任务5 锂电池充放电电路原理

新能源汽车电力电子技术,任务5锂电池充放电电路原理,建议课时：2学时,知识目标（1）知道新能源汽车常用的电池种类；（2）能理解三元锂电池的充放电工作特性；（3）能够理解BSM的工作控制过程；（4）能够理解电池的散热类型及工作原理；（5）能够通过实训使用万用表测量锂电池控制电路，正确分析充放电过程；（6）正确规范的使用实训板，养成良好的新能源汽车维修职业素养。,教学目标,学习目录,内容结构,任务导入,BMS，即电池管理系统，是对电池充放电进行管理的系统，负责监控电池的电压、环境温度、充放电电流大小等信息。其功能是防止电池过放过充、温度过热等异常状况出现，避免电池造成不可逆的损坏，提高了安全性和延长了使用寿命。本实训通过搭建电路，模拟电池充电过热的工作情况，学习充电保护的原理，并通过规范的操作，养成良好的职业素养。,知识链接1：新能源汽车常用电池的种类,知识准备,现在新能源车常用的电池种类主要有两种：锂电池和镍氢电池。其中锂电池的应用更为广泛，也更具有实用性。锂电池根据材料的不同，又分为许多种，但目前应用最成熟的主要为三元锂电池。锂电池整体优点是零排放、环境污染小、能耗低、能量密度高和充电快等优点。镍氢电池的全称是金属氢化物镍电池，如图3-5-1所示，一般应用于混合动力汽车。电池的正极采用镍氢化物，负极采用储氢合金。目前丰田系的凯美瑞双擎、卡罗拉/雷凌双擎使用的动力电池，就是这种镍氢电池。,图3-5-1镍氢电池,知识链接2：三元锂电池的认知,知识准备,目前在新能源汽车使用最广的电池就是三元锂电池，如图3-5-2所示为18650封装的三元锂电池实物。三元锂电池具有以下几种优点：电池可以快速的充放电、电池的充电效率可达到100%，而且输出功率大、使用寿命长、自放电小。锂离子电池的主要结构包括：正极、负极、电解液和隔膜。正极材料包含镍、钴、锰三种金属材料，三元锂电池也因此而得名。负极使用导电性好的石墨，电解液为六氟磷酸锂。隔膜的作用是隔绝电子通过但能让离子透过，迫使电子必须经外电路移动，而离子则可以通过电解液移动，保证外电路有电流通过。,图3-5-2三元锂电池,知识链接3：锂电池充放电的原理,知识准备,如图3-5-3所示，充电的过程中，正极上生成锂离子，在电解液内穿过隔膜运动到负极。而负极的碳有很多微孔，可以把锂离子嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电量就越高。同样，电池放电的过程中，锂离子脱离负极碳层，在电解液内穿过隔膜运动到正极。而电子则通过外电路流动，形成电流。回正极的锂离子越多，放电量越高。,图3-5-3锂电池的充放电原理,知识链接4：BMS的功能,知识准备,BMS（BATTERYMANAGEMENTSYSTEM），也就是电池管理系统，如图3-5-4所示。其主要作用是通过电池内部安装的温度传感器和电流传感器，对电池的温度进行实时检测，监控动力电池充放电过程的电流大小等信息。简而言之，BMS就是汽车动力电池的管理者。,图3-5-4BMS在电池包的位置,知识链接5：新能源汽车电池温度的监控管理,知识准备,新能源汽车动力电池内部的温度变化会直接影响到电池自身性能，以及会影响电池充放电能力，情况严重甚至还会造成电池起火引发事故。一般在新能源汽车电池箱内每六个单体电池区域就会安装一个温度传感器，用来检测电池的温度是否有过高的现象发生。温度传感器里面有热敏电阻（NTC），如果电池的温度较低，热敏电阻阻值会越大。电池温度越高，热敏电阻阻值会越小。只要汽车的电源接通的情况下，电池的温度信息会一直受到监测，让电池达到最好的工作状态。,知识链接6：新能源汽车电池的冷却方式,知识准备,新能源汽车的动力电池冷却系统有两种主要的形式：风冷和液冷。风冷，如图3-5-5所示，BMS控制单元监测动力电池的温度，当温度过高时，通过控制电池箱内的鼓风机来给动力电池降温。为了对电池更好的进行恒温控制，在鼓风机的进气口安装进气温度传感器，为BMS控制单元提供的必要的反馈信息。信息经过处理后控制冷却风扇是否继续运行，防止电池温度过低。,图3-5-5风冷电池散热系统,知识链接6：新能源汽车电