《动力蓄电池及管理系统检修》 课件 任务二 电池单体充放电

任务二电池单体充放电《动力蓄电池及管理系统检修》比亚迪电池组装车间小王去到比亚迪电池组装车间进行参观学习，好奇的问李师傅：“李师傅，这么小的电池要怎么进行测试呢？电池在充电、放电过程中的变化是怎样的呢？”李师傅对小王的问题进行了解答，答案就在本任务的学习内容中。单体电池是如何进行充放电的？电池组装工李师傅、参观学习学生小王单体电池是如何进行充放电测试的？能按照充放电标准流程，正确使用蓄电池充放电设备，规范完成电池单体充电和放电作业。能按照充放电标准流程，正确使用蓄电池充放电设备，规范完成不同倍率的电池充放电测试。电池工作原理电池是一种能量转换装置放电时，电池将化学能转变为电能；充电时，电池将电能转变为化学能并贮存起来电池单体充放电操作充放电工作原理放电工作原理：以锂离子电池为例，当电池放电时，电池与外部负载相连，电子从负极通过外部负载流向正极，此时负极被氧化，正极接受电子而被还原，在电解质中依靠阴离子和阳离子分别向负极和正极的移动而使整个电路连通起来。电池单体充放电操作充放电工作原理充电工作原理：电池在充电时的电流流动方向与放电时相反，正极发生氧化，负极接受电子而被还原，在电解质中依靠阴离子和阳离子分别向正极和负极的移动而使整个电路连通起来。电池单体充放电操作充放电工作原理表1

