新能源汽车动力蓄电池与充电系统（微课版） 课件 任务2.1新能源汽车动力电池认知与更换

主讲人：时间：新能源汽车动力电池认知与更换2025.9目录CONTENTS一、课程概述二、动力电池认知基础三、主流动力电池深度解析四、动力电池技术参数与选型五、动力电池更换安全操作规范六、动力电池回收与环保七、实训任务与考核01020304050607一、课程概述Part.01掌握新能源汽车常见动力电池的类型及优缺点。掌握新能源汽车动力电池的技术参数及其含义。掌握新能源汽车常见动力电池的工作原理与特性。知识目标能正确说出常见的不同类型的动力电池的优缺点。能正确说出常见动力电池的工作原理与特性。能正确规范地进行电动汽车的高压下电操作。能正确使用防护工具套装进行动力电池包的拆装。能够进行动力电池包的外观检查。技能目标培养学生具备知识迁移能力。培养学生具备高压安全操作能力和职业素养。培养学生小组合作、合理分工，共同协作完成工作任务的能力。培养7S、安全、环保等职业素养。素质目标课程目标主要教材王玉彪，石功名.新能源汽车动力电池系统及充电系统[M].北京：机械工业出版社，2023年.课程资源比亚迪秦EV纯电动汽车实车动力电池相关教学挂图、视频、动画参考资料二、动力电池认知基础Part.02近代电池发展早期电池发展现代电池发展0102031990年前后：发明了锂离子电池。1991年：锂离子电池实现商品化。1995年：发明了聚合物锂离子电池（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）。1999年：聚合物锂离子电池开始商品化。1836年：丹尼尔电池诞生。1859年：铅酸电池发明。1883年：氧化银电池发明。1888年：电池实现商品化。1899年：镍-镉电池发明。1901年：镍-铁电池发明。第二次世界大战后：电池技术进入快速发展时期，发展了碱性锌锰电池。1951年：实现了镍-镉电池的密封化。1958年：Harris提出采用有机电解液作为锂一次电池的电解质。20世纪70年代初期：锂一次电池实现军用和民用。20世纪80年代：镍-镉电池得到迅速发展。电池的发展史接收和储存电能：接收由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的电能。提供电能：为驱动电机和其他高压用电设备提供电能，类似于燃油车的油箱。动力电池的作用安装环境要求：尽可能放在清洁、阴凉、通风、干燥的地方并避免受到阳光直射，远离热源；应当水平安装放置，不可倾斜；电池组间应有冷却装置。常见安装位置：车辆底盘下面（纯电动车底盘紧凑，电池较大，基本在此位置）；后座后面或后备箱、后排座椅下面（混合动力电池较小，一般在此位置）。不同类型的电动汽车略有不同。动力电池安装位置及要求动力电池的作用与安装位置铅酸电池结构与原理：极板是用铅合金制成的格栅，电解液为稀硫酸，两极板均覆盖有硫酸铅。充电后，正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅，负极处硫酸铅转变金属铅；放电时则发生反方向的化学反应。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V，能放电到1.5V，能充电到2.4V。应用中常串联组成12V、24V、36V、48V等。特点：技术成熟，生产成本较低，能够高倍率放电，放电时电动势较稳定；比能量、比功率和能量密度都很低；对环境腐蚀性强，存在硫化现象；常用的12V铅酸蓄电池主要分为普通蓄电池、干荷蓄电池、湿荷蓄电池和免维护蓄电池，目前汽车上主流使用免维护电池。在主流纯电动汽车上，仅作为辅助启动电源，给12V用电器供电。锂电池定义：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，锂离子的移动不伴随化学反应，这是其最大特点，使其比传统二次电池寿命更长。优点：单体标准电压高达3.6V（是镍氢电池的3倍，铅酸电池的近2倍）；重量轻，比能量大（高达150W.h/Kg，是镍氢电池的2倍，铅酸电池的4倍）；体积小，高达400W.h/L（体积是相同能量铅酸电池的二分之一）；循环寿命长（循环次数可达2000次，以容量保持60%计算电池组100%充放电循环次数可达1200次以上，使用年限可达6-7年）；自放电率低（每月不到5%，是镍氢电池的六分之一）；允许工作温度宽，低温性能好（可在-20~60℃之间工作）；无记忆效应；基本不存在有毒物质，无污染，绿色环保；主要材料锂、锰、铁等在我国是富产资源，材料保证和成本控制有优势；我国小功率锂离子电池已产业化，锂离子动力电池技术达到国际先进水平，产业化条件基本成熟。