纯电动汽车整车控制系统原理与检修课件

纯电动汽车整车控制系统原理与检修1.了解纯电动汽车与常规能源汽车的区别;2.了解纯电动汽车的高压系统结构;3.认识纯电动汽车各高压组成部件;4.掌握对纯电动汽车高压系统的安全操作。▲学习目标1.知识能力:掌握纯电动汽车高压系统的组成结构;2.技能能力:掌握高压绝缘工具的正确使用方法;

掌握对纯电动汽车高压系统断电操作;3.社会能力:具备安全操作的能力及职业素养。▲学习能力项目一纯电动汽车高压安全操作

随着能源以及环境问题的日益严峻,世界上各个汽车生产大国都将把越来越多的电动汽车投入市场。电动汽车的一个重要特点就是带有高压动力回路,其工作回路中的电压甚至可以达到600V以上。因此在考虑电动汽车给我们带来环保效益的同时,高压安全问题同样不容忽视。因此,认识高压元器件变得尤为重要。▲课程导读任务1纯电动汽车高压系统的认识

了解纯电动汽车高压系统的各组成部件,认识各高压部件及其作用。▲任务要求一、常规能源汽车与纯电动汽车的结构的区别1.汽车动力系统常规能源汽车与新能源汽车的动力系统发生了变化:由四冲程机械发动机转变成电动机。由此结构也发生了很大的变化。如图1-1-1所示。▲知识内容图1-1-1汽车动力系统2.汽车能源供给系统常规能源汽车与新能源汽车的供给系统也发生了变化:由于动力系统从冲程式发动机向电动机的转化,从而使能源供给系统也相应地从常规车的加注汽柴油转变成了充电方式。如图1-1-2所示。图1-1-2汽车能源供给系统3.汽车动力源

纯电动汽车的动力源结构系统由常规能源的汽车油箱转变成了动力电池,如图1-1-3所示。图1-1-3汽车动力源4.汽车底盘结构

由于动力源及动力驱动系统的变化,相应地也使汽车的底盘发生了较大的变化,由传统汽车的变速器、传动轴、差速器等机械结构转化成了纯电车的整体底盘都为动力电池包的结构。如图1-1-4所示。图1-1-4汽车底盘结构

综上所述,纯电动汽车与常规能源汽车之间发生了较大的变化,主要体现在大三电的变化当中,如图1-1-5所示。图1-1-5纯电动汽车与常规能源汽车之间的变化

二、电动汽车高压系统的结构

如图1-1-6所示为比亚迪E6高压部件的分布,如图1-1-7所示为高压系统电路原理(一)：如图1-1-8所示为高压系统电路原理(二)：三、高压安全部件的介绍1.动力电池

作为车载电源,用周期性的充电来补充电能。动力电池组是纯电动汽车(EV)的关键装备,储存的电能、质量和体积,对EV性能起决定性作用,也是发展EV的主要研究和开发对象。EV发展的重点在于电池,电池技术对EV的制约仍然是EV发展的瓶颈。动力电池是电动汽车中能源供给装置,需要给整车所有系统提供能源。当电量消耗后,也需要对其进行充电。因此其能源流动既有流出,也有流入。动力电池组提供约155~650V高压直流电是供电机工作的唯一动力电源。如图1-1-9所示。图1-1-9动力电池结构

动力电池主要给纯电动汽车提供动力来源,同时也是其他高压用电设备的能量来源;目前在纯电动汽车上用得最多的动力电池主要是锂电池,它由若干电池单体串并联而成,给汽车提供足够的电压和电能,保证汽车能高效、持久的运行。2.高压分配盒/器

高压分配盒可以认为是一个电源中转分配的地方,主要把动力电池的高压分配到每个高压用电器上,如驱动电机、电机控制器、车载充电器、高压空调及PTC等,同时也包括给动力电池充电时进行高压的分配统筹。如图1-1-10所示为高压配电盒,图

1-1-10高压配电盒(北

汽

EV160)图

1-1-11高压配电盒总成内部机构(比

亚迪

E6)如图1-1-11所示为高压配电盒总成内部机构。3.驱动电机+电机控制器

驱动电机系统作为电动汽车三大核心构成之一,是车辆行驶的主要执行机构,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。电动汽车驱动电机系统主要由整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)、驱动电机、机械传动装置和冷却系统等构成。如图1-1-12所示。图1-1-12电机控制器及驱动电机(北汽EV160)

驱动电机在电动汽车中承担着驱动车辆和发电的双重功能,即在正常行驶时发挥其电动机功能,将电能转化为机械能;而在降速和下坡滑行时驱动电机转变为发电机,轮的惯性动能转换为电能。电机控制器(MCU)

MCU的功能是接收VCU的指令,将动力蓄电池的高压直流电压逆变成电压、频率、相序可调的三相交流电,实现对驱动电机的转速、转矩和旋转方向的控制。实时监测驱动电机运行状态,如温度、母线电流、三相交流电流、动力蓄电池电压、高压线束的绝缘等,MCU内含故障诊断电路。当诊断出异常时,它将会激活一个错误代码,通过CAN线网络发送给VCU,同时存储该故障码和数据。在能量回收过程中,MCU转变为整流滤波器,其功能是将发电机输出的三相交流电压经过整流、滤波和升压后转变为高压直流电,将电能回馈给动力蓄电池,实现能量回收4.充电系统

电动汽车充电系统是维持电动汽车运行的能源补给设施,是从供电电源提取能量对动力蓄电池充电时使用的有特定功能的电力转换装置,主要包括直流充电系统和交流充电系统和车载充电器。

(1)直流充电系统直流充电系统又称快速充电系统,就是将AC-DC转化器外接到充电桩上,这样充电枪输出的电流就直接是直流了。快速充电系统通过直流充电桩对动力蓄电池组进行快速充电,实现动力蓄电池组高效、安全地电量补给。快速充电系统主要由直流充电桩、快充接口、高压控制盒、动力电池、整车控制器、高压线束和低压控制线束等组成。其特点为充电功率大、充电时间短,但充电设备成本高。

（2）交流充电系统交流充电系统又称慢充充电系统。对于慢充而言,充电桩进来,首先连接的是OBC,即车载充电机,这个设备的作用就是将充电桩进来的交流电转化成直流电,即AC-DC转化。之所以需要这个交直流的转化,原因就是动力电池仅支持直流充电。也就是说,充电功率的大小是由OBC的功率直接决定的。目前市面上主流的OBC功率是在7kW,也有11kW和22kW的。如图1-1-13所示为直流充电和交流充电的区别。

(a)快充接头(直流充电口)

(b)直流充电桩

(c)慢充接头(交流充电口)

(d)交流充电桩图1-1-13直流充电和交流充电(3)车载充电器

车载充电器(如图1-1-14所示)是一种将交流电变换为直流电的技术,将电网的电能转化为电动车车载蓄电池的电能。车载高压充电机安装于电动汽车上,通过插头和电缆与交流插座连接,因此也可以称之为交流充电机。车载充电机的优点是在蓄电池需要充电的任何时候,只要有可用的供电插座,就可以进行充电,其缺点则是受车上空间所限,因而功率处理能力有限,只能提供小电流慢速充电,充电时间一般较长。图1-1-14车载充电器(北汽EV160)