电池正、负极在充放电过程中的不同反应电池单体充放电操作电池电极放电充电正极得电子，发生还原反应失电子，发生氧化反应负极失电子，发生氧化反应得电子，发生还原反应充放电工作原理电池单体充放电操作以新能源汽车中常见的锂离子电池为例，正极为具有锂离子的化合物，负极为碳物质，中间为聚合物隔膜，内部还有电解质。充放电工作原理电池单体充放电操作锂离子电池充电时，正极上的锂原子会分解成锂离子和电子，电子通过外电路到达负极，锂离子通过隔膜到达负极。在负极，锂离子与电子相遇，使锂离子变成锂原子。充放电工作原理电池单体充放电操作锂离子电池放电时，负极中的锂原子会分解为锂离子和电子，电子会沿着外电路到达正极，锂离子会通过隔膜到达正极。锂离子在阳极遇到电子后会形成锂原子。充放电工作原理电池单体充放电操作表2锂离子电池充放电特性锂电池正极材料钴酸锂锰酸锂三元材料磷酸铁锂充放电倍率中低中中低中高温性能较好差中好库伦效应＞95%＞95%＞95%＞95%电池单体充放电特性基本术语放电电流：放电电流是指电池放电时电流的大小。放电电流一般用放电率表示，放电率是指电池放电时的时率，常用“时率”和“倍率”两种形式表示。时率也称为小时率，是以放电时间（h）表示的放电速率，或者说以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数，常用C/n来表示，其中C为额定容量，n为一定的放电电流。例如，电池的额定容量为60A·h，以10A电流放电，则时率为60A·h/10A=6h，称电池以6h率放电。电池单体充放电操作电池单体充放电特性基本术语倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所输出的电流值，它在数值上等于额定容量的倍数。例如，2倍率（记为2C）放电，表示放电电流的数值是额定容量数值的2倍。若电池的容量为20A·h，那么放电电流为2×20A=40A。如果换算成小时率，则是20A·h/40A=1/2h。一般情况下，放电倍率在1/3C以下为低倍率，1/3C～3C为中倍率，3C以上为高倍率。电池单体充放电操作电池单体充放电特性基本术语充电电流：充电电流是指电池充电时电流的大小，其表示方式与放电电流相同。电池单体充放电操作电池单体充放电特性基本术语放电终止电压：电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压，也称为放电截止电压。电池单体充放电操作电池单体充放电特性基本术语充电终止电压：按规定的充电制度，电池由恒流充电转入恒压充电时的最大电压值，也称为充电限制电压。电池单体充放电操作电池单体充放电特性基本术语电池容量：电池容量是指在一定放电条件下可以从电池获得的电量，用符号C表示，单位为安时（A·h）或毫安时（mA·h）。电池单体充放电操作电池单体充放电特性基本术语电池内阻：电流通过电池内部时受到阻力，使电池的工作电压降低，该阻力称为电池内阻。电池单体充放电操作放电深度：放电深度（DOD）指蓄电池放电容量占额定容量的百分比。充放电方式电池单体充放电操作电池的充电方式有恒流充电和恒压充电。目前，电动汽车用动力蓄电池多采用先恒流后恒压的两段式充电方式。首先以设定好的充电电流进行恒流充电至充电终止电压，之后转为恒压充电，充电电流逐渐减小，当减小至0.05C时结束充电。充放电方式电池单体充放电操作电池的放电方式有恒流放电和恒阻放电。目前，电动汽车用动力蓄电池多采用恒流的放电方式，即以设定好的放电电流放电至放电终止电压后放电停止。充放电特性的影响因素电池单体充放电操作充电特性的影响因素：影响充电特性的主要因素有充电电流、放电深度和充电温度等。充电电流增大，充电时间减少，内阻能耗增大；放电深度增加，充电所需时间增加，恒流充电时间所占总充电时间比例增加，恒流充电容量占所需充入容量的比重增加；随着环境温度的降低，电池的可充入容量明显降低，而充电时间明显增加。充放电特性的影响因素电池单体充放电操作放电特性的影响因素：影响充电特性的主要因素有放电电流、放电终止电压和放电温度等。高倍率放电时，电极的极化增强，内阻增大，放电电压下降较快，导致实际放出的容量较低；相应地，低倍率放电时，电极的极化较小，放电电压下降缓慢，因此电池实际放出的容量较高，有时会高于额定容量。电池正常工作温度范围内（-20℃～60℃），电池温度越高，端电压越高，电池的可用容量越多。但是长期在高温下工作会造成电池的容量迅速下降，从而影响电池的使用寿命。报数法任意指派一名学生开始从1-5依次报数报相同数目的同学为一组电池单体充电操作电池单体充电操作资料员负责查阅维修手册和蓄电池充放电设备使用说明书。安全员检查连接线缆是否正确。记录员完成记录充放电过程。完成单体电池充放电操作电池单体充电操作电池单体充电操作汇报时阐述操作步骤报告小组分工情况报告小组工作目标有动力蓄电池PACK教学实训平台的场地绝缘手套、护目镜、安全帽、耐磨手套维修手册、蓄电池充放电设备及使用说明书、万用表、纸笔、直尺教学实训平台说明书电池单体充电操作注意佩戴安全防护装备后再触碰高压。小心短路。检查线缆连接无误后再充放电。线路连接要牢固，不能出现虚接。连接完成后安全员检查连接是否正确。全程监督充放电过程。电池单体充电操作术语及定义电动汽车蓄电池容量：表征电池容量特性的专用术语有三个：理论容量、额定容量、实际容量。电池单体充放电测试理论容量：指根据参加电化学反应的活性物质电化学当量数计算得到的电量。12额定容量：指设计和制造电池时，规定或保证电池在一定的放电条件（如温度、放电终止电压、放电倍率等）下应该放出的最低限度的容量。3实际容量：指在一定的放电条件下，即在一定的放电电流和温度下，电池在终止电压前所能放出的电量。在电池实际工作中，在SOC=1时所能放出的全部电量。术语及定义电池的实际容量通常比额定容量大10%～20%。电池单体充放电测试电池容量的大小，与正、负极上活性物质的数量和活性有关，也与电池的结构和制造工艺与电池的放电条件（电流、温度）有关。术语及定义影响电池容量因素的综合指标是活性物质的利用率。换言之，活性物质利用得越充分，电池给出的容量也就越高。

电池单体充放电测试活性物质的利用率可以定义为：利用率=（电池实际容量/电池理论容量）×100%或利用率=（活性物质理论用量/活性物质实际用量）×100%。术语及定义蓄电池的实际容量指电池的实际容量主要受环境温度、充放电倍率、使用寿命等因素的影响。电池单体充放电测试①温度对电池容量的影响

随着温度的升高，电池的活性物质活性增强、电子扩散速率增加、电导率增加，电化学反应加快，电池所能放出的能量增加。术语及定义蓄电池的实际容量指电池的实际容量主要受环境温度、充放电倍率、使用寿命等因素的影响。电池单体充放电测试②循环寿命对电池容量的影响

随着电池循环次数的增加，活性锂离子减少、负极上钝化膜的形成等电池内部变化都将导致电池的容量减小。术语及定义蓄电池的实际容量指电池的实际容量主要受环境温度、充放电倍率、使用寿命等因素的影响。电池单体充放电测试③放电倍率对电池容量的影响

放电倍率的单位为C，1C指电池在1h内进行恒流放电，放完所有电量所需要的电流大小。电池寿命（1）循环寿命蓄电池经历一次充电和放电，称为一个循环或一个周期。在一定的放电制度下，电池容量降低至某一规定值之前，电池所能耐受的循环次数，称为蓄电池的循环寿命或使用周期。循环寿命受放电深度（DOD）、温度、充放电电流的影响比较明显，因此一般表示蓄电池循环寿命的同时还要指出循环条件，如循环寿命1000次（在100%DOD常温、1C条件下）。蓄电池在出厂时，应注明其循环寿命及循环条件。电池单体充放电测试正常情况下电池组的寿命仅有单体电池寿命50%～80%循环寿命电池寿命电池的循环，表示的就是锂离子全部跑到电池一极，然后又全部跑到另一极，才算一次循环。简单说，一个循环就是电池满充满放一次。三元锂电芯的理论寿命为800-1200次循环，磷酸铁锂约为2000-2500次循环，到达70%的容量。电池单体充放电测试并不是说电池要满充满放，浅充浅放才会使得锂电池更耐用。）循环寿命电池寿命（2）贮存寿命贮存寿命的指电池自放电的大小通过容量下降到某一规定容量所经过的时间，也称为搁置寿命。电池单体充放电测试自放电越小，贮存寿命越长。贮存寿命电池寿命（2）减少电池容量衰减的方法：

①保证电池在正常的温度下工作(一般在0到40℃)，可以较少产生副反应；

②少用快充，快充时电压大，容易导致电池过充，使锂离子沉积在隔膜或电极表面，且快充时温度相对较高，容易对三元锂电池造成不可逆影响；

③避免急加速等动作，电池讲究一个稳，突然的电流变化很容易导致内部发生副反应，导致电池受损；

④浅充浅放，对于锂电池来说，完全充放电反而会导致电池寿命下降，尤其三元锂电池，适合剩余20%左右电量时充电，不可过度使用。电池单体充放电测试保证电池在正常的温度下工作少用快充避免急加速等动作浅充浅放不同倍率充电测试方法电池单体充放电测试选定待测单体电池在动力蓄电池检测教学平台选定某一电池单体，记录编号。调节万用表将万用表调整至合适档位，连接在被测电池两端，确保可以实时检测电池电压。设置参数在动力蓄电池检测教学平台设置充电电流、初始SOC、充电终止电压等参数，并记录。充电过程以0.5C的电流充电至充电终止电压，静置2min，对整个充电过程中万用表的显示界面进行录像。充电结束根据录像结果绘制充电过程中的电压-时间曲线。重复步骤3～6分别测绘1C、5C、10C的充电曲线。不同倍率放电测试方法电池单体充放电测试选定待测单体电池在动力蓄电池检测教学平台选定某一电池单体，记录编号。调节万用表将万用表调整至合适档位，连接在被测电池两端，确保可以实时检测电池电压。设置参数在动力蓄电池检测教学平台设置放电电流、初始SOC、放电终止电压等参数，并记录。放电过程以0.5C的电流放电至放电终止电压，静置2min，对放电过程中万用表的显示界面进行录整个像。放电结束根据录像结果绘制放电过程中的电压-时间曲线。重复步骤3～6分别测绘1C、5C、10C的放电曲线。电池单体充放电测试资料员查阅教学平台说明书，读取动力蓄电池系统的基本信息，并告知组员。记录员要正确绘制充放电曲线。完成电池单体充放电测试，绘制充放电曲线图电池单体充放电测试电池单体充放电测试报告充放电的参数设置计划。报告小组分工情况。报告任务目标动力蓄电池检测教学平台绝缘手套、护目镜、安全帽、耐磨手套高压安全防护用品、彩色铅笔、直尺教学平台说明书电池单体充放电测试注意触碰高压时佩戴安全防护装备。小心工具落地。注意作