán)使用壽命相對(duì)較短。三元鋰離子電池的理論循環(huán)使用壽命是2000次，但在實(shí)際使用中，當(dāng)進(jìn)行900次的深度充放電循環(huán)后，電池容量就基本衰減到了55%。若將電池充放電深度都控制在0～50%，即使經(jīng)過3000次的充放電循環(huán)，電池容量基本能夠保持在70%左右。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（一）鋰離子電池的分類2.按正極材料分類（3）錳酸鋰離子電池。錳酸鋰離子電池的標(biāo)稱電壓達(dá)到3.7V，能量密度中等。由于錳元素儲(chǔ)量高，資源豐富，生產(chǎn)制造錳酸鋰離子電池的成本也較低。同時(shí)，錳酸鋰離子電池的安全性較好。但因能量密度不高、循環(huán)壽命衰減較快，現(xiàn)已逐漸退出車用動(dòng)力電池應(yīng)用。（4）鈦酸鋰離子電池。鈦酸鋰離子電池快充性能好，放電倍率大，循環(huán)壽命長(zhǎng)，安全性能好，低溫性能好；但因能量密度低、成本高，只在個(gè)別新能源客車上使用，如銀隆新能源客車。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（二）鋰離子電池的充放電特性1.鋰離子電池的充電特性鋰離子電池對(duì)充電終止電壓的精度要求很高，一般誤差不能超過額定值的1%。充電終止電壓過高，會(huì)影響鋰離子電池的壽命，甚至造成過充現(xiàn)象，對(duì)電池造成永久性的損壞；充電終止電壓過低，又會(huì)使充電不完全，電池的可使用時(shí)間變短。在充電電流方面，鋰離子電池的充電電流應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議進(jìn)行選用。理想的充電電流通常為0.5～1C。大電流充電可縮短充電時(shí)間，但充電過程中電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量，因此會(huì)有一定的能量損失，同時(shí)必須監(jiān)測(cè)電池的溫度以防過熱損壞或產(chǎn)生爆炸。鋰離子電池的充電溫度一般控制在0～60℃。鋰離子電池有不同的充電方法，最簡(jiǎn)單的就是恒壓充電。恒壓充電時(shí)，充電電流不斷下降，當(dāng)充電電流降到低于0.1C時(shí)，就認(rèn)為電池被充分充電了。但是，恒壓充電方式需很長(zhǎng)的充電時(shí)間。兼顧充電過程的安全性、快速性和高效性，鋰離子電池常采用先恒流后恒壓的充電方式。對(duì)于放電電壓低于3V的電池，一開始就采用大電流充電對(duì)電池來說是一種損害，這時(shí)采用0.1C的小電流進(jìn)行恒流預(yù)充電，可有效修復(fù)過放電的電池。因此先恒流后恒壓的充電方式通常包括三個(gè)過程：預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電。三元鋰離子電池采用先恒流后恒壓充電方式時(shí)的充電特性，恒流電流為0.2～1C，恒壓充電電壓為4.2V。1C恒流充電結(jié)束時(shí)，電池容量已達(dá)到80%以上，充電時(shí)間約為50min。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（二）鋰離子電池的充放電特性2.鋰離子電池的放電特性（1）不同放電倍率的放電特性。鋰離子電池放電時(shí)有以下要求：一是放電電流不能過大，過大的放電電流會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)熱，有可能會(huì)造成永久性的傷害；二是電池電壓低于放電終止電壓后，若仍然繼續(xù)放電，將產(chǎn)生過放現(xiàn)象，這也會(huì)造成電池永久性損壞。不同的放電倍率下，電池電壓的變化有很大的區(qū)別。放電倍率越大，相應(yīng)剩余容量下的電池電壓就越低。采用0.2C放電倍率，電池單體電壓下降到3V時(shí)，放電容量約為700mA·h，而采用2C放電倍率時(shí)，放電容量只有約620mA·h，大電流放電時(shí)，電池的放電容量下降。（2）不同溫度的放電特性。溫度對(duì)放電性能的影響直接反映到放電容量和放電電壓上。溫度降低，電池內(nèi)阻增大，電化學(xué)反應(yīng)速度放慢，極化內(nèi)阻迅速增加，電池放電容量和放電平臺(tái)下降，影響電池功率和能量輸出。鋰離子電池的工作溫度為-25～45℃，隨著電解質(zhì)及正極的改進(jìn)，有望擴(kuò)展到-40～70℃。鋰離子電池最理想的放電溫度在20℃左右，此時(shí)的充放電性能均能最大化。3.1動(dòng)力電池單體四、鋰離子電池（二）鋰離子電池的充放電特性2.鋰離子電池的放電特性（1）不同放電倍率的放電特性。在新能源汽車使用過程中，理想的充放電要求是淺充淺放。具體是指在車輛使用過程中，減少使用大電流的放電情況，如果急加速，這樣會(huì)導(dǎo)致電池的放電容量急劇減小，使得單次行駛續(xù)駛里程快速縮短。最好在車輛電量低于20%之前就開始充電，條件許可的情況下，做到隨用隨充，這對(duì)提高電池的使用壽命是有益的。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（一）18650、21700、4680圓柱形鋰離子電池1.18650圓柱形鋰離子電池18650圓柱形鋰離子電池，是商業(yè)化最早、生產(chǎn)自動(dòng)化程度最高、當(dāng)前成本最低的一種動(dòng)力電池。特斯拉的ModelS所搭載的就是18650圓柱形鋰離子電池。