《动力电池》05动力电池充电与维护

Contents目录——电动汽车动力电池技术了解动力电池能量补给方式5-1掌握动力电池的充电过程5-2掌握动力电池维护保养5-3了解动力电池故障诊断5-3了解动力电池能量补给方式5-1与电动汽车充电模式相比，电池更换方式具有电池更换时间快、电能补充速度快、自动化程度高等特点。一、换电模式换电模式在补能效率上要高于充电模式动力电池能量补给方式5-1换电系统的主要设备包括电池箱、电池架、换电机器人、堆垛机器人等。如右图所示电动汽车自动充换电站机器人正在工作。1.换电设备电池箱是由若干单体电池、箱体、电池管理系统及相关安装结构件(设备)等组成的成组电池，具备符合标准的电池箱结构、电池箱监控设备、电池箱接插件、电池箱环控设备等。动力电池能量补给方式5-1换电过程包括两个动作，即把用过的电池箱从车上取下和将充好电的电池放进车上的电池箱位置内。但这两个动作在实现过程中需要考虑诸多的因素：首先是定位技术，其次是机器人的校正技术，最后是电池箱的识别技术，对每个电池箱进行标签识别，方便对电池的状态进行管理，确保机器人的准确操作。为发挥换电优势，换电时间应严格遵循相关技术规范，小型乘用车的换电时间不大于5min，大型公交车换电时间不大于10min。一种换电机器人示意图动力电池能量补给方式5-12.换电方式和过程3.换电站建设电池更换站作为一种民用、公用设施，其在站址的选择方面首先应当遵循规划相协调的原则。其次，针对电池更换站的大用电量、大谐波的特点，电池更换站规划布局应充分考虑其所在电网运行特点和容量。再次，电池更换站的布局应当充分考虑用户需要，科学合理地规划服务半径和服务能力。动力电池能量补给方式5-1二、充电模式由于换电模式前期投资巨大，其电池安全性与责任界定困难，同时不同的电池标准导致换电运营商与汽车生产商合作困难。现阶段电动汽车的能源补给方式以充电模式占优。截至2021年底TOP10公共充电桩站保有量（台）动力电池能量补给方式5-1根据给电动汽车蓄电池充电时的能量转换方式的不同，充电机可分为传导式和感应式。传导式感应式1.充电连接方式传导式是将一根带插头的交流动力电缆线直接插到电动汽车的插座中给电池充电。感应式是通过电磁感应耦合的方式进行能量转换而给电池充电的。动力电池能量补给方式5-1充电站充电桩车载充电机2.充电设施新能源汽车充电系统的主要组成部分：充电桩和车载充电机。电动汽车充电设施可以分为充电桩、充电站两大类。小知识新能源汽车供电设备指为插电式混合动力汽车和纯电动汽车充电的外部充电设备，包含所有连接交流电压且带充电插头的供电设备。动力电池能量补给方式5-1充电站充电设施一般包括供电系统、充电设备、监控系统、配套设施等，如下图所示。供电系统主要为充电设备（交流充电桩、充电机等）、监控和照明等负荷提供工作电源，主要由一次设备（包括开关、变压器及线路等）和二次设备（包括检测、保护及控制装置等）组成。充电站组成结构图动力电池能量补给方式5-13.充电运营模式运营模式资金来源优点缺点以政府为中心的运营模式来源于政府的投资运营初期所建设的充电桩较少，政府出资投到建设上的资金较少，这样在政府的政策和资金的大力支持下，电动汽车的早期商业化发展很快得到提升。仅靠政府的资金支撑来建设，没有市场竞争，建设的效率就会大打折扣以电网企业为中心的运营模式来源以电网企业为主具有完全商业化的性质。适合汽车商业化规模较大、有固定的充电用户、投资的渠道通畅。建设过程中有较好的技术支持、能源供应、网络传输优势。没有较为稳定的终端客户，会出现盲目投资的现象。缺乏相关经验，走弯路。以电动汽车生产商为中心的运营模式主要来源于汽车生产商利于把充电桩作为一种售后服务来吸引消费者，巩固消费人群的稳定。在技术、能源供给方面就会困难，不利于达到双赢。