充电机的基本构成包括功率单元、控制单元、电气接口和通信接口等。其中电气接口包括充电机供电电缆及连接器件、充电电缆和充电连接器等。电动车辆充电时,电动车辆和电动车辆充电设备要正确连接,便于在正常情况下使电能安全地从充电设备传输给电动车辆。即使在正常使用中有些疏忽,也不会给周围的环境和人(尤其是充电的操作人员)带来危险。

车载充电器的基本功能要求包括:(1)充电机应能对下述电池中的一种或多种充电:锂离子蓄电池、镍氢电池、铅酸电池等。(2)在充电过程中,充电机依据蓄电池管理系统提供的数据动态调整充电参数、执行相应动作,完成充电过程。(3)充电机应具有与电动汽车或蓄电池管理系统通信的功能。通信目的:判断电池类型;判断充电机是否与电动汽车蓄电池系统正确连接;获得电动汽车蓄电池系统参数、充电前和充电过程中蓄电池的状态参数;充电机还应具有与充电站监控系统通信的功能。5.DC-DC

将动力电池的高压直流电转换为整车低压12V直流电,给整车低压用电系统供电及铅酸电池充电。6.电动空调系统包括制冷电机和PTC

电动空调系统(如图1-1-16所示)与传统的空调系统相比,同样具有传统空调系统的各种功能。电动空调由纯电动汽车的动力电池提供能源,压缩机工作效率更高,控制性能更好;电动空调系统采用独立采暖系统(PTC),效率更高,更直接。如图1-1-17所示为电动空调和PTC。如图1-1-16所示图1-1-17

三合一是指由车载充电机、DC-DC、高压控制盒组成。四合一是指由车载充电机、DC-DC、高压控制盒、电机控制器组成。如图1-1-18所示。7.以北汽为例:三合一、四合一图1-1-18以北汽为例:三合一、四合一

整车高压用电设备:动力电池组、动力电池配电箱、驱动电机控制器、动力电机、DC-DC、空调驱动器、压缩机、PTC加热器、高压线束。如图1-1-19所示图1-1-19整车高压设备任务2高压操作安全工具的使用及注意事项任务二1.掌握高压安全工具的使用;2.掌握高压操作的安全注意事项。

新能源汽车与传统汽车既相似又不同,新能源汽车使用电能和发动机来提供驱动力。他们具有内有300~500V的高压电路和高压电器零件;高压动力电池同时也具有较大的强碱性。鉴于他们的特殊性,所以在维修和保养时,需要特别注意避免任何可能的事故。俗话说:维修汽车“三分靠技术,七分靠工具。”由此可见,正确使用工具对维修人员来说非常重要,由于维修技术人员不太重视工具的使用,使用不规范,导致在维修过程中出现某些安全事故。本节主要讲解个人防护设备的使用及注意事项、保管存放等;让大家通过对安全用具的了解,从而提高个人在维修中的安全防护,减少事故的发生。一、安全常识1.伤害的类型

伤害的类型包括生理性伤害、电伤害、烧伤、化学物质侵害和电磁辐射5种,这里主要介绍电伤害。电流对人体的伤害主要有两种形式:电击、电伤。如表1-2-1所示为电伤害的相关内容。定义电对人体外部造成局部伤害,即由电流的热效应、化学效应、机械效应对人体外部组织或器官的伤害伤害来源高压电源、高压带电体(电动汽车上主要指高压元器件)伤害产生的原因接近、接触高压电源,未按规定配到防护用具、操作不当等如何避免按规程操作、避免带电作业、戴必要的防护2.电流的危险性(1)25V以上的交流电、60V以上的直流电都具有危险性,在德国允许的最大接触电压(根据VDE的标准)是50V交流电以及120V直流电。(2)有大约5mA的电流通过人体时,就可视作是“电气事故”。人体触电会产生麻木感,但是仍可以导走电流;体内通过的电流达到大约10mA时,到达了导出电流的极限,人体开始收缩,无法再导走电流!电流的滞留时间也相应增加。30mA~50mA交流电的长时间滞留会导致呼吸停止以及心室纤维性颤动,经过人体的电流到达大约80mA时,被认为是“致命值”。(3)交流电压比直流电压更危险交流电压在人体内产生交流电,会触使肌肉组织和心脏产生颤动。交流电压的频率越低,危险性越高。交流电会触发心室纤维性颤动,如果不进行急救很快就会致命。3.人体内部电阻(1)对于高电压引起的高电流,人体内对应的电阻值很低。所有血管中的血液是很好的导体。电气事故中的接触点不同,对人体的影响也相应不同。如图1-2-1所示为人体内部电阻。(2)皮肤电阻值变化取决于皮肤硬度、湿度和传导性。对于超过100V的电压,皮肤电阻几乎为0Ω,皮肤完全被击穿。如图1-2-2所示为皮肤电阻值。图1-2-1人体内部电阻

图1-2-2皮肤电阻值(3)人体电流的示例:I=U/R=288V/1080Ω=0.27A对于交流电,如果电流在心脏的滞留时间达到大约10~15ms就会致命(心室纤维化颤动)。4.电击及事故后果(1)肌肉刺激效应所有的身体功能和人体肌肉运动都是由大脑通过神经系统的电刺激来控制如果通过人体的电流过高,肌肉开始抽搐,大脑再也无法控制肌肉组织。例如,握紧的拳头再也无法打开或者移动。如果电流经过了胸腔,肺会产生痉挛(呼吸停止),心脏的跳动节奏会被中断(心室纤维化颤动,无法进行心脏的收缩扩张运动)。(2)发生静态短路的热效应工具急剧发热,会导致材料熔化,从而可能发生烧伤事故。(3)由于短路引起火花金属很快熔化,产生飞溅的火花,飞溅出来的金属颗粒温度超过5000℃,可能会伤害眼睛甚至引起烧伤事故。(4)带电高压线路接通和断开时所产生的弧光光辐射可能造成电光性眼炎5.电击事故急救措施(1)援救电气事故中受伤人员时的注意事项措施:施救人员自身的安全是第一位的。绝对不要去触碰仍然与电压有接触的人员。如果可能,马上将电器系统断电,做法是关闭点火开关或者马上拔出维修接头(TW)。用不导电的物体(木板、扫帚把等等)把事故受害者或者导电体与电压分离。(2)电击事故后实施急救时的注意事项如果事故受害者没有反应,应采取如下急救措施:首先确定受害者是否还有生命迹象,比如脉搏和呼吸。马上呼叫急救医生,或者马上让别人去呼叫。进行人工呼吸以及心肺按压直到医生到达。如果呼吸停止:使用非专业的去纤颤器(如果有的话)。如果事故受害者能回应问询,应采取如下急救措施:对烧伤处进行降温处理,并用消过毒的无绒布进行包扎。即使事故受害者拒绝,也要要求其接受治疗(避免出现长期的后遗症)6.心肺复苏操作步骤心肺复苏方法很多,常用的有口对口(鼻)吹气法和胸外心脏按压法两种。(1)无呼吸有心跳,口对口(鼻)吹气法将触电者仰卧平躺在干燥、通风、透气的地方宽衣解带(冬季注意保暖),然后将触电者头偏向一侧清除口中异物(假牙、血块、呕吐物)等,仰头抬颊、通畅气道的同时一只手捏住触电者鼻翼,另一只手微托触电者颈后保证其气道通畅,急救人员应深吸一口气然后用嘴紧贴触电者的嘴(鼻)大口吹气,注意防止漏气,按吹2s停3s(吹二停三)的办法,停时应立刻松开鼻子让其自由呼气,并将自己头偏向一侧,为下次吹气做准备(儿童、瘦弱者注意吹气量)。每分钟做12次,同时观察触电者胸部腹部起伏情况。(2)胸外心脏按压法首先正确选择按压位置、右手的食指和中指沿触电者右侧肋弓下缘向上,找到肋骨和胸骨接合处的中点,两指并齐,中指放在切迹中点,食指放在胸骨下部,另一只手的掌根紧挨食指上缘,置于胸骨上,即为正确按压位置。救护员的两肩位于触电者胸骨正上方,两臂伸直,肘关节固定不屈,两手掌根相叠,手指翘起,接触触电者胸壁,利用上身的重力,垂直将正常成人胸骨压陷3~5cm(儿童和瘦弱者减)。压至要求程度后,立即全部放松,但救护人员手掌根不得离开胸壁,按压必须有效的标志是按压过程中可以触及颈动脉搏动。操作频率、速度要均匀,每分钟80次左右放松手,按压时间相等。(3)胸外心脏按压法与口对口(鼻)吹气法同时进行胸外心脏按压法与口对口(鼻)吹气法同时进行胸外心脏按压法与口对口(鼻)吹气法同时进行的节奏为:单人抢救时,每按压15次后吹气2次(15∶2),反复进行;双人抢救时,按压5次后由另一人吹气1次(5∶1),反复进行。二、安全生产与操作1.人员要求新能源汽车维修必须双人操作,一人操作,一人监督。严格遵守操作规程,安全操作。(1)老师或维修技师具有相关的维修技能证书(如图1-2-3所示)或者上岗证(如图1-2-4所示);具备对纯电动、混合动力实车维修资质的维修作业人员;对纯电动、混合动力结构和控制原理非常熟悉,负责对车辆检测、维修保养工作。电动车维修要求是:常规保养作业;非高压部分检测、维修;高压回路检测、维修。图1-2-3汽车维修等级证