電池單體主要由正極、負(fù)極、隔膜、正/負(fù)極集電極、安全閥、過流保護(hù)裝置、絕緣件和殼體共同組成。早期鋼殼較多，當(dāng)前以鋁殼為主。電池單體過流保護(hù)裝置，每個(gè)廠家的設(shè)計(jì)并不相同，根據(jù)對(duì)安全性要求的不同，價(jià)格也不同，可以進(jìn)行定制。一般的保護(hù)裝置主要有PTC正溫度系數(shù)電阻和熔斷裝置兩大類。當(dāng)出現(xiàn)過大電流時(shí)電阻發(fā)熱，溫度提升促進(jìn)PTC正溫度系數(shù)電阻增加，當(dāng)溫度超過一個(gè)閾值后陡然升高，相當(dāng)于把故障電芯從總體回路中隔離開來，避免進(jìn)一步熱失控的發(fā)生。熔斷裝置在原理上就是一個(gè)熔絲，遇到過大電流時(shí)熔絲熔斷，回路被斷開。兩種保護(hù)裝置的區(qū)別在于前者可恢復(fù)，后者的保護(hù)是一次性的，一旦故障發(fā)生，系統(tǒng)認(rèn)為必須更換問題電芯才能正常工作。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（一）18650、21700、4680圓柱形鋰離子電池1.18650圓柱形鋰離子電池18650電池的優(yōu)點(diǎn)有：（1）電池單體一致性較好。（2）電池單體自身力學(xué)性能好，與方形和軟包鋰離子電池相比，封閉的圓柱體，近似尺寸下可以獲得更高的彎曲強(qiáng)度。（3）技術(shù)成熟，成本低。（4）電池單體能量小，發(fā)生事故時(shí)，形式易于控制。18650電池的缺點(diǎn)有：（1）電池系統(tǒng)的電池單體數(shù)量過大，這就使得電池系統(tǒng)復(fù)雜度大增，系統(tǒng)成本較高。（2）能量密度的上升空間已經(jīng)很小。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（一）18650、21700、4680圓柱形鋰離子電池2.21700圓柱形鋰離子電池特斯拉Model3（2022款）高性能四驅(qū)版車型搭載的21700電池是三元鋰離子電池，其正極材料使用的是鎳鈷錳酸鋰三元正極材料。21700電池有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）重量更輕，整車空間變得更大。（2）擁有更高的性價(jià)比。（3）電池比能大幅提升。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（一）18650、21700、4680圓柱形鋰離子電池3.4680圓柱形鋰離子電池4680電池，是指外殼直徑為46mm、高度為80mm的圓柱形鋰離子電池，正極材料可以是三元高鎳鋰芯，負(fù)極材料是石墨混合硅。4680電池采用“無極耳”設(shè)計(jì)，“無極耳”即為一種全極耳，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接利用整個(gè)集流體尾部作為極耳，并通過蓋板（集流盤）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增大極耳傳導(dǎo)面積及其連接處的連接面積、縮短極耳傳導(dǎo)距離。相較于21700電池，4680電池的能量密度整體提升了5倍，功率輸出提升了6倍，續(xù)駛里程提升了16%，且每千瓦時(shí)的成本下降了14%?？傮w來說，這種設(shè)計(jì)大幅提升了電池功率、散熱性能、生產(chǎn)效率、充電速度。另外，4680電池較之前21700電池在直徑和高度上都有提升，直徑從27mm變?yōu)?6mm，高度從70mm變?yōu)?0mm，電芯厚度增加，曲率降低，空心部分更大。隨著電池尺寸的增大，電池組中電池單體數(shù)量減少，金屬外殼占比減少，正極、負(fù)極等材料占比增加，能量密度提高。與21700電池相比，4680電池在能量方面提高了5倍，目前續(xù)駛里程的提升主要來自CTC技術(shù)，隨著材料體系的不斷升級(jí)，電池能量密度有進(jìn)一步的提升空間。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（二）麒麟電池麒麟電池為寧德時(shí)代第三代CTP（CelltoPack）技術(shù)。相較于傳統(tǒng)“電芯-模組-電池包”三級(jí)結(jié)構(gòu)，CTP技術(shù)省去或減少模組組裝環(huán)節(jié)，將電芯直接集成至電池包或更大的模組，最終達(dá)到提高系統(tǒng)層級(jí)能量密度、降低成本的目的。第三代CTP技術(shù)：一是完全取消模組形態(tài)布局；二是取消電池包橫縱梁、底部水冷板以及隔熱墊的單獨(dú)設(shè)計(jì)，集成為多功能彈性夾層。麒麟電池具備以下優(yōu)勢(shì)：（1）極速溫控，安全性提升。（2）支持4C高壓快充技術(shù)。（3）電池壽命長(zhǎng)。（4）比能高。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（三）神行電池寧德時(shí)代的神行電池，作為一款磷酸鐵鋰離子電池，以其在安全性、耐用性以及快速充電能力方面的卓越表現(xiàn)，成為新能源汽車領(lǐng)域的理想選擇。該電池在保持磷酸鐵鋰離子電池固有的高熱穩(wěn)定性和長(zhǎng)循環(huán)壽命的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了至少4C倍率的超快速充電功能，滿足了現(xiàn)代家用車型對(duì)可靠性和效率的雙重需求。神行電池的超充速度是其顯著的技術(shù)亮點(diǎn)。