常见类型：按正极材料分类有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、三元锂（镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O₂）；按电解质分类有液态锂离子电池（LIB）、聚合物锂离子电池（LIP）。镍氢电池概述：早期镍镉电池的替代品，是较环保的电池之一，以能吸收氢的金属代替镉，消除重金属污染问题。特点：能量密度比较大，能延长车辆行驶时间；放电特性平稳，放电曲线平滑，发热量小；电化学特性与镍镉电池基本相似，但“记忆效应”大大减少；具有较高的自我放电效应（约每月30%或更多），充得越满自放电速率越高，电量下降到一定程度时自放电速率稍下降，存放温度对自放电速率影响大，长时间不用最好充到40%半满状态；成本较高；单体电压低（1.2V）；对环境温度敏感。在混合动力汽车上应用广泛。燃料电池定义：一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，通常限制在电厂和叉车等工业领域使用。氢燃料电池基本原理：电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。电子达到阴极后，与氧原子和氢离子重新结合为水。只要不断给阳极供应氢，给阴极供空气，并及时带走水蒸气，就可以不断提供电能。超级电容器定义：介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，既具有电容器快速充放电的特性，又具有电池的储能特性。通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量。工作原理：当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极表面形成双电层电容器。分类：根据电极材料的不同，可分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。石墨烯电池石墨烯特性：由碳原子紧密堆积而成的二维晶体，是目前已知最薄也最坚硬的纳米材料。具有超薄、超轻、超柔韧、超高强度、超强导电性、优异的导热和透光性等特性，在诸多领域有广阔应用潜能，被称为“黑金”、“新材料之王”。是电和热能的有效导体，极轻的化学惰性，具有较大的表面积。石墨烯电池原理：利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性开发出的新能源电池。可制造轻便、耐用、适用于高容量储能的电池，缩短充电时间，延长电池寿命，在不需要常规电池使用的碳量的情况下增加电导率。动力电池的分类及特点三、主流动力电池深度解析Part.03磷酸铁锂电池的结构组成部分：一般包括正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、PTC（正温度控制端子）、电池壳等。正极材料、负极材料、电解质以及隔膜的不同或者工艺不同，对电池的性能和价格有决定性影响。简称LFP。磷酸铁锂电池的工作原理充电过程：电池充电时，正极中的锂离子脱出来，经过电解液、穿过隔膜进入到负极材料中。放电过程：电池放电时，锂离子又从负极中脱离出来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中。磷酸铁锂电池的劣势导电性差、锂离子扩散速度慢：高倍率充放电时，实际比容量低。振实密度较低：一般只能达到0.8-1.3g/cm³。一致性问题严重：单体磷酸铁锂电池寿命超过2000次，但制作出来的电池一致性不佳，影响电池组的使用性能和整体寿命。低温性能差：0℃时的容量保持率约为60-70%，-10℃时为40-55%，-20℃时为20-40%。制造成本高：材料加工性能不好，涂敷量低；单体电压3.2V，比锰酸锂、钴酸锂电池低20%左右，对于同样的电池组总电压，单体电池要多用20%，导致电池组成本上升。