图1-2-4低压电工上岗证(2)监护人

具备纯电动、混合动力对应车型维修资质的维修技师,或对纯电动、混合动力车辆结构和控制原理非常熟悉。监护人工作职责为监督维修的全过程。对维修人员的监督工作如下:①监督维修人员组成、绝缘工具套装的使用、防护用品佩戴、备件安全保护、维修安全警示牌等是否符合要求。②检查手动维修开关的接通和断开(装有时)/检查车辆电源接通和断开。③负责对检查或维修过程中的安全维修操作规程进行检查,监护人要按安全检测和维修操作规程指挥操作,检测人员在做完一个操作后要告知监护人,监护人要在作业流程单上作标记。④监护人要认真负起责任,确保检测过程的安全,避免发生安全责任事故。新能源汽车维修过程中必须穿戴防护用品,使用绝缘工具。2.设备要求(1)绝缘手套和绝缘靴如图1-2-5所示,绝缘手套或绝缘靴都是用天然橡胶制成,用绝缘橡胶或乳胶经压片、模压、硫化或浸模成型的五指手套,主要用于电工作业。起到对手或者人体的保护作用,具有防电、防水、防化、防油的功能。

(a)

(b)图1-2-5绝缘手套和绝缘鞋

绝缘手套可以使人的两手与带电体绝缘,是用特种的橡胶或乳胶制成的,分12kV和5kV两种。在1kV以下电气设备上使用时可以作为基本安全用具来看待。在使用手套前应进行手套的检查(在实际使用中,建议一人一手套,避免交叉混乱使用,以免降低使用安全及影响手套使用寿命)。如图1-2-6所示为绝缘手套检查的具体方法:拉直开口,将其边卷2~3次,折叠开口以密闭手套,确认没有漏气;在检查过程中要稍微挤压手套和用耳朵靠近听一下有无漏气声音。在检查漏气过程中,避免往手套里面吹气,这样会影响手套的绝缘性,如图1-2-7所示。图1-2-6绝缘手套检查图1-2-7禁止往手套里吹气(1)绝缘手套的使用事项①用户购进手套后,如发现在运输、储存过程中遭雨淋、受潮湿发生霉变,或有其他异常变化,应到法定检测机构进行电性能复核试验。②在使用前必须进行充气检验,发现有任何破损则不能使用。③作业时,应将衣袖口套入筒口内,以防发生意外。④使用后,应将内外污物擦洗干净,待干燥后,撒上滑石粉放置平整,以防受压受损,且勿放于地上。⑤应储存在干燥通风室温-15℃~+30℃相对湿度50%~80%的库房中,远离热源,离开地面和墙壁20cm以上。避免受酸、碱、油等腐蚀品物质的影响,不要露天放置避免阳光直射,勿放于地上。⑥使用6个月必须进行预防性试验。(2)绝缘靴采用特种的橡胶或乳胶制成的,作用是使人体与大地绝缘,防止跨步电压,分20kV和6kV两种。使用中不能用防雨胶靴代替。(3)绝缘靴子使用事项①应根据作业场所电压高低正确选用绝缘鞋,低压绝缘鞋禁止在高压电气设备上作为安全辅助用具使用,不论是穿低压或高压绝缘鞋(靴),均不得直接用手接触电气设备。②布面绝缘鞋只能在干燥环境下使用,避免布面潮湿。③绝缘鞋(靴)的使用不可有破损。④穿用绝缘靴时,应将裤管套入靴筒内。穿用绝缘鞋时,裤管不宜长及鞋底外沿条高度,更不能长及地面,保持布帮干燥。⑤非耐酸碱油的橡胶底,不可与酸碱油类物物质接触,并应防止尖锐物刺伤。低压绝缘鞋若底花纹磨光,露出内部颜色时则不能作为绝缘鞋使用。⑥在购买绝缘鞋(靴)时,应查验鞋上是否有绝缘永久标记。比如红色闪电符号,鞋底有耐电压多少伏等表示;鞋内有否合格证,安全鉴定证,生产许可证编号;等等。(2)绝缘杆

绝缘杆又称绝缘救援钩,是一种十分有用的工具,适用于各种工作场所,可以将受伤的工人拖出危险区域。在有限空间内,在地下室内或者电气柜和开关柜附近,这些场所都必备这种工具。手柄为泡沫填充玻璃钢制成,绝缘性能突出。带涂层的钩子经过热处理开口为457mm。操作杆可提供的标准长度为1.8m和2.4m。如图1-2-8所示。为保证操作时有足够的绝缘安全距离,绝缘操作杆的绝缘部分长度不得小于0.7m;要求它的材料要耐压强度高、耐腐蚀、耐潮湿、机械强度大、质轻、便于携带,一个人能够单独操作;三节之间的连接应牢固可靠,不得在操作中脱落;在使用过程中,由监督人员勾住操作人员的腋下,对操作人员进行安全保护。绝缘杆使用事项:①使用前必须对绝缘操作杆进行外观检查,不能有裂纹、划痕等外部损伤。②必须是经校验后合格的,不合格的严禁使用。③必须适用于操作设备的电压等级,且核对无误后才能使用。④雨雪天气必须在室外进行操作的要使用带防雨雪罩的特殊绝缘操作杆。⑤操作时在连接绝缘操作杆的节与节的丝扣时要离开地面,不可将杆体置于地面进行,以防杂草、土进入丝扣中或粘缚在杆体的外表上,丝扣要轻轻拧紧,不可将丝扣未拧紧就使用。⑥使用时要尽量减少对杆体的弯曲力,以防损坏杆体。⑦对绝缘操作杆要有专人保管。⑧半年要对绝缘操作杆进行一次交流耐压试验,不合格的要立即报废,不可降低其标准使用。⑨使用后要及时将杆体表面的污迹擦拭干净,并把各节分解后装入一个专用的工具袋内,存放在屋内通风良好、清洁干燥的支架上或悬挂起来,尽量不要靠近墙壁,以防受潮,破坏其绝缘。(3)防护眼镜