神行電池的整包能量密度尚未達(dá)到150W·h/kg，這意味著在相同體積和容量的前提下，磷酸鐵鋰離子電池的重量會(huì)超過三元鋰離子電池。這一特性在一定程度上限制了其在追求輕量化設(shè)計(jì)的高性能新能源汽車上的應(yīng)用。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（四）巨鯨電池巨鯨電池是華為與寧德時(shí)代聯(lián)合研發(fā)的創(chuàng)新成果，代表了動(dòng)力電池技術(shù)的新突破。這款電池的電芯材料既不是三元鋰，也不是磷酸鐵鋰，而是二者“混合”后的三元鋰和磷酸錳鐵鋰，旨在融合兩種材料的特性，實(shí)現(xiàn)性能與安全的最優(yōu)化平衡。巨鯨電池的核心優(yōu)勢(shì)在于其材料的復(fù)合特性，不僅繼承了三元鋰離子電池高能量密度和長(zhǎng)續(xù)航能力的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也吸收了磷酸鐵鋰離子電池較高的熱穩(wěn)定性和安全性。巨鯨電池雖然在單一性能參數(shù)上可能不及其他頂尖電池產(chǎn)品，但在綜合性能上的均衡表現(xiàn)，使其在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出更為全面的優(yōu)勢(shì)。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（五）刀片電池比亞迪的刀片電池就是典型的磷酸鐵鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子電池包括正極、負(fù)極、電解質(zhì)、聚合物隔膜、正極引線、負(fù)極引線、中心端子、絕緣材料、安全閥、密封圈、正溫度控制端子、電池殼等。刀片電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是疊片、形狀長(zhǎng)而薄、酷似刀片的新型電池包。刀片電池是一種針對(duì)電池包的設(shè)計(jì)專利，它的內(nèi)部將很多形似刀片的電池單體集合成電池陣列。刀片電池改變了電池單體的形狀，不需要模組，可以直接布置在電池包內(nèi)，并具有較大的散熱面積和較薄的厚度，所以刀片電芯的散熱性能較好。3.1動(dòng)力電池單體五、典型的動(dòng)力電池單體（五）刀片電池刀片電池的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）電池能量密度較高。（2）成本低。（3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。（4）熱管理優(yōu)異。（5）集成化。（6）電池包高度低。刀片電池的缺點(diǎn)主要有：（1）維修成本高。（2）低溫性能受限。動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用0102任務(wù)二動(dòng)力電池管理系統(tǒng)3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（一）動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)動(dòng)力電池包一般主要由動(dòng)力電池模組、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力電池箱及輔助元器件等部分組成。1.動(dòng)力電池模組電池單體（電芯）：構(gòu)成動(dòng)力電池模組的最小單元，一般由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及殼體等構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的直接轉(zhuǎn)換。電池模塊：一組并聯(lián)的電池單體的組合，該組合的額定電壓與電池單體的額定電壓相等，是電池單體在物理結(jié)構(gòu)和電路上連接起來的最小分組，可作為一個(gè)單元替換。電池模組：由多個(gè)電池模塊或電池單體串聯(lián)組成的一個(gè)組合體。將電芯裝到車上，傳統(tǒng)的主要步驟是：電芯（Cell）→模組（Module）→電池包（Pack）→車身（Body/Chassis）。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（一）動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)1.動(dòng)力電池模組動(dòng)力電池高效成組CTP（CelltoPack）技術(shù)跳出了行業(yè)原先的電芯、模組、電池包的三級(jí)設(shè)定。CTP就是將模組這一步給省掉，從電池包角度出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行高度集成，并對(duì)新工藝進(jìn)行研發(fā)，優(yōu)化熱管理解決方案，實(shí)現(xiàn)從電芯直接到電池包的高效集成，提高了整包的體積成組效率，同時(shí)減少了零部件的數(shù)量，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率和整包的重量能量密度。CTP技術(shù)現(xiàn)有兩種不同的方案：一是徹底取消模組的方案，以比亞迪刀片電池為代表；二是小模組整合為大模組的方案，以寧德時(shí)代麒麟電池CTP技術(shù)為代表。