磷酸铁锂电池的优势超长寿命：室温下充放电循环寿命可达2000次，容量保持率80%以上，是铅酸电池5倍，镍氢电池的4倍，钴酸锂电池4倍，锰酸锂电池4-5倍左右。安全性高：磷酸根化键结合力强，结构稳定，不易释放氧气。高温下稳定性可达400℃以上，保证了电池内在的高安全性；不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。环保且不需要稀有金属：不含任何（锂除外）重金属或稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHs规定，为环保电池。充电速度快，自放电少，无记忆效益：可大电流快速充放电，在专用充电器下，2C充电30分钟内即可使电池充满95%，起动电流可达2C；自放电少；无记忆效应。体积小，重量轻：体积是相同容量铅酸电池的2/3，较镍氢电池体积小；重量是相同容量铅酸电池的1/3，镍氢电池的2/3左右。电池单体电压高，放电平台稳定：单体电池单体为3.2V，电池组可靠性高，可作大电流高功率充放电，10C充放电效率达到96%以上，容量保持率90%以上，可实现10C放电。磷酸铁锂电池全称：三元聚合物锂电池，是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O₂）三元正极材料的锂电池。三元材料组成：通常表示为LiNixCoyMnzO₂，其中x+y+z=1。依据3种元素的摩尔比不同，有333型（1:1:1）、523型（5:2:3）、811型（8:1:1）等，均属于六方晶系的α-NaFeO₂型层状岩盐结构。三元锂电池的结构01活性元素：镍钴锰三元材料中，3种元素的主要价态分别是+2价（Ni）、+3价（Co）和+4价（Mn），Ni为主要活性元素。充放电反应及电荷转移：（此处可结合参考内容中的图2-1-12和图2-1-13进行讲解，描述锂离子在充放电过程中的嵌入和脱嵌，以及电子的转移）。三元锂电池的基本原理02充电规范：用配套的充电器，将三元锂电池充满后，辅充一个小时；放电到还剩20%左右再充电，避免过度放电；尽量一次充满。充电终止电压：单节锂电池的最高充电终止电压为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子丢失太多而使电池报废。应采用专用的恒流、恒压充电器，先恒流充电至4.2V后，转入恒压充电模式；当恒压充电电流降至100mA时，停止充电。放电终止电压：单节锂电池的放电终止电压通常为3.0V，最低不能低于2.5V。放电时间（小时）=电池容量/放电电流，放电电流（mA）不应超过电池容量的3倍。三元锂电池的正确充电方法03能量密度：三元锂＞磷酸铁锂。价格优势：磷酸铁锂＞三元锂（注：参考内容中此处描述为“价格优势：三元锂＞钴酸锂＞锰酸锂＞磷酸铁锂”，根据常识及市场情况，磷酸铁锂通常价格更具优势，此处可能为原文表述误差，按更合理情况调整）。安全性：磷酸铁锂＞三元锂。循环寿命：磷酸铁锂＞三元锂。三元锂电池与磷酸铁锂电池性能对比04三元锂电池刀片电池的技术特点体积利用率高：通过结构创新，将电池的电芯设计成扁平长方体，成组时可以跳过“模组”，大幅提高了体积利用率，在同等体积内嵌入更多电芯。能量密度高：由于体积利用率提高了50%以上，使得电池的续航里程能够提升50%以上，达到了高能量密度三元锂电池的同等水平。安全性好：是磷酸铁锂电池的升级版，磷酸铁锂电池的安全性能更好，穿刺不会爆炸，过充时不会起火燃烧。循环寿命长：磷酸铁锂电池的循环次数更多，寿命更加长。制造工艺简单：电芯长度成组后是电池包的宽度，电芯的高度成组后是电池包的厚度，电芯的厚度成组后是电池包的长度，可根据车型电池布局灵活定制体积大小，充分利用底盘空间。单体电池本身可承担机械加强作用，节省物料、人工费用等，使电池包制造工艺简单化，制造成本大幅降低。续航表现好：能够克服自身阻力所消耗的能源降低，使汽车的续航里程进一步增加，提高续航能力。刀片电池的应用首先搭载于比亚迪“汉”车型。比亚迪刀片电池（磷酸铁锂电池升级版）四、动力电池技术参数与选型Part.04电压参数容量参数功率参数循环寿命自放电率标称电压（额定电压）：电池工作时的标准电压。如铅酸电池单格2.0V，镍氢电池1.2V，磷酸铁锂电池3.2V，三元锂电池3.6V。充电终止电压：电池充电时所能达到的最高电压，超过此电压可能损坏电池。如三元锂电池单节最高4.2V。