防护眼镜(如图1-2-9所示)是一种起特殊作用的眼镜,使用的场合不同需求的眼镜也不同。比如医院用的手术眼镜,电焊时用的焊接眼镜,激光雕刻中的激光防护眼镜,等等。防护眼镜分为安全眼镜和防护面罩两大类,作用主要是防护眼睛和面部免受紫外线、红外线和微波等电磁波的辐射,粉尘、烟尘、金属和砂石碎屑以及化学溶液溅射的损伤。本节注意针对HV蓄电池的电解液,具有高碱性,所以我们必须选用防化学眼镜,其镜片耐酸碱,耐腐蚀,这是其他眼镜所不具备的。因此,每一个需戴防护镜作业的工人,都应了解自己作业环境的有害因素,佩戴合适的安全防护眼镜,不可乱戴一通。图1-2-9防护眼镜(4)绝缘胶垫

绝缘胶垫又称为绝缘毯、绝缘垫、绝缘橡胶板、绝缘胶板、绝缘橡胶垫、绝缘地胶、绝缘胶皮、绝缘垫片等,是具有较大体积电阻率和耐电击穿的胶垫。用于配电房、高电压等工作场合的台面或铺地绝缘材料。如图1-2-10所示。图1-2-10绝缘胶垫(5)其他钳类工具

修理汽车电路的过程常常使用钳类工具剪细导线或修剪焊接各处多余的线头,常用的钳类工具有斜口钳及剥线钳两种。如图1-2-11所示。(a)斜口钳绝缘耐压为1000V剪断较粗的金属丝

(b)剥线钳绝缘耐压为500V快速剥去导线外面塑料包线图1-2-11其他钳类工具钳类使用注意事项:①操作前,夹钳表面应用清洁的干布擦干净;②操作时带绝缘手套,穿绝缘靴及护目镜,且必须在切断负载的情况下进行操作。③雨雪或潮湿天气操作应使用专门的防雨夹钳。④按规定进行定期检查。如图1-2-12所示为使用钳类工具时的特别提醒。图1-2-12禁止戴金属饰品作业(5)绝缘工具套装

绝缘工具套装是对纯电动汽车维修常用的工具套装,犹如我们对维修常规能源汽车的常用工具是一个性质。样式跟常用维修工具套装基本相同,如图1-2-13所示。图1-2-13绝缘工具套装(6)绝缘万用表

绝缘万用表又称为复用表、多用表、三用表、繁用表等,一般以测量电压、电流和电阻为主要目的。是一种多功能、多量程的测量仪表,一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数(如β)等。一般分为指针式和数字式(如图1-2-14所示)。另外电流表、电压表、欧姆表它们有单独的仪表;可以利用万用表中的电流电压挡、欧姆挡进行测量。下面也将做简单介绍。图1-2-14数字万用表(新能源汽车专用)(7)绝缘检测仪

在现代实际测试需求中,数字绝缘测试仪(如图1-2-15所示)基本取代普通兆欧表的作用,可以实现更方便直观的测量过程。采用全新设计以及大规模集成电路和数字电路相组合,完成绝缘电阻、直流电压,交流电压等参数测量;功能更全,准确度更高,性能稳定,操作方便可靠。适用于测量变压器、电机、电缆、开关、电器等各种电气设备及绝缘材料的绝缘电阻,对各种电气设备进行维修保养、试验及检定。图1-2-15绝缘测试仪1)绝缘测试仪测量孔的定义:(以优利德UT500系列为例)LINE:绝缘电阻测试高压输出孔V:电压测量输入正插孔G:电压测量输入负插孔EARTH:绝缘电阻测试取样插孔2)绝缘电阻的测量如图1-2-16所示,测量绝缘电阻时,两只表笔严禁短接,切勿绞放在一起被测元器件严禁带电测量,根据被测元件的绝缘要求,按功能旋钮选择测试电压250V/500V/1000V/2500V中之一,电动汽车的元器件一般不低于500V测试电压。①在测量绝缘电阻前,待测电路必须完全放电,并且与电源电路完全隔离。②将红测试线插入“LINE”输入端口,黑测试线插入“EARTH”输入端口。③将红、黑鳄鱼夹接入被测电路,正极电压是从LINE端输出的。功能旋钮选择测试电压250V/500V/1000V/2500V其中之一后,按下TEST键后,此键自锁进行连续测量,输出绝缘电阻测试电压,同时测试灯发出红色警告,在测试完毕以后,按下TEST键,解除自锁停止测量。图1-2-16绝缘电阻的测量(8)放电工装

放电工装主要是对纯电动汽车在下电的时候,对高压系统存在余电或是高压系统在放电过程出现故障不能自主放电的情况下对高压系统进行的一种人工放电的设备。如图1-2-17所示。图1-2-17放电工装(9)安全护栏,安全警示标识

安全护栏主要是用来分隔操作区域,避免非操作人员的进入,保障维修工作的正常进行和非操作人员的错误操作带来的不安全行为。如图1-2-18所示。图1-2-18安全护栏如表1-2-2所示,安全警示标识主要是用来警告和提醒非操作人员进入或是所在场地的具有较大的危险性。标识需要标明的车辆状态可执行的操作

高压电气系统已经接通,且高压触电暴露在外只能由车辆技术电气专业人员(高压电专业技师)操作

高压电气系统已经断路仅由受过培训的普通维修人员在车辆上进行操作未经指定人员验证,不得重新接通电源

高压电气系统已经接通,没有高压触电暴露在外仅由受过培训的人员在车辆上进行操作特别留意点火形状的位置,如果闭合开关,高压部件可能意外启动表1-2-2安全警示标识3.新能源汽车作业十不准(1)非持证电工如图1-2-19所示,不准装接电动汽车高压电气设备。图1-2-19持证电工(2)任何人不准玩弄如图1-2-20所示电气设备和开关。图1-2-20禁玩电气设备和开关(3)破损的电气设备应及时调换,不准使用如图1-2-21所示绝缘损坏的电气设备。(4)暂不准利用如图1-2-22所示车身电源对电动汽车外部的用电设备供电。图1-2-21禁用绝缘损坏的电气设备图1-2-22禁用车身电源对电动汽车外部的用电设备供电(5)任何人不准启动如图1-2-23所示挂有警告牌的电气设备。图1-2-23禁用挂有警告牌的电气设备(6)不准用水冲洗揩擦电气设备。(7)熔断丝熔断时,不准调换容量不符的熔丝。(8)不经技术部门或主管部门审批,不准私自改动和加装。(9)发现有人触电,应立即切断电源进行抢救,未脱离电源前不准直接接触触电者。如图1-2-24所示。(10)雷雨天气,禁止在室外对车辆充电和维修维护,如图1-2-25所示。图1-2-24抢救触电者禁忌

图1-2-25雷雨天在室外匆充电和维修任务3高压系统的安全操作1.熟悉高压系统断电流程;2.掌握高压系统断电操作流程及注意事项。一、纯电动汽车高压系统的断电操作流程