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（一）動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)1.動(dòng)力電池模組而CTB（CelltoBody）與CTC（CelltoChassis）是相似的，就是進(jìn)一步將電池包這一步給省掉。CTB是比亞迪在發(fā)布海豹時(shí)講述的概念，核心特點(diǎn)是指將車身地板與電池上蓋合二為一，這樣可以使體積利用率提升至66%，垂直空間增加10mm。特斯拉或者零跑C01的CTC，與比亞迪的CTB，其實(shí)是異曲同工之妙，都是將電池結(jié)構(gòu)的一部分與整車的內(nèi)飾地板做整合，從而實(shí)現(xiàn)高度集成化，減少零部件開發(fā)，增大車內(nèi)空間。同時(shí)，電池作為車身剛度支撐的一部分，使整車剛度進(jìn)一步提升。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（一）動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)2.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）是電池保護(hù)和管理的核心部件。BMS通過電壓、電流及溫度檢測(cè)等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的過壓、欠壓、過流、過高溫和過低溫保護(hù)，并實(shí)現(xiàn)繼電器控制、SOC估算、充放電管理、均衡控制、故障報(bào)警及處理、與其他控制器通信等功能。此外，BMS還具有高壓回路絕緣檢測(cè)功能，以及為動(dòng)力電池系統(tǒng)加熱功能。BMS又分為主控制器板（主板）和從控制器板（從板）。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（一）動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)3.動(dòng)力電池箱動(dòng)力電池箱是支撐、固定、包圍動(dòng)力電池系統(tǒng)的組件，主要包含上蓋、下托盤及輔助元器件（如過渡件、護(hù)板、螺栓等）。動(dòng)力電池箱有承載及保護(hù)動(dòng)力電池組與電氣元器件的作用。動(dòng)力電池箱體一般通過螺栓連接在車身底盤上，其防護(hù)等級(jí)為IP67。整車維護(hù)時(shí)需觀察動(dòng)力電池箱體螺栓是否有松動(dòng)，動(dòng)力電池箱體是否破損或嚴(yán)重變形，密封法蘭是否完整，確保動(dòng)力電池可以正常工作。動(dòng)力電池箱體外表面顏色要求為銀灰或黑色，亞光；動(dòng)力電池箱體表面不得有劃痕、尖角、毛刺、焊縫及殘余油跡等外觀缺陷，焊接處必須打磨圓滑。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（一）動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)4.輔助元器件輔助元器件主要包括動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部的電子電器元器件，如熔斷器、繼電器、分流器、接插件、緊急開關(guān)、煙霧傳感器等，維修開關(guān)、電流傳感器以及電子電器元器件以外的輔助元器件，如密封條、絕緣材料等。接觸器位于線束和繼電器模塊內(nèi)，用于控制高壓電器盒的通斷。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（二）動(dòng)力電池包的組成原理新能源汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)的工作電壓通常為200～800V，需要將多節(jié)電池單體通過串并聯(lián)的方式組成動(dòng)力電池包（BatteryPack），以滿足電池模組的電壓和容量要求，串聯(lián)可提升電池模組的電壓，并聯(lián)可提高電池模組的容量。n個(gè)電池單體通過串聯(lián)構(gòu)成電池模組（簡(jiǎn)稱nS）時(shí)，電池模組的電壓為電池單體電壓的n倍，而電池模組的容量為電池單體的容量。例如，4節(jié)同樣的鋰離子電池通過串聯(lián)組成電池模組，電池模組電壓變?yōu)?4.8V，而額定容量仍為1A·h。電池并聯(lián)方式通常用于滿足大電流的工作需要。m個(gè)電池單體通過并聯(lián)構(gòu)成電池模組（簡(jiǎn)稱mP）時(shí)，電池模組的容量為電池單體容量的m倍，電池模組的標(biāo)稱電壓為電池單體的標(biāo)稱電壓。例如，4節(jié)標(biāo)稱電壓為3.7V、額定容量為1A·h的三元鋰離子電池通過并聯(lián)組成電池模組，電池模組電壓仍為3.7V，而額定容量變成了4A·h。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)與組成原理（二）動(dòng)力電池包的組成原理為了形象地表達(dá)電池模組的電池單體連接關(guān)系，通常對(duì)動(dòng)力電池模組進(jìn)行編號(hào)，用字母S表示串聯(lián)，用字母P表示并聯(lián)。如某電池模組型號(hào)為2P5S，則代表該電池模組由2個(gè)電池單體并聯(lián)，再由5組并聯(lián)后的電池串聯(lián)組成，如圖所示。該電池模組共包括10個(gè)電池單體，輸出電壓為18.5V，容量為2A·h。