目前国际上主流的充电桩运营模式有3种，分别为:动力电池能量补给方式5-1掌握动力电池的充电过程5-2掌握动力电池的充电过程5-2一、汽车能源补给系统1.电源系统结构纯电动纯电动汽车电源系统是由高压电源、低压电源、充电系统、高压电缆和电源管理系统、高压配电系统、热管理系统和预充电系统八个部分组成。比亚迪E5电动汽车电源系统结构图2.主要电源部件为了使电动汽车有更好的驾驶性能和更远的续航里程，纯电动汽车的高压电源是由几十甚至几百个电池单体经过串并联而成的动力电池包。其功能为储存能量和释放能量。1）高压电源（动力电池包）2017款比亚迪E5动力电池包采用单体容量为70AH的磷酸铁锂电池串联而成，其单体电压3.3V；电池包内部含有2个分压接触器、1个正极接触器、1个负极接触器、采样线束、电池模组连接片和链接电缆等。以比亚迪E5为例，电源系统主要部件包括：掌握动力电池的充电过程5-2比亚迪E5电动汽车电池包结构2）低压电源比亚迪E5低压电源是由车载12V磷酸铁锂电池和DC/DC变转器（集成于高压电控总成内）并联提供的。DC-DC变换器替代了传统燃油车的12V发电机，和起动电池并联给各用电器提供低压电源。DC-DC在直流高压输入端接触器吸合后开始工作，输出电压一般标称为13.8V。低压负载工作电压的范围9V-16V。超出此范围低压系统就不能正常工作，会处于欠压或过压状态。低压电源的配电方式是通过车辆点火钥匙开关将低压12V电源分配给低压负载。比亚迪E5电动汽车电池低压电源连接结构示意图掌握动力电池的充电过程5-23）高压电控总成高压电控总成，又称“四合一”，源于车辆高度集成化的设计，内部集成双向交流逆变式电机控制器模块（VTOG）、车载充电器模块（OBC）、DC-DC变换器模块和高压配电模块，另内部还装有漏电传感器。其内部模块分布如右下图所示。高压电控总成内部结构图掌握动力电池的充电过程5-2高压电缆是电动汽车特用的专用电缆，它包括高压电缆和高压电缆专用接口。其功能是保证能传大电流、大电压同时又能满足电缆散热性能、绝缘性能良好。4）高压电缆掌握动力电池的充电过程5-2二、充电系统认知及操作实训1.汽车电源系统认知先将车辆正确的停放到有交流充电设施的位置上，然后打开车辆前部充电口护盖，可以看到里面的直流与交流充电口。单击保护盖可以打开充电口，其中直流充电口为9孔，交流充电口为7孔。以比亚迪E5为例，介绍电动汽车电源系统的认知及充电操作步骤。1）充电口掌握动力电池的充电过程5-2打开前舱盖，可以看到最显眼位置的就是高压电控总成（内部装有车载交流充电装置），其后方为电池管理控制器。2）高压电控总成掌握动力电池的充电过程5-2车辆举升后，从车辆下方向上，可以看到动力电池总成，也就是动力电池包的安装位置3）动力电池总成掌握动力电池的充电过程5-22.充电操作步骤将车辆停好，检查人员绕车一周检查车辆的外观。保证车辆的挡位在P挡，将车辆进行下电操作。并打开车辆的充电口保护盖。1）车辆充电准备下电操作打开充电口掌握动力电池的充电过程5-2拿出随车的充电装置包，检查随车交流充电插头。检查车载交流充电连接线，查看连接充电线的完整性和完好性，应外观良好无破损。2）充电连接准备掌握动力电池的充电过程5-2充电准备工作完成后，将充电连接线的三相插座插到具有16安培电流通过能力的电源插座上。插上初期，充电连接线上的连接盒会出现三灯闪烁，紧接着会变成单一的绿灯电源指示灯常亮。3）充电操作掌握动力电池的充电过程5-2一段时间之后，车辆动力电池充满，此时仪表会提示“充电已结束，请断开充电枪”。4）充电完成正确断开充电连接线，关上充电口保护盖。收拾好充电连接线，并放入收纳包中，整个充电过程结束。掌握动力电池维护保养5-3根据电动车辆预防为主、定期检测、强制维护的维护原则，动力电池保养分为日常维护、一级维护、二级维护，要由专业维护人员执行。日常维护是以清洁、补给和安全性能检视为中心内容的维护作业，动力电池日常维护主要针对蓄电池电量。一级维护是除日常维护作业外，检查动力电池工作状态（主要是电池单体电压一致性），专用设备进行SOC值校准。