在对纯电动汽车进行维修和检测之间,需要对纯电动汽车的高压系统进行断电处理,除非特定情况下需要控制系统进行带电检测时才不要进行断电处理。否则每一次检测和维修之前都要进行断电操作。下面我们一起来学习对高压系统的断电操作流程。1.作业前准备(1)操作人员:需要两个专业人员进行同时操作。可以分工合作或设主要操作人员和监护人员。图1-3-1操作人员(2)场地准备安全准备:放置隔离栏,放置安全警示牌,检查灭火器。如图1-3-2所示。

放置隔离栏

放置安全警示牌检测、准备灭火器

测量绝缘地垫绝缘值操作准备:检查防护套具,护目镜是否破损,安全帽是否破损检查绝缘手套的密封性

及绝缘等级。如图1-3-3所示。图1-3-3操作准备注意事项:检查绝缘手套时要严格遵守检查要求,以免发生不安全事故。图1-3-4检查绝缘手套(3)绝缘工具的检查及准备如图1-3-5所示为绝缘工具的检查及准备。检查工具套装

检查测量工具(包括绝缘表)

放电工装图1-3-5绝缘工具的检查及准备2.车辆初步检查(1)作业前实施车辆防护,如图1-3-6所示。图1-3-6把快慢充电口用封口带封住,禁止作业时进行充电(2)登记车辆信息,检查车辆外表状况。(3)检查汽车周边是否存在安全隐患,检查手刹是否拉好,汽车系统是否能正常上电及运行。如图1-3-7所示。图1-3-7检查车辆周边及手刹(4)

关闭点火开关,拔下点火钥匙,并安全放置好钥匙,以防给其他人员接触而误启动车辆。如图1-3-8所示。图1-3-8安全放置钥匙(5)

放置车辆保护三件套及翼子板套,如图1-3-9所示。图1-3-9装上三件套3.断电操作(1)用专业工具拆下蓄电池负极(这时可以不戴绝缘手套),并做好绝缘保护(用绝缘胶布包住),并等待15分钟或以上。如图1-3-10所示。

拆下蓄电池负极

对蓄电池负极做绝缘保护图1-3-10断电操作(一)(2)用常用工具拆下中间护手储物箱,并取出存物箱。伸手进入并拆下维护开关;维护开关为双级保护开关,不能硬拔,要先拆一级保护,打开后再拆下二级保护,才能把开关完全拔出来。如图1-3-11把维护开关放置好(最好是所在工具箱里面),以防其他人拿到。并放置如图1-3-12高压断电警示标志。

(a)一级保护

(b)二级保护图1-3-11断电操作(二)4.验电(1)举升车辆,拆下动力电池母线正负极,用专业高压万用表测量动力电池正负极电压,电压为零或接近零,说明下电成功,可以进一步进行操作;如果电压高于人体安全电压一直降不下来说明系统下电不成功,需要进一步对系统进行检查。这时候需要放置高压断电警示标志,说明已经没有高压电了。(2)下电成功后,对动力电池母线正负极进行绝缘保护(绝缘胶布包裹住)。完成以上操作步骤,下电操作就完成了。如要对车辆进一步维修或检测,在下电完成之后就可以进行了。此时操作(动力电池除外的系统)就不再需要戴绝缘手套和护具了。注意:对动力电池的拆装和分体过程中还是要带上绝缘手套和护具的,因为动力电池内部还是有电压的,只是把内部电压分成几部分而已(以E5为列)。二、纯电动汽车高压系统的上电操作流程高压系统的上电流程和高压系统的下电流程刚好是反向操作。1.动力电池高压母线的安装:把之前用绝缘胶布包好的高压母线的正负极线拆下,并安装到动力电池的输出口端。安装时要注意要把正负极端口的保险扣扣好。2.安装维护开关

(1)收好高压断开指示牌。

(2)把维护开关从工具箱里取出,把维护开关安装到开关座,并锁上安全扣。

(3)装上存物箱,上好存物箱锁紧螺栓。3.装上蓄电池负极,并拧紧锁紧螺栓。4.打开点火开关,并启动汽车,看看汽车能不能正常上电,如果能正常上电,说明高压系统上电正常;如果车辆不能正常上电,那么就要重新检测整个高压系统或高压控制直至车辆能正常上电。项目二

动力电池1.了解动力电池的作用、类型与特点;2.掌握纯电动汽车的动力电池结构;3.掌握拆装动力电池的操作方法和注意事项;4.增强安全质量意识和工作责任心。1.知识能力:掌握纯电动车动力电池的结构;2.技能能力:掌握动力电池的拆装方法和步骤,能正确使用专业绝缘工具;3.社会能力:具备安全操作的能力及职业素养。

电池、电机和电控系统是新能源汽车的三大关键组成部分。其中动力电池是最关键的一环,可以说动力电池是新能源汽车的“心脏”。那么,你知道纯电动汽车动力电池维护内容有哪些吗?对动力电池进行哪些保养维护?在维护时有什么注意事项?任务1

动力电池的性能了解动力电池的内部结构、组成部件。了解动力电池的工作原理、控制原理等。一、动力电池的性能1.动力电池的定义

动力电池,又称动力蓄电池、高压电池包,是纯电动汽车和油电混合动力汽车的重要能量存储动力源,在电动汽车上发挥着非常重要的作用。

动力电池即为工具提供动力来源的电源,多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争,关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。2.动力电池的作用

动力电池的作用是接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电,并且为电动汽车提供高压直流电。动力电池是纯电动汽车的核心部件,也是新能源汽车上价格最高的部件之一。动力电池的性能好坏直接决定了这辆车的实际价值。应用在电动汽车上的储能技术主要是电化学储能技术,即铅酸、镍氢、锂离子等电池储能技术。作为电动汽车的动力源,动力电池技术是电动汽车的核心技术,更是电气技术与汽车行业的关键结合点,一直制约着电动汽车的发展。近年来,随着电动汽车动力电池技术的研发受到各国能源、交通、电力等部门的重视,电池的多种性能得到了提高,如我国就在锂离子电池技术方面取得了突破性进展。3.动力电池的类型

新能源汽车上所使用的动力电池种类繁多,外形差别较大,按其工作性质和使用特征的不同,可分为一次电池、二次电池、储备电池和燃料电池等。其中储备电池和燃料电池属于特殊的一次电池。(1)一次电池(原电池)一次电池是放电后不能用充电的方法使它复原的电池。这种类型的电池只能使用一次,放电后电池只能被遗弃。这类电池不能再充电的原因,或是电池反应本身不可逆,或是条件限制使可逆反应很难进行,如锌锰干电池、锌汞电池、银锌电池。(2)二次电池(蓄电池)二次电池是放电后可用充电的方法使活性物质复原而可以再次放电,且可反复多次循环使用的电池。这类电池实际上是一个化学能量储存装置,用直流电将电池充足,这时电能以化学能的形式储存在电池中,放电时,化学能再转换为电能,如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锌空气电池等。(3)储备电池(激活电池)储备电池是正、负极活性物质和电解液不直接接触,使用前临时注入电解液或用其他方法使电池激活的电池。这类电池的正、负极活性物质化学易变质或自放电,因与电解液的隔离而基本上被排除,从而使电池能长时间储存,如镁银电池、钙热电池、铅高氯酸电池。(4)燃料电池(连续电池)燃料电池是只要活性物质连续地注入电池,就能长期不断地进行放电的一类电池。它的特点是电池自身只是一个载体,可以把燃料电池看成是一种需要电能时将反应物从外部送入的一种电池,如氢燃料电池。需要说明的是,上述分类方法并不意味着某一种电池体系只能分属一次电池、二次电池、储备电池或燃料电池。某一种电池体系可以根据需要设计成不同类型的电池。如锌银电池,可以设计成一次电池,也可以设计成二次电池或储备电池。目前电动汽车上二次电池的主要类型有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池。4.动力电池的工作原理