動(dòng)力電池包并不是簡(jiǎn)單地將電池單體串并聯(lián)，而是根據(jù)動(dòng)力電池箱的結(jié)構(gòu)、尺寸先將電池單體組成電池模組，再將電池模組串并聯(lián)組成動(dòng)力電池包，并根據(jù)需要在動(dòng)力電池包內(nèi)系統(tǒng)集成接觸器、熱管理系統(tǒng)、電池信息采集系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（一）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)概述新能源汽車動(dòng)力電池包通常由若干個(gè)電池模組組成，每個(gè)電池模組由多節(jié)電池單體通過串并聯(lián)構(gòu)成。若某個(gè)電池單體性能下降或故障將導(dǎo)致動(dòng)力電池模組性能下降或出現(xiàn)故障而報(bào)廢，因此必須確保電池模組中的每個(gè)電池單體處于最佳工作狀態(tài)。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）正是對(duì)動(dòng)力電池包進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保護(hù)和運(yùn)行管理的一套系統(tǒng)，它是新能源汽車動(dòng)力電池核心技術(shù)之一。BMS通過對(duì)動(dòng)力電池包及其電池單體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、運(yùn)算分析、能量控制、均衡控制、故障自診斷等，不僅要保持動(dòng)力電池正常運(yùn)行、保證車輛運(yùn)行安全和提高動(dòng)力電池使用壽命，而且BMS是動(dòng)力電池與整車控制器（VCU）以及駕駛?cè)酥g的溝通橋梁，向整車控制器上報(bào)動(dòng)力電池的各項(xiàng)信息并在儀表上顯示出來。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（二）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的組成1.CSC監(jiān)測(cè)模塊CSC（CellSupervisingCircuit）又稱為電池單體監(jiān)測(cè)電路，一般做成一個(gè)專用的集成數(shù)據(jù)采集模塊，負(fù)責(zé)對(duì)單個(gè)動(dòng)力電池模組的各電池單體電壓、溫度和采樣線的異樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。有些動(dòng)力電池管理系統(tǒng)將該模塊稱作電池信息采集器（BatteryInformationCollector，BIC）。2.控制單元BMU控制單元BMU（BatteryManagementUnit）又稱作BMC（BatteryManagementController），它是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）的“大腦”，通常集成有動(dòng)力電池總電壓檢測(cè)、絕緣檢測(cè)模塊，負(fù)責(zé)收集CSC監(jiān)測(cè)模塊、總電壓、總電流、動(dòng)力電池絕緣性監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，通過CAN網(wǎng)絡(luò)與整車控制器（VCU）、車載充電機(jī)（OBC）等進(jìn)行交互，控制高壓配電盒中的繼電器等，完成車輛預(yù)充、上電、下電和充放電控制。當(dāng)動(dòng)力電池存在過壓、欠壓、過溫、過流時(shí)，采取安全保護(hù)措施。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（二）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的組成3.高壓配電盒高壓配電盒主要包括主正接觸器、主負(fù)接觸器、預(yù)充接觸器、預(yù)充電阻、熔斷器等，有些車型還包括充電接觸器。高壓配電盒的繼電器接收控制單元BMU指令，完成整車預(yù)充、上電、下電過程，在短路、過溫或故障情況下切斷動(dòng)力電池輸出。4.電流傳感器一般動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立的電流傳感器，通常置于高壓配電盒內(nèi)，負(fù)責(zé)對(duì)動(dòng)力電池工作過程的總電流進(jìn)行檢測(cè)。5.熱管理系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的重要組成部分之一。以鋰離子電池為例，其理想的工作溫度是20～40℃，當(dāng)工作溫度低于20℃時(shí)，隨溫度的降低，電池內(nèi)阻迅速增大，電池的效率及可用于驅(qū)動(dòng)的功率迅速降低，0℃時(shí)，這種低效率差別可達(dá)30%，低于-20℃時(shí)差別更大；工作溫度高于40℃時(shí)，鋰離子電池加快老化，循環(huán)壽命縮短。研究表明，工作溫度每升高10℃，電池循環(huán)壽命減半。除此以外，熱管理系統(tǒng)還要盡可能確保各電池單體的均勻冷卻，一般來說，同一位置的電池單體間的溫差不得超過5℃。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（三）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功用動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的常見功能模塊可以分為測(cè)量功能、狀態(tài)估計(jì)功能、能量管理功能和通信與故障診斷功能。