放电终止电压：电池放电时不允许低于的最低电压，低于此电压可能损坏电池。如三元锂电池单节通常为3.0V，最低不低于2.5V。电池容量：指电池存储电能的多少，通常用Ah（安时）表示。常用的有额定容量、实际容量。能量密度：单位体积或单位质量电池所存储的能量，单位为Wh/L（体积能量密度）或Wh/kg（质量能量密度）。是衡量电池性能的重要指标，直接影响车辆续航里程。比功率：单位质量的电池所输出的功率，单位为W/kg。影响车辆的加速性能和爬坡能力。充放电倍率（C率）：充放电电流相对于额定容量的倍数。如1C放电表示用电池额定容量大小的电流放电，1000mAh电池1C放电电流为1000mA。指电池在正常充放电条件下，容量衰减到规定值（通常为额定容量的80%）前所经历的充放电循环次数。是衡量电池耐久性的重要指标。指电池在存放过程中，在没有外部电路的情况下，自身电量损失的速率，通常用每月或每天损失的百分比表示。动力电池主要技术参数纯电动汽车：对能量密度、续航里程要求较高，可考虑三元锂电池或高能量密度磷酸铁锂电池（如刀片电池）。混合动力汽车：对功率密度、循环寿命有一定要求，镍氢电池、磷酸铁锂电池应用较多。商用车辆（如公交车、卡车）：对安全性、循环寿命、成本较为敏感，磷酸铁锂电池应用广泛。车辆类型与用途+续航里程：主要取决于电池能量密度和总容量。动力性能：与电池的功率密度、放电倍率相关。安全性：不同电池类型安全性差异较大，如磷酸铁锂电池安全性高于三元锂电池。使用寿命：循环寿命是重要指标。性能要求+电池成本占电动汽车总成本比例较高，需考虑电池本身成本、更换成本等。磷酸铁锂电池通常在成本上更具优势。成本因素+温度适应性：不同电池在高低温环境下性能表现不同，如三元锂电池低温性能相对优于磷酸铁锂电池（传统磷酸铁锂，刀片电池有所改善）。振动、冲击等：车辆运行环境对电池结构稳定性要求。环境适应性+动力电池选型考量因素五、动力电池更换安全操作规范Part.05人员安全防护人员防护套装：绝缘手套、绝缘鞋、护目镜、安全帽等。禁止行为：禁止在车辆上电高压情况下检查与更换电池包；禁止在带电状态下触碰任何带安全警示标志的部件；禁止徒手触摸所有橙色的线束。设备及工具准备设备：比亚迪秦EV实车1辆、工位防护套装1套、人员防护套装1套、数字式交直流万用表1套、汽车专用故障诊断仪1套、电池升降平台1台。工具：套筒扳手、扭力扳手等常用汽车维修工具。场地准备任务实施前，检查实训场地和设备设施是否存在安全隐患，及时报告处理。用实车时，在车辆周围围上隔离带，并摆上注意安全提示牌。建立安全操作环境。安全防护与准备车辆准备铺设一次性五件套，车辆下电，将车辆钥匙存放在安全处。打开前机舱，铺设前机舱翼子板垫。断开低压蓄电池断开蓄电池负极，负极电缆接头用绝缘胶布包好。蓄电池负极桩头用盖子盖好或用绝缘胶布包好。高压电容器放电放置车辆5～10min，对新能源汽车的高压电容器进行放电。高压母线验电与绝缘断开前机舱动力电池包母线进行验电，断开动力蓄电池母线后，对动力电池的母线进行验电，如果母线有残余电荷，需用放电设备进行放电，确保动力蓄电池母线无电。验电完毕，将动力电池包母线接插件用盖子盖好或用绝缘胶布包好。01020304高压下电操作流程车辆举升调节举升机举升臂位置，和臂上的垫块对准车辆的举升点。按下举升按钮，当汽车被举起时，观察车辆是否水平托举。当车辆离地面5厘米至10厘米时停下，检查车辆是否被平稳托举、晃动车辆是否牢固无偏差。确认无问题后，将车辆举升到合适高度，并拉下锁定装置。电池包固定螺栓拆卸与下放在电池包正下方准备电池包升降台，升降台需要升至电池包的高度托举电池包。佩戴绝缘手套，使用套筒卸掉动力电池与车身固定螺栓，将电池包拆放至升降台。缓慢将电池包升降台降至合适高度后，拉出车辆举升工位并将电池包放置专用工位，设置安全警示牌及隔离栏。电池包外观检查与附件拆卸围绕动力电池总成四周检查外观。拆下电池包托盘底部安装的四周的护板。拆下电池包低压接插件及高压接插件（高压需佩戴绝缘手套）。用万用表检查检测电池包是否漏电（需佩戴绝缘手套）：将万用表正极分别搭在电池正负极引出，负极搭车身地。正常值为10V以下。若过大请不要拆卸，检查漏电原因和地方，排除问题后再进行操作。排空动力电池总成冷却液。拆卸动力电池总成搭铁线或等电位线。动力电池包拆卸步骤上电测试车辆下放与冷却液添加更换正常的动力电池包，将电池包拖到车辆下方后初步对准。慢慢举升电池包（注意高低压插头和水管）。举升到合适位置停下对准所有螺丝孔位。新电池包就位电池包固定与附件连接使用合适工具前带上所有螺母，全部带上完毕后打紧螺栓，拧紧至规定力矩（对角装螺丝）。再安装高低压插头和水管，最后安装电池包搭铁。降下车辆后，添加同型号同规格的防冻液至合适高度。连接蓄电池负极上电，车辆正常上电故障排除。动力电池包安装步骤01正确下电确保高压系统完全断电，是保障操作安全的前提。包括断开低压蓄电池、等待电容放电、验电等关键步骤。02正确拧紧所有固定螺栓至规定力矩电池包固定螺栓需按规定力矩对角拧紧，确保电池包安装牢固，防止松动异响或安全隐患。更换过程中的重难点任务完成后，将使用的工具量具清理干净，放回原位。完成情况：已完成□未完成□清理及整理工具量具02任务实施前检查场地设备安全，设置隔离带和警示标志。完成情况：已完成□未完成□建立安全操作环境01清理车辆内外，将举升机、电池升降平台等设备复原。完成情况：已完成□未完成□清理及复原设备03废弃物品按环保要求分类回收处理。完成情况：已完成□未完成□物品回收和环保05打扫实训场地卫生，保持环境整洁。完成情况：已完成□未完成□清理场地04填写实训工单，记录操作过程和结果，检查无误后提交。完成情况：已完成□未完成□完善和检查工单067S现场管理六、动力电池回收与环保Part.06资源循环利用动力电池中含有锂、钴、镍、锰等金属资源，回收可实现资源的循环利用，减少对原生矿产资源的依赖。环境保护废旧动力电池若处置不当，可能导致重金属泄漏、电解液污染等环境问题。回收处理可避免环境污染。动力电池回收的重要性0203040106070805遵守法律法规遵循国家关于危险品处理的相关法律法规，如《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等。资源节约和循环利用鼓励对可回收材料进行再利用，减少资源浪费。确保安全在回收处理过程中，应采取措施确保安全，避免火灾、爆炸和有毒气体排放。专业公司处理选择具有专业技术和设备的公司进行回收再利用或安全处理。溯源管理建立信息化生产过程管理体系，实现动力蓄电池的溯源管理，确保每个环节都可追溯。区分梯次利用和拆解回收根据电池的具体情况，决定是进行梯次利用（如用于储能、低速电动车等）还是拆解回收（提取金属材料）。环境保护采取措施避免环境污染，如使用封闭式设备、防止废气废液排放等。规格统一在回收时，对不同规格的动力电池进行统一处理，降低拆解难度和风险。动力电池回收处理注意事项从报废车辆或电池生产企业、维修企业等收集废旧动力电池。收集对收集的废旧电池进行分类，检测其剩余容量、健康状态等，判断其是否适合梯次利用。分类与检测适合梯次利用的电池：进行重组、测试后用于其他领域。不适合梯次利用的电池：进行拆解，提取有价值的金属和材料。对拆解后的材料进行处理，实现金属等资源的再生；对废弃物进行环保处置。材料再生与处置梯次利用或拆解动力电池回收流程简介七、实训任务与考核Part.07一辆比亚迪秦EV纯电动汽车的动力电池包剐蹭，造成电池包有凹陷，高压不上电，请拆卸并更换动力电池包。任务描述能正确规范地进行电动汽车的高压下电操作。能正确使用防护工具套装进行动力电池包的拆装。能够进行动力电池包的外观检查。培养7S、安全、环保等职业素养。实训目标|步骤|记录内容|完成情况记录（是/否）||----|----|----||1|铺设一次性五件套，车辆下电，将车辆钥匙存放在安全处。|||2|打开前机舱，铺设前机舱翼子板垫。|||3|断开蓄电池负极，负极电缆接头用绝缘胶布包好。蓄电池负极桩头用盖子盖好或用绝缘胶布包好。|||4|放置车辆5～10min，对新能源汽车的高压电容器进行放电。|||5|断开前机舱动力电池包母线进行验电，断开动力蓄电池母线后，需要对动力电池的母线进行验电，如果母线有残余电荷，需用放电设备进行放电，确保动力蓄电池母线无电。|||6|验电完毕，将动力电池包母线接插件用盖子盖好或用绝缘胶布包好。|||7|调节举升机举升臂位置，和臂上的垫块对准车辆的举升点。|||8|按下举升当汽车被举起时，观察车辆是否水平托举。|||9|当车辆里地面5厘米至10厘米时停下，检查车辆是否被平稳托举、晃动车辆是否牢固无偏差。|||10|确认无问题后，将车辆举升到合适高度。并拉下锁定装置。|||11|围绕动力电池总成四周检查外观。|||12|拆下电池包托盘底部安装的四周的护板。