以下介绍动力电池主要类型,即铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子电池的工作原理。(1)铅酸蓄电池铅酸蓄电池,是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池,如图2-1-1所示。图2-1-1铅酸蓄电池(2)镍氢蓄电池镍氢蓄电池是由氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉蓄电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长。1)镍氢蓄电池的原理镍氢蓄电池的充放电反应如下所示。正极:NiOOH+H2O+e-放电充电⥫⥬＝Ni(OH)2+OH-

E0=+0.52V负极:MHab+OH-放电充电⥫⥬＝M+H2O+e-

E0=-0.82V电池:NiOOH+MHab放电充电⥫⥬＝Ni(OH)2+M

E0=1.34V2)混合动力汽车镍氢电池结构

搭载在混合动力汽车的镍氢电池是将84~240个容量为6~6.5A·h的单体电池以串联方式连接后使用的。迄今为止已开发出圆形和方形的混合动力汽车用的镍氢电池,如图2-1-2所示,近年来其输出功率密度正在逐年上升。尽管混合动力汽车用镍氢电池的电能量(容量)还不到电动汽车用镍氢电池的1/10,但是要求其具有与电动汽车相同的输出功率和再生恢复性能。因此,正在通过多种技术领域致力于对单体电池或电池模块(由多个单体电池以串联方式连接而成的电池组)的研究开发工作。图2-1-2普锐斯动力电池(镍氢蓄电池)(3)锂离子电池1)锂离子电池基本原理与结构锂电池(LithiumBattery)是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。锂离子电池是锂离子在电极之间移动而产生电能的,这种电能的存储和放出是通过正极活性物质中放出的锂离子向负极活性物质中移动完成的,并不伴随化学反应,这是锂离子电池的最大特点。锂离子电池反应的这种特点,使锂离子电池比传统的二次电池具有更长的寿命。图2-1-3是锂离子电池的示意图,它由作为氧化剂的正极活性物质、作为还原剂的负极活性物质、作为锂离子导电的电解液以及防止两个电极产生短路的隔板组成,利用正极与负极之间锂离子的移动来进行充电和放电。其工作原理如图2-1-4所示。一般的圆柱形锂离子电池的结构示意图如图2-1-5所示,正极和负极的活性物质是利用一种被称为Binder的树脂胶粘剂固定在金属箔上,然后在其中间夹入隔板后收卷而成。方形锂离子电池的结构示意图如图2-1-6所示。图2-1-3锂离子二次电池图2-1-4磷酸铁锂电池工作原理图2-1-5圆柱形锂离子二次电池的结构

图2-1-6方形锂离子电池结构示意图(３)锂离子电池１)锂离子电池基本原理与结构

锂电池是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池.锂离子电池是锂离子在电极之间移动而产生电能的,这种电能的存储和放出是通过正极活性物质中放出的锂离子向负极活性物质中移动完成的,并不伴随化学反应,这是锂离子电池的最大特点.锂离子电池反应的这种特点,使锂离子电池比传统的二次电池具有更长的寿命.

此外,电极材料种类选择较多也是锂离子电池的一大特点,再加上锂离子电池本身就具有小型化、轻量化和高电压化的特点,通过材料的选择和结构的设计可实现高输出功率和高容量,因此可以设计出与实际用途完全相符的结构及特性,这也是锂离子电池的优势之一.图２-１-３所示的是锂离子电池的示意图,它由作为氧化剂的正极活性物质、作为还原剂的负极活性物质、作为锂离子导电的电解液以及防止两个电极产生短路的隔板组成,利用正极与负极之间锂离子的移动进行充电和放电.其工作原理如图２-１-４所示.一般的圆柱形锂离子电池的结构示意图如图２-１-５所示,正极和负极的活性物质是利用一种被称为Binder的树脂胶黏剂固定在金属箔上,然后在其中间夹入隔板后收卷而成.方形锂离子电池的结构示意图如图２-１-６所示.图２-１-３图

2-1-4磷酸铁锂电池工作原理图

2-1-5圆柱形锂离子二次电池的结构

图

2-1-6方形锂离子电池结构示意图

２)锂离子电池的基本特性①电池的电能.电池输出的电能E等于从电池中所能取出的电量Q与电池电压U的乘积,即:E＝QU

在充电上限电压到放电下限电压的范围内所放出的电量即为电池的容量.多数情况下电池电压是用平均电压值来代替的,平均电压(额定电压)的定义是达到总电能１/２放电量时的电压值.例如,额定电压为3.7V、公称容量为2.4Ah的18650规格(直径183mm×65mm)的锂离子电池的总能量为89Wh,体积能量密度为520Wh/L、质量为44g时的质量能量密度为201Wh/kg.②剩余电量的估算.关于电池的充电状态,多数以SOC形式来表示,SOC采用剩余容量与设计容量的比率表示,充电时电量达到充满状态时即为SOC１００％,放电容量与设计容量的比率采用放电深度(DOD)表示:DOD和SOC的关系为:DOD＝1－SOC对于一般电池的SOC和DOD,多根据电压值进行估算,对于锂离子电池而言,电压平坦域的具体观察将视不同的电极材料而定,有时难以根据电压来估算SOC.(３)锂离子电池的常见类型①按照正极材料进行分类:钴酸锂,锰酸锂,镍酸锂,磷酸铁锂,三元材料[镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O２].②按照电解质进行分类:液态锂离子电池,简称LIB(liquidionbattery);聚合物锂离子电池,简称LIP(polymerlithiumionbattery).分类对比见表2-2-1所示.表

2-1-1锂离子电池分类对比正极材料平均输出电池(V)能量密度(mA·h/g)LiCoO23.7140Li2Mn2O44.0100LiFePO43.3130Li2FePO4F3.6115③其他性能对比:能量密度:１８６５０电池(钴酸锂)＞磷酸铁锂＞锰酸锂价格优势:１８６５０电池(钴酸锂)＞锰酸锂＞磷酸铁锂安全性:磷酸铁锂＞锰酸锂＞１８６５０电池(钴酸锂)循环寿命:磷酸铁锂＞锰酸锂＞１８６５０电池(钴酸锂)５

常见车型动力电池的安装位置、类型和特点

电动汽车的动力电池一般位于车辆底部前、后桥及两侧纵梁之间,安装在这些位置能使其具有较高碰撞安全性,可以降低车辆重心,车辆操控性更好.将电动汽车的动力电池安装在驾驶室后方的车架纵梁之上,不但使得拆装操作更加简单,避免了动力电池安装分散,减少动力电池之间高压连接线束的使用,避免了线路连接过多的问题,而且节约了成本.动力电池尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方,并避免阳光直射,远离加热器或其他辐射热源.动力电池应当直立安装放置,不可倾斜,动力电池组间应有通风措施,以避免因动力电池损坏所产生的可燃气体引起爆炸和燃烧.北汽新能源纯电动汽车为具有代表性车型动力电池的安装位置.北汽E150EV纯电动汽车的动力电池采用磷酸铁锂电池,安装在车辆底部,如图2-1-9所示.图2-1-9北汽新能源纯电动汽车动力电池二、动力电池的各性能参数解析１电压(V)