1.測(cè)量功能基本信息測(cè)量包括動(dòng)力電池電壓、電流信號(hào)的監(jiān)測(cè)及動(dòng)力電池溫度的檢測(cè)。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)最基本的功能就是測(cè)量電池單體的電壓、電流和溫度，這是所有動(dòng)力電池管理系統(tǒng)頂層計(jì)算、控制邏輯的基礎(chǔ)。（1）電池單體的電壓測(cè)量和電壓監(jiān)控。（2）動(dòng)力電池的電壓測(cè)量。（3）動(dòng)力電池的溫度測(cè)量。（4）動(dòng)力電池的冷卻液溫度檢測(cè)。（5）電流測(cè)量。（6）絕緣電阻檢測(cè)。（7）高壓互鎖檢測(cè)（HVIL）。（8）接觸器預(yù)充控制。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（三）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功用2.狀態(tài)估計(jì)功能動(dòng)力電池狀態(tài)分析是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的管理核心之一，對(duì)于整個(gè)動(dòng)力電池的能量管理、續(xù)駛里程預(yù)測(cè)具有重要的意義。動(dòng)力電池狀態(tài)分析包括動(dòng)力電池荷電狀態(tài)分析（SOC）、健康狀態(tài)分析（SOH）、功率狀態(tài)分析（SOP）、剩余使用壽命、實(shí)時(shí)容量等。（1）SOC估算。SOC（StateofCharge）值表示動(dòng)力電池系統(tǒng)的剩余電量與滿電電量的比值。（2）SOH估算。動(dòng)力電池健康狀態(tài)（StateofHealth，SOH）是對(duì)電池健康壽命狀況的體現(xiàn)，是電池的電量、能量、充放電功率等狀態(tài)的體現(xiàn)。（3）SOP估算。動(dòng)力電池功率狀態(tài)（StateofPower，SOP）是指某一時(shí)刻動(dòng)力電池可以提供給負(fù)載的最大功率。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（三）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功用3.能量管理功能動(dòng)力電池能量管理主要包括充電管理、放電管理和均衡管理。（1）充電管理。充電管理是指BMS與車載充電機(jī)進(jìn)行交互，在動(dòng)力電池充電過程中，對(duì)充電電壓、充電電流等進(jìn)行優(yōu)化控制。（2）放電管理。新能源汽車中的電池容量是不同的，動(dòng)力電池系統(tǒng)為整車特別是驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，需要滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率要求。而一定容量的動(dòng)力電池在不同的SOC、溫度下，其輸入和輸出的功率是有一定限制的。電池管理系統(tǒng)需要發(fā)送給整車控制器一個(gè)功率限制參數(shù)，這是根據(jù)一個(gè)控制表核算出來的，包含溫度、SOC、電池容量。BMS對(duì)動(dòng)力電池放電過程中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)放電電流等進(jìn)行控制，發(fā)揮動(dòng)力電池最大效能。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（三）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功用3.能量管理功能（3）均衡管理。新能源汽車動(dòng)力電池組由大量的電池單體通過串聯(lián)組成，由于電池單體生產(chǎn)工藝、自放電率的先天差異和使用過程中溫度、放電倍率不同造成的后天差異，各個(gè)電池單體總會(huì)產(chǎn)生不同程度的不一致性。動(dòng)力電池組中的電池單體不均衡會(huì)影響電池組整體性能。BMS的均衡管理就是盡量消除電池單體間的不一致性，從而提高動(dòng)力電池組的整體性能和使用壽命。動(dòng)力電池的均衡管理是指通過特定的技術(shù)手段和策略，對(duì)動(dòng)力電池組中的各個(gè)電池單體進(jìn)行能量的重新分配和調(diào)節(jié)，以減少電池單體間的不一致性，確保動(dòng)力電池組整體性能的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命。均衡管理的作用主要包括以下幾點(diǎn)：1）提高動(dòng)力電池組的整體性能。2）延長(zhǎng)電池的使用壽命。3）保障動(dòng)力電池組的安全性。4）優(yōu)化動(dòng)力電池組的能量利用率。5）減少電池組的不一致性。3.2動(dòng)力電池管理系統(tǒng)二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功用（三）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功用4.通信與故障診斷功能動(dòng)力電池管理系統(tǒng)通信包括內(nèi)部通信與外部通信。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)外部通信主要為主控模塊（BMU）與整車控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）、車載充電機(jī)（OBC）的通信，常采用高速率動(dòng)力CAN總線通信方式。BMU與充電樁的通信采用低速率CAN總線通信方式。電池系統(tǒng)內(nèi)部的通信主要為主控模塊（BMU）與從控模塊（CSC）之間的通信，CSC將實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)向BMU上報(bào)，如電池單體過壓或欠壓、通信故障、采樣線束斷路、電池單體溫度過高或過低等。動(dòng)力電池基本檢查和維護(hù)動(dòng)力電池的拆裝0102任務(wù)三動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝3.3動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝一、動(dòng)力電池基本檢查和維護(hù)（一）動(dòng)力電池外部檢查外部結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力電池箱的內(nèi)部有很大的影響，在維修和保養(yǎng)新能源汽車時(shí)，應(yīng)檢查動(dòng)力電池箱的外部。通常在外部環(huán)境下，影響動(dòng)力電池與系統(tǒng)安全性的機(jī)械故障主要有：（1）動(dòng)力電池箱的安裝固定支架斷裂，造成動(dòng)力電池箱與車體連接松動(dòng)。（2）動(dòng)力電池箱上下殼體連接螺栓疲勞斷裂松動(dòng)，影響密封性。（3）動(dòng)力電池箱殼體破裂，影響密封性。（4）動(dòng)力電池箱內(nèi)部組成模塊連接螺栓斷裂松動(dòng)，造成連接不可靠。（5）動(dòng)力電池箱內(nèi)部高壓連接線或采樣線絕緣層磨損暴露造成電池短路。（6）動(dòng)力電池箱內(nèi)部高壓連接線斷裂，造成斷路或打火花。（7）動(dòng)力電池箱內(nèi)部電壓、溫度傳感器連接松動(dòng)，造成采樣數(shù)據(jù)失真。（8）電池管理系統(tǒng)安裝固定螺栓松動(dòng)，造成連接不可靠。（9）電池管理系統(tǒng)內(nèi)部元器件損壞，造成功能故障。3.3動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝一、動(dòng)力電池基本檢查和維護(hù)（一）動(dòng)力電池外部檢查為了確保電池包不受到外界因素影響，需要對(duì)電池包外觀進(jìn)行檢查，目測(cè)電池包無變形、無裂痕、無腐蝕、無凹痕。電池包外觀檢查主要有：（1）檢查動(dòng)力電池外觀，檢查動(dòng)力電池正、負(fù)極標(biāo)識(shí)和高壓警示標(biāo)識(shí)是否清晰、無破損，檢查動(dòng)力電池正、負(fù)極引出插孔內(nèi)有無異物。（2）目測(cè)密封條及進(jìn)、排氣孔，進(jìn)行動(dòng)力電池箱體的密封檢查。（3）目測(cè)動(dòng)力電池高低壓插接件，檢查是否有變形、松脫、過熱、損壞的情況。（4）檢查動(dòng)力電池正、負(fù)極引出附近螺栓是否斷裂，檢查動(dòng)力電池采樣線接口是否破損。（5）檢查BMS、絕緣電阻、接插件與緊固件的情況。（6）檢查固定螺栓力矩，按照維修手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)力矩緊固。（7）檢查線束和插件連接的緊密性，不得有松動(dòng)、損壞、腐蝕等問題。（8）檢查動(dòng)力電池高壓接頭、低壓插接器是否變形、松動(dòng)、過熱、損壞。（9）檢查電氣插接器和線束插接器是否正確插入，連接是否可靠，線束和插腳是否牢固連接，插腳是否縮回、彎曲。3.3動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝一、動(dòng)力電池基本檢查和維護(hù)（一）動(dòng)力電池外部檢查同時(shí)，為了保證動(dòng)力電池有足夠的輸出功率，其端電壓一般高于人體安全電壓。在動(dòng)力電池的工作環(huán)境中，振動(dòng)、溫度、濕度、酸堿氣體腐蝕等都會(huì)導(dǎo)致高壓線路絕緣材料老化甚至損壞，危及人身安全。對(duì)此，我國(guó)對(duì)車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)的絕緣性能做出了嚴(yán)格的規(guī)定：動(dòng)力電池高壓電路對(duì)車身接地的絕緣電阻不應(yīng)小于500Ω/V。動(dòng)力電池絕緣故障檢查的一般步驟如下：（1）確保高壓電路被切斷。1）整車下電。2）斷開輔助電池負(fù)極電纜，等待5min。3）斷開動(dòng)力電池高壓線束插接器，戴上絕緣手套使用萬用表檢測(cè)動(dòng)力電池高壓線束正負(fù)極間的電壓，電壓應(yīng)≤5V。（2）檢查動(dòng)力電池的絕緣電阻。1）保證車輛安全下電。2）斷開直流母線。3）拆卸動(dòng)力電池高壓線束插接器。4）準(zhǔn)備高壓絕緣檢測(cè)儀，校零并調(diào)到合適擋位。5）分別用高壓絕緣檢測(cè)儀測(cè)量動(dòng)力電池高壓線束插接器正極端子、負(fù)極端子與車身接地之間的電阻，標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)≥20MΩ。