二级维护指除一级维护作业外，更加细致的检测调整动力电池工作状况和冷却系统。封存、启用维护指车辆电池的封存和启用维护。一、电池系统保养规则1.保养基础知识掌握动力电池维护保养5-31）定义和分级2）维护周期序号维护类别营运电动汽车间隔里程/时间非营运电动汽车间隔里程/时间1日常维护每个运行工作日——2一级维护（5000-10000）公里或1个月（5000-10000）公里或6个月3二级维护（20000-30000）公里或6个月（20000-30000）公里或1年注：维护作业间隔里程/时间，以先到者为保养周期要求。小知识电动汽车在使用过程中，各零部件会产生不同程度的磨损、变形、松动、老化、腐蚀及损伤，从而导致功能异常，甚至有可能危及行车安全等情况。降低机件磨损速度，减少运行故障，使汽车具有良好的使用性和可靠性，延长使用寿命，确保行车安全。电动汽车维护保养的作用掌握动力电池维护保养5-32.保养项目及要求对动力电池外表进行清洁，保持整洁，观察故障灯状态是否正常，对蓄电池电量进行检视并补给。1）日常维护保养项目2）一级维护保养项目及要求掌握动力电池维护保养5-3动力电池系统二级维护作业项目及要求序号项目类别作业内容技术要求1蓄电池系统系统连线各部位线路固定可靠、整齐温度温度采集数据正常单体电压单体电压集数据正常，电压在规定范围内总电压系统总电压在规定范围内2电池箱冷却风扇工作状态工作正常通风冷却滤网除尘滤网无堵塞，箱体内无灰尘高压线束联接端紧固联接牢固、可靠箱体安装固定检查螺栓紧固力矩符合要求3绝缘检查正级(输入、输出)对车体绝缘电阻≧5MΩ负极(输入、输出)对车体绝缘电阻≧5MΩ4高压配电箱高压零部件工作状态高压零部件工作正常3）二级维护保养项目及要求掌握动力电池维护保养5-3将车辆停放到能够举升的准确位置上，并在周边放置好警示牌；两名保养人员配合，检查绝缘手套的完好性，检查工具的完整性，放置灭火器；打开动力舱盖，并支撑好舱盖；做好车内的保护套防护工作。二、电池保养操作实训1.保养准备掌握动力电池维护保养5-3以比亚迪E5为例为例，介绍电动汽车电源系统的（部分）常规保养。2.日常检视拆下维修开关，并放置在规定的安全位置名保养人员配合将车辆进行举升，注意过程的安全性。一名保养人员带好头盔进入到车辆下面，检查蓄电池的外观的完好性。首先检查蓄电池的底部外观情况是否良好，然后检查冷却水管与线束的完好性，最后检查蓄电池正负母线的完好性及控制线接线等的牢固性是否良好。掌握动力电池维护保养5-3使用绝缘表进行动力蓄电池的正负母线的绝缘性检查。图5-24所示绝缘表测量的读数是11G欧，绝缘性良好（国标要求绝缘电阻应当大于100Ω/V）。掌握动力电池维护保养5-33.绝缘性检查将诊断仪的连接线接到车辆的诊断座上，并接好诊断仪（已事先将维修开关插到位）；将车辆上电，打开诊断仪，进入到相应车辆的界面，选好车型；接下来，进入车辆数据流读取环节。此过程时间有些长，需要耐心等待。掌握动力电池维护保养5-34.数据读取直到所有数据检索完成，并进行相应辅助数据说明查询，了解整个蓄电池的完好性后，数据流的读取工作就算完成了（注意：在数据流读取的过程中，如果发现问题，需要及时送修）。整理好工具与仪器，移出车辆；收好车内保护套，做好保养记录。动力蓄电池保养结束。5.保养完成了解动力电池故障诊断5-4根据所出现的故障现象，分析可能的故障原因，然后对可能的故障部位逐个进行检测。一、动力电池故障分析1.常用分析方法2）直观检测法直观检查无需检测仪器和其他工具，通过人的视觉“看”、听觉“听”和触觉“摸”等方法诊断所检部位正常与否，对一些显露的可能故障部位是一种简捷有效的故障检查方法。熟悉汽车电路原理，是汽车电路故障分析及检修的基础，而掌握汽车电路分析的基本方法及要点，则有助于准确迅速地排除汽车电路的故障。动力电池系统的故障分析同样如此，下面先介绍下汽车电路故障分析一般方法。了解动力电池故障诊断5-41）直接分析法3）电压检测法电压检测法是汽车电路分析及故障检修中最常用的检测手段，它是通过电压表测量相关检测点的电压来诊断电路和部件故障与否。4）电阻检测法电阻检测法也是汽车电路分析及故障检修中最常用的检测手段，它通过欧姆表测量相关线路和部件内部电路的电阻来判断电路和部件是否正常。5）替代与排除法用一个确认良好的同类型部件替代被检测部件，看系统的工作情况。如果系统工作恢复正常，则说明该部件有故障，需予以更换；如果系统故障依旧，则该部件所连接的线路或相关部件有故障。了解动力电池故障诊断5-4车载充电器及其指示灯1）12V低压供电异常当充电机12V模块异常时，BMS、仪表等由于没有唤醒信号唤醒，无法不充电机进行通讯。以某车载充电器为例，其面板有三个指示灯：①交流电源指示灯（绿色），当接通交流电后，电源指示灯亮起；②工作状态指示灯（绿色），当充电机接通电池进入充电状态后，充电指示灯亮起；③报警指示灯（红色），当充电机内部有故障或者错误的操作亮起。检查：低压保险盒内充电唤醒的保险及继电器，以及充电机端子是否出现退针的情况。判断方式：当12V未上电，最简单的判断方式就是交流上电的时候，电池没有发出继电器闭合的声音，一般都是12V异常。了解动力电池故障诊断5-42.充电系统常见故障2）充电机检测电池电压不满足要求此问题是在充电过程中，BMS可以正常工作，但充电机工作开始前需要检测动力电池电压，当动力电池电压在工作范围内，车载充电机可以正常工作，否则充电机认为电池不满足充电的要求。3）充电机与充电桩握手不正常充电机工作过程中会检测与充电桩之间的握手信号，当判断到CC的开关断开，充电机认为此时将要拔掉充电枪，此时会停止工作，防止带电插拔，提升充电枪端子寿命。检查：当充电枪未插到位，可能出现此情况。判断方式：此情况常见的为高压插件端子退针或高压保险熔断，或者电池电压超过工作范围。4）无法充电的故障充电桩输入电压正常，由于施工时电源线不符合标准所引起无法充电的故障。了解动力电池故障诊断5-41）电池系统工作过程在进行动力电池故障分析前，要首先了解动力电池系统为整车上电以及充电的过程。了解动力电池故障诊断5-43.电池系统常见故障2）故障级别及其显示三级故障：表明动力电池性能下降，电池管理系统降低最大允许充/放电电流。二级故障：表明动力电池在此状态下功能已经丧失，请求其他控制器停止充电或者放电；其他控制器应在一定的延时时间内响应动力电池停止充电或放电请求。一级故障：表明动力电池在此状态下功能已经丧失，请求其他控制器立即（1s内）停止充电或放电。如果其他控制器在指定时间内未作出响应，电池管理系统将在2s后主动停止充电或放电。了解动力电池故障诊断5-4仪表盘故障指示灯说明了解动力电池故障诊断5-4序号故障描述常规解决方法（按照序号进行操作）1SOC异常：如无显示，数值明显不符合逻辑1.停车或者关闭车钥匙后重新启动2.检查仪表显示其它故障报警有无点亮，并做好现象记录3.联系专业售后人员进行复查，维修人员确认无误后正常使用2续航里程低于经验值1.联系维护人员，检查充放电过程，容量是否衰减，BMS控制是否正常3电池过热报警／保护1.10秒内减速，停车观察2.检查报警是否消除，检查是否有其他故障，并做好记录3.若报警或保护消除，可以继续驾驶，否则，联系售后人员4.运行中若连续3此以上出现停车，减速故障消除时，联系售后人员4SOC过低报警/保护1.SOC低于30%报警出现时减速行驶，寻找最近的充电站进行充电2.停车休息3到5分钟后行驶，检查故障是否能自动消除3.若故障不能自行解除，且仍未驶达充电站的，联系售后人员解决5电压／电流明显异常1.关闭车钥匙，迅速下车并保存适当距离2.联系专业技术人员处理6钥匙打ON/START后不工作1.检查并维护低压电源，2.若打0N后能工作，检查仪表盘上故障显示，并记录3.若打START后仍不能工作，联系专业人员7不能充电1.检查SOC当前数值；2.检查充电线缆是否按照正确方法连接；3.