开路电压,即电池外部不接任何负载或电源,测量电池正负极之间的电位差,即为电池的开路电压.工作电压与开路电压相对应,即电池外接上负载或电源,有电流流过电池,测量所得的正负极之间的电位差.由于电池内阻的存在,放电状态时(外接负载),工作电压低于开路电压,充电时(外接电源)的工作电压高于开路电压.２电池容量(Ah)

能够容纳或释放的电荷Q,Q＝It,即电池容量(Ah)＝电流(A)×放电时间(h),单位一般为Ah(安时)或mAh(毫安时).比如车内蓄电池标注16Ah,那么在工作时电流为1A时,理论上可以使用16h.３电池能量(Wh)电池储存的能量,单位为Wh(瓦时),能量(Wh)＝电压(V)×电池容量(Ah).图2-1-10所示为标识为37V/10000mAh的电池,其能量为37Wh,如果把4节这样的电池串联,就组成了一个电压是148V,容量为10000mAh的电池组,虽然没有提高电池容量,但总能量提高了4倍.４能量密度(Wh/L&Wh/kg)

单位体积或单位质量电池释放的能量.如果是单位体积,即体积能量密度(Wh/L),很多地方直接简称为能量密度;如果是单位质量,就是质量能量密度(Wh/kg),很多地方也叫比能量.如一节锂电池重300g,额定电压为37V,容量为10Ah,则其比能量为123Wh/kg.５功率密度(W/L&W/kg)

将能量除以时间,便得到功率,单位为W或kW.同理,功率密度是指单位质量(有时也直接叫比功率)或单位体积电池输出的功率,单位为W/kg或W/L.比功率是评价电池是否满足电动汽车加速性能的重要指标.比能量和比功率究竟有什么区别?举个形象的例子:比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟,耐力好,可以长时间工作,保证汽车续航里程;比功率高的动力电池就像龟兔赛跑里的兔子,速度快,可以提供很高的瞬间电流,保证汽车加速性能.６电池放电倍率(C)

放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量(Q)时所需要的电流值,它在数值上等于电池额定容量的倍数.即:充放电电流(A)/额定容量(Ah),其单位一般为C(Crate的简写),如0.5C,1C,5C等.举个例子,对于容量为24Ah电池来说:用48A放电,其放电倍率为2C,反过来讲,２C放电,放电电流为48A,0.5h放电完毕;用12A充电,其充电倍率为0.5C,反过来讲,0.5C充电,充电电流为12A,2h充电完毕;电池的充放电倍率,决定了我们可以以多快的速度,将一定的能量存储到电池里面,或者以多快的速度,将电池里面的能量释放出来.７荷电状态(％)

SOC,全称是stateofcharge,荷电状态也叫剩余电量,代表的是电池放电后剩余容量与其完全充电状态的容量的比值.其取值范围为０~１,当SOC＝０时表示电池放电完全,当SOC＝１时表示电池完全充满.电0池管理系统(BMS)主要通过管理SOC并进行估算来保证电池高效工作,所以它是电池管理的核心.目前SOC估算主要有开路电压法、安时计量法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等,我们以后再详细解读.８内阻

内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力.包括欧姆内阻和极化内阻,其中:欧姆内阻包括电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的电阻;极化内阻包括电化学极化电阻和浓差极化电阻.图２Ｇ１Ｇ１１所示为某电池放电曲线,x轴表示放电量,y轴表示电池开路电压,电池理想放电状态为黑色曲线,红色曲线是考虑到电池内阻时的真实状态.图２Ｇ１Ｇ１１某电池放电曲线OCV为开路电压;Qmax为电池最大化学容量;Quse为电池实际容量;Rbat为电池的内阻;EDV为放电终止电压;I为放电电流

从图中可以看出,电池实际容量Quse＜电池理论上的最大化学容量Qmax.由于电阻的存在,电池的实际容量会降低.我们也可以看到,电池实际容量Quse取决于两个因素:放电电流I与电池内阻Rbat的乘积,以及放电终止电压EDV是多少.需要指出的是电池内阻Rbat会随着电池的使用而逐渐增大.内阻的单位一般是毫欧姆(mΩ),内阻大的电池,在充放电的时候,内部功耗大,发热严重,会使电池的老化加速和寿命衰减,同时也会限制大倍率的充放电应用.所以,内阻越小,电池的寿命越大,倍率性能就会越好.通常电池内阻的测量方法有交流和直流测试法.９自放电电池自放电,是指在开路静置过程中电压下降的现象,又称电池的荷电保持能力.一般而言,电池自放电主要受制造工艺、材料、储存条件的影响.自放电按照容量损失后是否可逆划分为两种:容量损失可逆,指经过再次充电过程容量可以恢复;容量损失不可逆,表示容量不能恢复。

目前对电池自放电原因研究理论比较多,总结起来分为物理原因(存储环境,制造工艺,材料等)以及化学原因(电极在电解液中的不稳定性,内部发生化学反应,活性物质被消耗等),电池自放电将直接降低电池的容量和储存性能.。10寿命电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数.循环寿命指的是电池可以循环充放电的次数.即在理想的温湿度下,以额定的充放电电流进行充放电,计算电池容量衰减到80％时所经历的循环次数.日历寿命是指电池在使用环境条件下,经过特定的使用工况,达到寿命终止条件(容量衰减到80％)的时间跨度.日历寿命与具体的使用要求紧密相关,通常需要规定具体的使用工况、环境条件、存储间隔等.循环寿命是一个理论上的参数,而日历寿命更具有实际意义.但日历寿命的测算复杂,耗时长,所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据.图2-1-12所示为三元锂电池的充放电特性,可以看出,不同的充放电方式对电池的寿命影响不一样,根据图示数据,以25%-75%充放电的寿命可以达到2500次,即我们所说的电池浅充浅放.电池寿命这个话题我们以后还会深入讨论11化成

化成主要和电池的制造工艺有关.电池制成后,需要对电芯进行小电流充电,将其内部正负极物质激活,在负极表面形成一层钝化层———SEI(solidelectrolytelnterface)膜,使电池性能更加稳定,这一过程称为化成,电池经过化成后才能体现其真实的性能.化成过程中的分选过程能够提高电池组的一致性,最终使电池组的性能提高,化成容量是筛选合格电池的重要指标.三、动力电池的主要技术参数及性能比较１磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池.它具有循环寿命可达800次以上、使用安全、可大电流快速放电、热稳定性好、高温性能好等优点.但低温性能差是其致命性缺点,无法满足冬天使用的需求.北汽EV160纯电动汽车采用的是磷酸铁锂电池,如图2-1-13所示.２三元锂电池三元锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料的锂离子电池.它具有能量密度大、单体电压高、循环使用寿命高、热稳定性好等优点.但也具有容易热解的特性,因此在应用过程中应对其加强过充电保护、过放电保护、过温保护和过电流保护.特斯拉采用的是1865三元锂电池,如图2-1-14所示。３锰酸锂电池锰酸锂是比较有前景的锂离子正极材料之一,它具有常温和低温下循环性能佳、原材料丰富、制备技术成熟、材料环保、安全性能好等优点.但也具有高温性能差、循环性能差、储存性能较差等缺点,另外,高性能材料的制备技术尚不普及也制约着锰酸锂电池的发展.日产聆风和启辰晨风采用的是锰酸锂电池,如图2-1-15所示。图2-1-13磷酸铁锂电池