6）確認(rèn)測(cè)量值是否符合標(biāo)準(zhǔn)。若不符合，則更換線束。3.3動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝一、動(dòng)力電池基本檢查和維護(hù)（二）動(dòng)力電池內(nèi)部檢查動(dòng)力電池箱長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)產(chǎn)生很多粉末層，影響正常的數(shù)據(jù)通信。因此，將動(dòng)力電池箱從車上拆下后，在維護(hù)動(dòng)力電池時(shí)，應(yīng)拆卸動(dòng)力電池箱的上蓋，使用高壓氣槍清除里面的粉末層，然后再進(jìn)一步檢查其內(nèi)部。動(dòng)力電池內(nèi)部檢查流程如下：（1）將動(dòng)力電池放在安全拆卸區(qū)，檢查其安全防護(hù)和工具狀態(tài)，取下動(dòng)力電池組上蓋后，可以看到內(nèi)部組件的分布和結(jié)構(gòu)。（2）拆下模塊上的插接器，查閱維修手冊(cè)，查看動(dòng)力電池的總電壓值，然后計(jì)算每組塊的平均電壓值。注意：一定要戴護(hù)目鏡。大多數(shù)動(dòng)力電池的電解液對(duì)人體組織有嚴(yán)重的腐蝕性，可能會(huì)對(duì)包括眼睛在內(nèi)的人體組織造成化學(xué)灼傷，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)放置滅火器。（3）測(cè)量模塊。檢查每組模塊的電壓，并與計(jì)算的平均值進(jìn)行比較。注意以下幾點(diǎn)：①除了更換損壞的部件外，不允許在動(dòng)力電池內(nèi)部進(jìn)行維修工作。②線束不可維修，直接更換。③更換損壞的部件時(shí)，必須嚴(yán)格遵循維修手冊(cè)中的工作步驟，并做好安全防護(hù)。（4）檢查結(jié)束后，更換模塊連接器。注意螺栓的擰緊力矩，應(yīng)根據(jù)維修手冊(cè)調(diào)整，以防損壞連接位置。（5）從動(dòng)力電池蓋上拆下舊的黏結(jié)劑，用新的密封膠更換，然后按照與拆卸相反的順序安裝動(dòng)力電池組。安裝時(shí)注意：動(dòng)力電池組的蓋應(yīng)有效地密封在托盤和車身上。裝配后，與車身的接頭必須擰緊，可以使用氣密儀測(cè)試電池包的密封性。3.3動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝二、動(dòng)力電池的拆裝（一）更換前準(zhǔn)備工作作業(yè)前應(yīng)設(shè)置安全隔離，設(shè)置安全警示標(biāo)志，穿戴個(gè)人安全防護(hù)用品。由于是帶電作業(yè)，作業(yè)人員需要持證上崗。檢查調(diào)整設(shè)備、儀表和絕緣工具，測(cè)試絕緣膠墊對(duì)地的絕緣性能，檢查動(dòng)力電池舉升臺(tái)的工作狀態(tài)是否正常。注意：在日常工作中，新能源汽車維修工具為耐高壓的絕緣工具，要經(jīng)常維護(hù)，確保正常，絕緣良好，移動(dòng)電動(dòng)工具要接漏電保護(hù)開關(guān)，以防觸電。漏電的工具需維修合格后方可使用。動(dòng)力電池舉升臺(tái)在使用之前應(yīng)當(dāng)檢查其液壓升降性能，操作方法為：接通設(shè)備電源，按壓設(shè)備的起動(dòng)按鍵將舉升臺(tái)升起到一定的高度，注意不要滿負(fù)荷升到極限高度，然后再泄壓將舉升臺(tái)降下。將車輛移至雙柱舉升臺(tái)并檢查，以確保車輛正確停放。連接故障診斷儀，車輛上電，確認(rèn)車輛處于空擋狀態(tài)，讀取是否有故障碼。如有其他故障，應(yīng)先排除。確認(rèn)為動(dòng)力電池故障后，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，將鑰匙放在口袋里安全保存，做好更換動(dòng)力電池準(zhǔn)備工作。3.3動(dòng)力電池總成的檢查與拆裝二、動(dòng)力電池的拆裝（二）動(dòng)力電池總成拆卸準(zhǔn)備更換動(dòng)力電池前應(yīng)關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，拆下低壓輔助電池負(fù)極連接線與高壓母線插頭，當(dāng)車輛舉升到合適高度時(shí)，舉升機(jī)要鎖止安全鎖；當(dāng)動(dòng)力電池舉升臺(tái)上升至接觸到動(dòng)力電池底部時(shí)再進(jìn)行拆卸工作。（1）關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，打開機(jī)艙。（2）斷開輔助電池負(fù)極連接線。（3）斷開直流高壓母線。①向上推動(dòng)直流母線插頭卡扣保險(xiǎn)。②拆卸直流母線連接充電機(jī)端插件。（4）支撐動(dòng)力電池總成。①將車輛用舉升機(jī)升起。②置入平臺(tái)車，使用平臺(tái)支撐動(dòng)力電池總成。（5）拆卸動(dòng)力電池總成。①斷開動(dòng)力電池出水管與水泵（電池）的連接，斷開動(dòng)力電池進(jìn)水管與電池膨脹壺的連接（已提前將電池冷卻液排出）。②斷開動(dòng)力電池的2個(gè)高壓線束連接器，斷開動(dòng)力電池與前機(jī)艙線束的2個(gè)低壓線束連接器。③拆卸動(dòng)力電池搭鐵線固定螺栓。④拆卸動(dòng)力電池防撞梁4個(gè)固定螺栓。⑤拆卸動(dòng)力電池總成后部3個(gè)固定螺栓。⑥拆卸動(dòng)力電池總成前部