图2-1-14三元锂电池

图2-1-15锰酸锂电池表2-1-2所示为动力电池的性能比较：电池类型电压/V比能量/Whkg－１循环寿命/次安全性热稳定性原料成本钴酸锂电池３６~３７＞１５０＞６００低不稳定昂贵锰酸锂电池３６~３７＞１００＞６００较高较稳定较低三元锂电池３６~３７＞１４０＞６００较高较稳定较低磷酸铁锂电池３２~３３＞７０＞８００高稳定低４

动力电池性能表2-1-3所示为动力电池的性能.性能工作电压动力电池接上负载后处于放电状态下的电压放电终止电压动力电池正常放电时所规定的放电终止时的负载电压开路电压动力电池在开路状态下的端电压充电上限电压动力电池充满电时的电压标称容量用来鉴别动力电池是否适用的近似容量值实际容量动力电池在一定放电条件下所能输出的电量额定容量在规定条件下测得的并由制造商标明的电池容量值理论容量根据动力电池活性物质的特性计算出的最高理论值任务２动力电池的结构１

了解动力电池的内部结构;２掌握动力电池的组成部件;３掌握各组成部件的作用及工作原理.一、动力电池的结构１

动力电池整体结构

动力电池整体外部如图2-2-1所示,主要包括电池单体、BMS系统、接触器、控制电路、检测器、冷却水管、加热器等.如图2-2-2所示.

图2-2-2动力电池组成图2-2-1动力电池整体外部２动力电池控制系统

BMS是电池保护和管理的核心部件,它不仅要保证电池安全可靠地使用,而且要充分发挥电池的性能和延长使用寿命.在动力电池系统中,它的作用相当于人的大脑.在电池系统中,电池管理控制系统(以下简称BMS)是核心.BMS的基本功能是电压采集、温度采集、电流采集、均衡、SOC估算、绝缘监测、热管理和保护控制,测量(采集)是这一切的基础.现有技术的测量(采集)为总电流、单体电压、选择的温度监控点、绝缘电阻,部分BMS还监测总电压.总电流的采集是过流和短路保护的依据,也是估算SOC的基础,如图2-2-3所示,电流的采集通过电流传感器来实现.单体电压的采集是过充过放保护的依据,也是电池一致性监控和均衡管理的原始依据,单体电压的采集通过单体电池的电压采集线实现.温度采集主要是为了热管理,其数据也能用于电池寿命分布估算,或者热失控等安全事故的预警,温度的采集通过布置在电池组间的温度传感器实现.总电压由所有单体电压加和得到,绝缘监测和预充电保护模块需要直接采集总电压,总电压的采集通过总正总负的电压采集线实现;而绝缘监测需要在总电压采集的基础上附加接地点采集.

电池管理系统对于电池的保护,是通过发出降低使用电流的要求,让负载控制智能模块进行输出调整,或者切断充放电通路来实现的,避免电池超出许可的使用条件.切断充放电通路由总正总负继电器实现.BMS的主要功能包括数据采集、状态分析、均衡控制、热管理和安全保护.(１)数据采集

实时采集纯电动汽车动力电池中的每个电池模块的端电压、充放电电流、电池组总电压及温度等.在实际使用过程中,电池在不同温度下的电化学性能不同,导致电池所放出的能量是不同的.BMS可以通过软件分析单体电池状态,有效预测单体电池的供电性能,及时发现性能劣化的故障电池,为电池组精细维护提供测量依据,保证电池使用的安全性、可靠性.(２)状态分析

能够准确地对电池的剩余电量(SOC)和电池健康状态(SOH)这两个方面进行估测.随时预报纯电动汽车储能电池的SOC,使电池的SOC值控制在３０％~７０％的工作范围内,让驾驶人获得直接的信息,清楚剩余的电量对续航里程的影响.(３)均衡控制

受到生产制造和工作环境的影响,单体电池之间在电压、容量和内阻等性质上会有所差别,导致它们在实际使用过程中有效容量和充放电电量是不一样的,因此,为保证动力电池系统的整体性能和延长使用寿命,减少单体电池之间的差异性,对电池进行均衡控制是十分必要的.均衡控制包括主动均衡和被动均衡,两者都是为了调节电池之间电量和剩余容量的一种方式.其主要区别如表2-2-1所示.区别被动式均衡又称耗散型均衡,通过在每一个单体电池并联一个电阻分流的方式,将容量多的电池中多余的能量消耗掉,实现整组电池电压的均衡.其优点是成本低、技术难度不高、较容易实现;缺点是将电能转化为热能消耗掉,造成部分能量浪费主动式均衡又称非耗散型均衡,通过将能量高的单体电池中的能量转移到能量低的单体电池上,或用整组能量补充到能量最低的单体电池上,以达到能量均衡的目的.其优点是转换效率高;缺点是结构复杂、成本高图2-2-4所示为均衡过程分析.①

被动均衡演示(充电过程):图2-2-5所示为被动均衡演示充电过程.②主动均衡演示(充电过程):如图2-2-6所示为主动均衡演示充电过程.(４)热管理控制由于车辆空间有限,电池工作中产生的热量累积,会造成各处温度不均匀而影响电池单体的一致性,而降低电池充放电循环效率,影响电池的功率和能量发挥,严重时还将导致热失控,影响系统的安全性与可靠性.为了使电池组发挥最佳的性能和寿命,需要对电池进行热管理,将电池包的温度控制在合理的范围内,如图2-2-7所示.(５)安全保护如图2-2-8所示,安全保护主要有过充过放保护、过电流保护、过温保护、绝缘监控.１)动力电池内部条件①储电能量＞１０％(SOC);②电池温度在－２０℃~４５℃;③单体电芯温度差小于２５℃;④实际单体最低电压不小于额定单体电压０.４V;⑤单体电压差小于３００mV;图２Ｇ２Ｇ８安全保护⑥绝缘性能大于２０MQ⑦动力电池内部低压供电、通信正常;⑧电动电池监测系统工作正常(电压、电流、温度、绝缘).备注:动力电池报一级故障时无法放电.２)动力电池外部条件①BMS常电供电正常(１２V正、负极);②ON信号正常;③VCU唤醒信号正常;④CAN线通讯正常(新能源CAN线);⑤高压线束连接正常;⑥高压线束及电气设备绝缘性能大于２０MQ;⑦充电连接确认信号线或充电唤醒信号无短路(VCU到充电机或充电连接线束).备注:动力电池报一级故障时无法放电.３动力电池包主要控制系统图2-2-9所示为动力电池主要控制系统.(１)主正电路图2-2-10所示为动力电池主输出正极电路,主要保证动力电池的高压正常输出能力.(２)主负电路如图2-2-11所示为动力电池主输出负极电路,主要保证动力电池的高压正常输出能力.图2-2-10主正电路图2-2-11主负电路(３)预充电路①预充电路组成如图2-2-12所示.预充继电器:与预充电电阻组成预充电保护回路.在高电压上电过程中需对整个高压回路容性负载进行上电防瞬态冲击保护(统称预充电保护),该继电器负责预充电保护回路的通断.继电器的通断由BMS监管控制.预充电阻:与预充电继电器组成预充电保护回路.通常选择范围为33--100Ω的功率型预充电阻.②预充电路的保护作用: