動力電池梯次利用技術(shù)項目二新能源汽車動力電池及其管理技任務一鋰離子電池學習目標一、知識目標1.了解鋰離子電池的構(gòu)成及電池工作原理。2.掌握鋰離子電池的分類方法。3.了解鋰離子電池的優(yōu)缺點。4.了解鋰離子電池的充放電特性。二、技能目標1.能正確識別各種鋰離子電池。2.能夠熟悉鋰離子電池的主要性能。3.能正確使用數(shù)字萬用表對鋰離子電池進行電壓測量和正負極判別。三、素養(yǎng)目標1.正確認識自身崗位職責，愛崗敬業(yè)。2.嚴守崗位操作規(guī)程，保證工具、設(shè)備的安全使用。3.養(yǎng)成定期反思與總結(jié)的習慣，改進不足。4.培養(yǎng)好奇心，增強創(chuàng)新意識，弘揚創(chuàng)新精神。5.培養(yǎng)民族自信心，弘揚愛國精神。6.嚴格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理。學習目標一名客戶第一次來到4S店想要購買一臺比亞迪漢汽車，由于了解到比亞迪漢汽車使用的是刀片電池，因此對刀片電池很感興趣。刀片電池其實是鋰離子電池的一種，作為一名銷售顧問，請你為客戶介紹鋰離子電池的基本知識。任務導入目錄鋰子電池的結(jié)構(gòu)01.鋰離子電池的分類02.鋰離子電池的充放電特性03.鋰離子電池的特點04.conents相關(guān)知識鋰離子電池認知，鋰離子電池的測量任務實施鋰離子電池的結(jié)構(gòu)01PARTONE鋰離子電池是以鋰離子嵌入化合物為正極材料的電池的總稱。鋰離子電池因正、負極材料不同而性能有所差異。1.常用的正極材料有：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）等材料；2.負極材料主要有：碳材料、在研發(fā)的錫基、硅基合金類等材料。目前，電動汽車所采用的鋰離子動力電池主要由電池包構(gòu)成，電池包的組成結(jié)構(gòu)如圖。鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)電池包的組成鋰離子單體電池組成結(jié)構(gòu)鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)鋰離子單體電池結(jié)構(gòu)基本相同，主要由正極、負極、隔離膜、電解液和殼體等組成。以圓柱形鋰離子電池為例，單體電池組成結(jié)構(gòu)如圖。由碳材料與黏合劑的混合物，加上有機溶劑調(diào)和制成為糊狀，并在銅基體上涂覆薄層形成。正極在錳酸鋰離子電池中以錳酸鋰為主，磷酸鐵鋰離子電池中以磷酸鐵鋰為主，在鎳鈷鋰離子電池中以鎳鈷鋰為主，在鎳鈷錳鋰離子電池中以鎳鈷錳鋰為主。鋰離子單體電池結(jié)構(gòu)負極電解液是由一種或幾種碳酸酯類溶劑組成，溶解有六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰(LiClO4)、六氟硼酸鋰(LiBF4)等溶質(zhì)的有機電解液。隔離膜是放置于兩極之間，可以避免兩極上的活性物質(zhì)直接接觸而造成電池內(nèi)部的短路，但可以讓帶電Li+通過微孔膜形成通路，作為隔離電極的裝置。大多使用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或由PP+PE+PP三層復合而成的材料制成的多烯微孔膜。殼體包括電池外殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶等。其中，電池外殼可分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，蓋板可分為正極蓋和負極蓋，是電池的正負極引出端。鋰離子單體電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池是一種二次電池（可充電電池），主要依靠鋰離子在正負極之間的往返嵌入和脫嵌來工作，實現(xiàn)能量的存儲和釋放。鋰離子電池鋰離子電池的工作原理鋰離子電池工作原理工作原理：在放電過程中，鋰離子從負極中脫插，通過電解質(zhì)、隔膜（隔板），向正極中嵌入；在充電過程中，鋰離子從正極中脫嵌，通過電解質(zhì)、隔膜（隔板），向負極插入。充放電過程中，鋰離子來回在正負極之間遷移，因而，這樣的工作原理被形象地稱為“搖椅電池”。鋰離子電池鋰離子電池工作原理鋰離子電池的工作原理以鈷酸鋰正極、石墨負極系鋰離子電池為例：充電時：在外加電場的作用下，正極材料LiCoO2分子中的鋰脫離出來，成為帶正電荷的鋰離子（Li+），從正極移動到負極，與負極的碳原子發(fā)生化學反應，生成LiC6，從而“穩(wěn)定”地嵌入到層狀石墨負極中放電時:內(nèi)部電場轉(zhuǎn)向，Li+從負極脫嵌，從電解液移動回到正極，重新成為鈷酸鋰分子LiCoO2。如圖鋰離子電池鋰離子電池的工作原理鈷酸鋰電池充放電原理鋰離子電池正極反應：充電時鋰離子脫嵌，放電時鋰離子嵌入。充電時：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-放電時：Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2鋰離子電池負極反應：充電時鋰離子嵌入，放電時鋰離子脫嵌。充電時：xLi++xe-+6C=LixC6放電時：LixC6=xLi++xe-+6C鋰離子電池鈷酸鋰電池充放電原理鋰離子電池的工作原理充電時總反應??????????2+6??=????1?????????2+????????6放電時總反應：????1?????????2+????????=??????????2+6??鋰離子電池鋰離子電池的工作原理鈷酸鋰電池充放電原理鋰離子的分類02PARTTWO圓柱形電池鋰離子電池的分類(按形狀分）一般按照鋰離子電池的外形分為圓柱形、方形、紐扣形、軟包裝結(jié)構(gòu)等。方形電池紐扣電池軟包鋰離子電池1.圓柱形鋰離子電池圓柱形鋰離子電池由于其體積及容量較小，此結(jié)構(gòu)一般為液態(tài)鋰離子電池所采用，也是最古老的結(jié)構(gòu)之一，偶爾在較早的手機上還能找到它的影子，大多數(shù)用在筆記本電腦的電池組里面。在汽車動力電池中，則需要很多電池并聯(lián)、串聯(lián)組成電池組，如美國特斯拉電動汽車ModelS，其動力電池采用的是7000多節(jié)型號為18650鋰離子電池，如圖鋰離子電池的分類(按形狀分）圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)2.方形鋰離子電池方形硬殼鋰離子電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料，內(nèi)部采用卷繞式或疊片式工藝，結(jié)構(gòu)較為簡單，不像圓柱電池采用不銹鋼作為殼體及具有防爆安全閥等附件，因此整體附件重量較輕、可靠度較高及相對能量密度也較高。大多數(shù)方形電池都是聚合物鋰離子電池。因為聚合物延展性好的原因，所以可以做出很多形狀，并隨意調(diào)整鋰離子電池的長寬高。鋰離子電池的分類(按形狀分）方形鋰離子電池結(jié)構(gòu)3.紐扣形鋰離子電池紐扣形鋰離子電池通常也是小容量的可充電電池，主要應用在電腦主板、MP3手表、計算器、IC卡、電子詞典、藍牙耳機、手搖充電手電筒、玩具對講機等產(chǎn)品中。優(yōu)點：溫度使用廣泛，密封性能好，貯存時間長，放電電壓平穩(wěn)等鋰離子電池的分類(按形狀分）紐扣形鋰離子電池結(jié)構(gòu)4．軟包鋰離子電池軟包鋰離子電池也稱為聚合物電池，是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼，外面包裹鋁塑膜的電池。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用了疊加的制造方式，結(jié)構(gòu)如圖鋰離子電池的分類(按形狀分）軟包鋰離子電池4．軟包鋰離子電池鋰離子電池的分類(按形狀分）序號優(yōu)勢說明1安全性能好發(fā)生安全問題時，軟包軟包電池一般會鼓氣裂開，而不像鋼殼或鋁殼電芯那樣發(fā)生爆炸。2重量輕軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%，較鋁殼鋰電池輕20%。3內(nèi)阻小軟包電池的內(nèi)阻較鋰電池小，可以極大的降低電池的自耗電。4循環(huán)性能好軟包電池的循環(huán)壽命更長，100次循環(huán)衰減比鋁殼少4%～7%。5設(shè)計靈活外形可變?nèi)我庑螤睿梢愿?，可根?jù)客戶的需求定制，開發(fā)新的電芯型號。軟包鋰離子電池的優(yōu)勢鈷酸鋰電池優(yōu)點：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出缺點：安全性差、成本非常高錳酸鋰電池優(yōu)點：成本較低、生產(chǎn)工藝簡單、熱穩(wěn)定性好、

耐過充性好、放電電壓平臺高、安全性高缺點：材料本身不太穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氣體VS鋰離子電池的分類（按正極材料分類）磷酸（亞）鐵鋰電池優(yōu)點：便宜，環(huán)保性能良好，對環(huán)境污染小、穩(wěn)定缺點：最高單體電壓3.4V的，難滿足市場需求鎳鈷錳三元電池優(yōu)點：比容量較高缺點：暫無明顯性缺陷VS鋰離子電池的分類（按正極材料分類）固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導率低，適于高溫使用。鋰離子電池的分類（按電解質(zhì)材料分類）凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導率，使電池可在常溫下使用。聚合物正極材料的鋰離子電池采用導電聚合物作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍，是最新一代的鋰離子電池。鋰離子電池的充放電特性03PARTTHREE涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2涓流充電用來先對完全放電的電池單元進行預充(恢復性充電)。在電池電壓低于3V左右時采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的1/10即0.1C(單體恒流充電電流為2200mA，涓流充電電流為220mA)。涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時，提高充電電流進行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,視電池正極材料設(shè)定此電壓為3.0-4.2V。涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2當電池電壓上升到4.2V時，恒流充電結(jié)束，開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少，當減小到0.01C時，認為充電終止。涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2有兩種充電終止方法：采用最小充電電流判斷或采用定時器或者兩者的結(jié)合。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流小于0.02C時終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時計時，持續(xù)充電兩個小時后終止充電過程。過充電過充電時過充電時，若在恒流階段發(fā)生，由于電流強度大，電壓、溫升、內(nèi)壓持續(xù)升高，以4V鋰離子動力電池為例，電壓達到4.5V時，溫升40℃，塑料殼體變硬；電壓達到4.6V時，溫升可達60℃，塑料殼體形變明顯并不可恢復，若繼續(xù)過充，氣閥打開、溫升繼續(xù)升高、不可逆反應加劇。不可逆反應加劇氣閥打開殼體變形溫度升高放電當電池荷電狀態(tài)（SOC）大于20%時，電池恒流放電，當電壓下降至2.5V，轉(zhuǎn)入恒壓放電。接近終止電壓時停止放電馬尾下降階段電化學平衡放電初始，電壓陡然跌落過放電過放電時在放電后期，電壓接近馬尾曲線，動力電池組中動力電池單體容量是正態(tài)分布，電壓分布很復雜，容量最小的動力電池單體電壓跌落最早、最快，若這時其他動力電池單體電壓降低不是很明顯，小容量動力電池單體電壓跌落情況被掩蓋，將造成小容量動力電池單體被過度放電。

等同報廢

失效速率極快不可恢復活性材料喪失鋰離子電池的特點04PARTFOUR鋰離子電池比能量目前可達到120～200W·h/kg，單位質(zhì)量能存儲更多能量，是鎳氫動力電池的1.5倍，為目前常用動力電池中能量密度最高的電池。02比能量高鋰離子電池的優(yōu)點鋰離子電池的平均工作電壓為3.6V，是鎳鎘動力電池和鎳氫動力電池工作電壓的3倍，單位質(zhì)量能釋放更高功率。01比功率高由于使用高電負性的含金屬元素鋰電極，磷酸鐵鋰離子電池標稱電壓為3.20V，錳酸鋰和鈷酸鋰離子電池高達3.60V，組合使用的動力電池單體數(shù)少。03工作電壓高在非使用狀態(tài)下儲存幾乎不發(fā)生化學反應，相當穩(wěn)定。因為鋰離子電池在首次充電過程中會在負極上形成一層固體電解質(zhì)界面膜，只允許離子通過而不允許電子通過，因此可以較好地防止自放電。04自放電低在正常應用過程中，沒有副反應發(fā)生，鋰離子電池充放電的庫侖效率可以達到100%，能量轉(zhuǎn)換效率要高于鎳氫動力電池。05充電效率高鋰離子電池的優(yōu)點磷酸鐵鋰離子電池的循環(huán)壽命正常達到2000次以上，高的達到4000次以上，國外研究者已經(jīng)開發(fā)出壽命達到8000次以上的鋰離子電池。在低放電深度下可達幾萬次，性能領(lǐng)先。06循環(huán)壽命長鋰離子電池中不使用鎘、鉛及水銀等危害環(huán)境的有害物質(zhì)。雖然根據(jù)鋰離子電池的正極材料不同，有些可能含有鎳、鈷等重金屬物質(zhì)，比如三元電池。然而這些重金屬物質(zhì)的含量很小，所以總體來說，鋰離子電池對環(huán)境的影響是很小的。08對環(huán)境污染小鎳鎘動力電池的記憶效應最為嚴重，鎳氫動力電池存在輕微的記憶效應。而鋰離子電池可以隨時充放電而不影響其容量和循環(huán)壽命?？梢愿鶕?jù)要求隨時充電，不會降低鋰離子電池性能。07無記憶效應鋰離子電池的缺點1.安全性問題鋰離子電池內(nèi)部采用的為易燃的有機電解液體系，鋰的活潑性又非常好，仍然存在較大安全隱患。2.低溫性能差鋰離子電池的電解液為有機體系，使其低溫性能受限。目前還沒有能夠滿足車輛低溫性能的鋰離子電池。3.過放電能力差鋰離子電池在過放電過程中，電極結(jié)構(gòu)被破壞，部分物質(zhì)分解，鋰離子電池性能無法恢復。4.過充電能力差當鋰離子電池的充電電壓超過一定值時，電解質(zhì)等會發(fā)生分解，產(chǎn)生大量熱，鋰離子電池將失效。5.管理系統(tǒng)復雜必須管理到每個鋰離子電池的單體電池，否則一旦有鋰離子電池單體出現(xiàn)過充電或過放電，就容易造成整個鋰離子電池組失效或安全性問題。不同材料鋰離子電池的特點材料三元鋰磷酸鐵鋰錳酸鋰鈷酸鋰能量密度（W·h/kg）150~200100～110100150~160單體標稱電壓（v）3.83.23.73.6循環(huán)壽命（次）20001500～2000600～1000300安全性較差好較好差成本低高最低較高優(yōu)點①比容量高②循環(huán)壽命長③價格低廉①安全性好②循環(huán)壽命長③無毒環(huán)保④循環(huán)性能好①資源豐富②成本低③安全性好④容易制備①工作電壓高②適合大電流放電③比能量高④電導率高缺點①首次充放電效率低②高溫安全性差③電池組體積大①低溫性能差②理論容量不高③室溫電導率低①高溫性能差②循環(huán)性能差①價格昂貴②抗過充電性差③安全性能差④有污染性各種鋰離子電池性能對比表磷酸鐵鋰電池錳酸鋰電池鈷酸鋰電池三元鋰電池理論知識小結(jié)01鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)工作原理理論知識小結(jié)02鋰離子電池的分類按形狀分類按正極材料分類按電解質(zhì)材料分類03鋰離子電池的特點優(yōu)點缺點不同材料鋰離子電池的特點04鋰離子電池的充放電特性充電過充電放電過放電鋰離子電池認知鋰離子電池的測量任務實施鋰離子電池的測量（二）場地設(shè)備準備任務實施前需要做好場地防護準備以及檢查實訓場地和設(shè)備設(shè)施是否及存在安全隱患。一、任務準備（1）圓柱形電池正負極在上下表面，使用游標卡尺測量電池高度是注意不要使卡尺觸碰上下面金屬部分，以免造成短路。（2）將單體電池放置在分容柜上，注意選擇正確的倉位以及單體電池正負極朝向。（3）如遇單體電池正負極標識不清晰，須先使用萬用表測量，以確定正負極。（4）分容柜不支持串聯(lián)充放電，使用分容柜進行充放電時，注意設(shè)置電池保護參數(shù)。（5）單體電池充電和放電各存在電壓上限和下限，不同類型電池一般不盡相同，充電時注意根據(jù)實際情況進行調(diào)整。（三）安全防護準備序號設(shè)備及工具名稱數(shù)量1數(shù)字萬用表1臺2動力電池分容柜1臺3一個圓柱型電池1個4一個方形電池1個表：設(shè)備及工具準備（一）設(shè)備及工具準備二、實施步驟

圓柱形電池(18650/26650)

鋼殼/鋁殼方形

軟包裝聚合物電池1.識別下列鋰離子電池的種類并注明電池部件的名稱二、實施步驟2.說明下列車型的鋰離子電池種類二、實施步驟2.說明下列車型的鋰離子電池種類方形電池的正負極在電池的上表面，標有正極，負極標示。圓柱形電池未標注正負極，一般上表面有凸起為正極，下表面為負極。如遇標簽損壞，正負極無法識別的特殊電池，可以用數(shù)字萬用表檢測并確定其正負極，同時可測量電壓確定其電池種類。一般鋰離子蓄電池的電壓為3.7V，磷酸鐵鋰蓄電池為3.2V，鎳氫蓄電池充電截止電壓為1.4V。二、實施步驟電池正負極第一步第一步Step1二、實施步驟第一步：使用萬用表測量圓柱形電池的正負極，萬用表調(diào)至電壓擋，紅表筆接觸上表面，黑表筆接觸下表面。測得電池電壓為正數(shù)，則證明紅表筆接觸的為正極，黑表筆接觸的為負極。若電壓顯示為負數(shù)，則恰好相反。并記錄電壓大小。如圖所示。第二步第二步Step2二、實施步驟第二步：使用萬用表測量方形電池的正負極，萬用表調(diào)至電壓擋，將紅黑表筆接觸上表面凸起。測得電池電壓為正數(shù)，證明正極，負極判斷正確。若電壓顯示為負數(shù)，則恰好相反。并記錄電壓大小。謝謝同學們的聆聽！姓名Thanks動力電池梯次利用技術(shù)項目二新能源汽車蓄動力電池及其管理技術(shù)任務二鋰離子蓄電池模組及其管理系統(tǒng)學習目標一、知識目標1.了解動力電池管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。2.了解動力電池的安全保護功能。3.了解電池荷電狀態(tài)（SOC）估計的方法。4.了解動力電池的熱管理形式和均衡原理。二、技能目標1.能正確識別電池管理系統(tǒng)主要部件。2.能夠?qū)恿﹄姵毓芾硐到y(tǒng)分類。3.能完成電池管理系統(tǒng)的電壓和電阻測量。三、素養(yǎng)目標1.通過對動力電池系統(tǒng)的認知學習，培養(yǎng)對新知識、新技能的學習能力。2.通過小組合作作業(yè)，培養(yǎng)團隊意識與協(xié)作精神。3.進行作業(yè)過程中養(yǎng)成服從管理、規(guī)范作業(yè)的習慣，培養(yǎng)安全意識。4．通過作業(yè)后反思，養(yǎng)成一絲不茍、精益求精的工作作風5．嚴格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理。學習目標李某開著自己的比亞迪宋到4S店進行檢修。李某：感覺自己的車最近續(xù)航里程下降了很多，請師傅幫忙檢修一下。技師小王：新能源電動汽車的續(xù)駛里程是廣大車主非常關(guān)心的問題。影響汽車續(xù)駛里程的主要原因除了常見的車輛行駛路況、車輛負載以外，還有動力電池系統(tǒng)性能、輔助系統(tǒng)能量消耗、環(huán)境溫度等因素。任務導入目錄電池管理系統(tǒng)的基本組成及功能01.電池荷電狀態(tài)（SOC）估計02.電池安全技術(shù)03.電池熱管理技術(shù)04.conents相關(guān)知識電池均衡技術(shù)05.電池管理系統(tǒng)的測量任務實施電池管理系統(tǒng)的基本組成及功能01PARTONE動力電池單元由電池模組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電池托盤、輔助電子元器件、冷卻系統(tǒng)等部分組成。動力電池單元的組成結(jié)構(gòu)動力電池單元結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成動力電池模組的最小單元是電池單體，即電芯。動力電池模組安裝在防護等級IP67的動力電池包內(nèi)，通過可靠的高低壓插接件與整車的用電設(shè)備和控制系統(tǒng)連接，是由幾顆到數(shù)百顆電池單體經(jīng)并聯(lián)及串聯(lián)所組成的組合體。動力電池模組動力電池模組動力電池模組例如，純電動汽車的電池組成方式是3P91S，即該動力電池是由3個單體電池并聯(lián)組成一個模塊，再用91個這樣的模塊串聯(lián)成一個整體，構(gòu)成了動力電池總成。注意：字母P表示并聯(lián)，字母S表示串聯(lián)。動力電池模組動力電池模組電池3P3S模組連接方式電池管理系統(tǒng)（BMS）包含硬件和軟件兩部分，該系統(tǒng)的硬件由一個或多個電子控制器組成，包含電池管理器、高壓盒、電池信息采集器、接觸器、霍爾傳感器/分流器、熔斷器、手動維修開關(guān)（MSD）等電子元件組成。電池管理系統(tǒng)（BMS）電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)（BMS）1.電池管理器功能（1）實時接收電池信息采集器采集的單體電壓、溫度信息；（2）接收高壓盒反饋的總電壓和電流情況；（3）電池管理系統(tǒng)與整車控制器進行通信；（4）電池管理系統(tǒng)與直流充電樁進行通訊；（5）電池管理器（BMC）控制主繼電器吸合或斷開、控制充/放電電流和電池加熱的大小情況；（6）喚醒電池管理系統(tǒng)的應答。電池管理系統(tǒng)（BMS）電池管理器2.高壓盒高壓盒，又名絕緣檢測盒，作用是監(jiān)控動力電池的總電壓和絕緣性能，它的主要功能是監(jiān)控動力電池的總電壓（繼電器內(nèi)外4個監(jiān)測點）、檢測高壓系統(tǒng)絕緣性能、監(jiān)控高壓連接情況（含繼電器觸點閉合狀態(tài)檢查），然后將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)反饋給電池管理器。電池管理系統(tǒng)（BMS）高壓盒3.電池信息采集器電池采集器，主要作用是電池電壓采樣、溫度采樣、電池均衡、采樣線異常檢測等，然后將采集到的數(shù)據(jù)反饋給電池管理器。電池管理系統(tǒng)（BMS）電池信息采集器4.霍爾傳感器霍爾傳感器一開始日系混合動力車上用的較多，現(xiàn)在慢慢有智能的分流器完成電壓和電流的采樣，通過串行總線傳輸，甚至可以在里面實現(xiàn)電池荷電狀態(tài)（SOC）的估算。霍爾電流傳感器套在高壓母線上，如圖1-2-7所示。同時霍爾傳感器在參數(shù)測量過程中能實現(xiàn)主電路回路和單片機系統(tǒng)的隔離，安全性更高。電池管理系統(tǒng)（BMS）高壓母線上嵌套霍爾電流傳感器電池系統(tǒng)內(nèi)的電池采集器（BIC）實時采集各單體的電壓值、各溫度傳感器的溫度值、通過電池子網(wǎng)CAN反饋給電池管理器（BMC）。BMC根據(jù)單體電池信息計算的總電壓、當前電池系統(tǒng)的電流值以及絕緣漏電模塊采集的漏電故障轉(zhuǎn)換成電阻信號反饋給BMC。工作原理動力電池管理系統(tǒng)的工作原理動力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能BMC根據(jù)動力電池當前的健康狀況給予相對應的限功率/停機的控制策略，并根據(jù)直流充電樁通過槍端的S+、S-的電阻信號與BMS進行通訊，控制直流充電的電壓、電流。同時電池系統(tǒng)內(nèi)的均衡模塊起到電池單體電壓及溫度均衡作用，附帶有監(jiān)測并響應碰撞及電池滲漏的功能，當監(jiān)測到影響安全的信號時，電池管理系統(tǒng)則立即切斷高壓電供給。工作原理動力電池管理系統(tǒng)的工作原理動力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能動力電池管理系統(tǒng)是整車能源管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，為保護動力電池，合理地使用并管理電池組的電能，為駕駛?cè)颂峁┎@示動力電池組的動態(tài)變化參數(shù)等，是電動汽車節(jié)能、減排和延長續(xù)駛里程的重要管理機構(gòu)。主要功能動力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能某電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的基本功能電池管理控制器充放電管理、接觸器控制、功率控制、電池異常狀態(tài)報警和保護、SOC/SOH計算、自檢以及通信功動力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能電池信息采集器電池電壓采樣、溫度采樣、電池均衡、采樣線異常檢測動力電池采樣線連接電池管理控制器和電池信息采集器，實現(xiàn)二者之間的通信及信息交換。1．集中式系統(tǒng)集中式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，中央控制數(shù)個數(shù)據(jù)采集單元等形成整個電源系統(tǒng)的管理單元，對電源系統(tǒng)的基本信息如電壓、電流、溫度進行采樣，然后在BMS中央處理器內(nèi)進行數(shù)據(jù)的處理、計算、判斷和相應控制。動力電池管理系統(tǒng)的分類集中式BMS優(yōu)點02安全管理便利，簡化了對不同電池參數(shù)的調(diào)整與改寫，對參數(shù)的測量速度較快，動力電池管理系統(tǒng)的分類優(yōu)點01材料的成本低，可在電池管理系統(tǒng)之間無限制地通信。優(yōu)點03可靠性高，可以靈活計算，根據(jù)不同的情況在中央處理器內(nèi)修改軟件，滿足不同要求。集中式系統(tǒng)優(yōu)點缺點01需要解決串聯(lián)蓄電池的電壓測量中共地、隔離、測量精度等問題，技術(shù)難度大。缺點02對電池組進行信號采集，而不能檢測到每個電池單體，精度差，對信號處理要求高。缺點03當電池出現(xiàn)故障時只能替換整個電池組。適用于僅由一個電池包組成的車用動力電源系統(tǒng)。動力電池管理系統(tǒng)的分類集中式系統(tǒng)缺點2．分布式系統(tǒng)在分布式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是分布的，即每個電池包對應一個采集單元，這些單元與中心的BMS通過一根母線進行數(shù)據(jù)通信，充電控制、放電控制等單元也可能和中央處理單元分開，有的沒有總的BMS控制板，直接通過總線傳輸?shù)诫妱悠囍行目刂破鳌恿﹄姵毓芾硐到y(tǒng)的分類分布式BMS集中式系統(tǒng)優(yōu)點優(yōu)點01減少了布線，便于電源系統(tǒng)的擴展，可以分散安裝優(yōu)點02總線進行連接與信息通信，采集的數(shù)據(jù)可以就近處理，精度高優(yōu)點03更好地計算電池的狀態(tài)，利于建立標準化的電源管理系統(tǒng)動力電池管理系統(tǒng)的分類集中式系統(tǒng)缺點缺點01成本比較高，靈活性差，修改麻煩，數(shù)據(jù)由串行總線傳輸，系統(tǒng)巡回檢測的速度受限制，數(shù)據(jù)的實時性不高缺點02采用分布式檢測系統(tǒng)時，由于采樣的下位板數(shù)目較多，造成電池包內(nèi)的走線較多，不利于對BMS動力系統(tǒng)的維護動力電池管理系統(tǒng)的分類主要適用于由多個電池包組成的電源系統(tǒng)，目前大多數(shù)專門進行開發(fā)或生產(chǎn)BMS的企業(yè)制作的基本上是這種分布式系統(tǒng)。電池荷電狀態(tài)（SOC）估計02PARTTWO動力電池SOC估計方法大致可分為四類：基于表征參數(shù)的方法安時積分法基于模型的方法基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法SOC估計方法電池荷電狀態(tài)（SOC）估計SOC估計方法其荷電狀態(tài)不能通過直接測量得到，僅能根據(jù)電池的某些外特性，如電池的內(nèi)阻、開路電壓、溫度、電流等相關(guān)參數(shù)，利用相關(guān)的特性曲線或計算公式完成對荷電狀態(tài)的預測。SOC估計電池荷電狀態(tài)（SOC）是用戶評估當前電動汽車續(xù)航里程的直接參數(shù)，是對電池剩余電量的評估。電池運行中因涉及過程的復雜性使得SOC評估易于出錯。電池荷電狀態(tài)（SOC）估計電池安全技術(shù)03PARTTHREE安全保護管理系統(tǒng)主要是在煙霧報警、絕緣檢測、自動滅火、過電壓和過電流控制、過放電控制、防止溫度過高、在發(fā)生碰撞等危險情況下能夠自動關(guān)閉電源等保障車輛和人員安全的系統(tǒng)。電池安全技術(shù)電池安全技術(shù)過電流保護對于鋰離子電池來說，正負極材料的脫嵌鋰離子能力是一定的，當充放電的電流大于正負極材料的脫嵌能力時，將導致電池的極化電壓增加，導致電池的實際容量減小影響電池使用壽命，嚴重時會影響電池的安全性。電池管理系統(tǒng)（BMS）會判斷電流值是否超過安全范圍，一旦超過則會采取相應的安全保護措施。電池本身由內(nèi)阻工作時發(fā)熱熱量積聚，溫度上升熱穩(wěn)定性下降電池安全技術(shù)在充電過程中，充電電壓超過電池截止充電電壓導致過度充電，電池內(nèi)正極晶格結(jié)構(gòu)會被破壞，導致電池容量變小，并且電壓過高時會增加正負極短路發(fā)生爆炸的隱患，因此電壓過高是被嚴格禁止的。檢測電池電壓超過充電限制電壓時斷開充電回路保護電池系統(tǒng)過充電保護電池安全技術(shù)過放電保護在放電過程中，放電電壓低于電池放電截止電壓導致過度放電，電池負極上的金屬集流體被溶解，給電池造成不可逆的損害。過度放電的電池充電時可能會有內(nèi)部短路或者漏液的情況。保證電池安全超過放電限制自動斷開放電回路電池安全技術(shù)長時間處在高溫環(huán)境下，電池材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會變差從而縮短電池使用壽命。低溫下電池活性受限會造成可用容量減小，尤其是充電容量將變得很低，同時可能產(chǎn)生安全隱患。結(jié)合熱管理進行溫度不同，電池活性不同超出限制溫度，禁止充放電保護電池系統(tǒng)過溫保護電池安全技術(shù)絕緣監(jiān)測電池管理系統(tǒng)（BMS）會實時監(jiān)測總正極和總負極對車身搭鐵的絕緣阻值，如果出現(xiàn)絕緣阻值低于安全范圍，則會上報故障并斷開高壓電。電池系統(tǒng)高壓漏電危險絕緣阻值低于安全范圍自動斷高壓電池安全技術(shù)由于電動汽車動力電池系統(tǒng)電壓平臺有300V和600V，大大超過了人體可以承受的安全電壓，并且電池起火也是純電動車推廣受限的一大難點。彈匣電池系統(tǒng)電池安全技術(shù)（彈匣電池系統(tǒng)）由于電動汽車動力電池系統(tǒng)電壓平臺有300V和600V，大大超過了人體可以承受的安全電壓，并且電池起火也是純電動車推廣受限的一大難點。解決電池安全是各大車企的當務之急，例如，廣汽埃安發(fā)布了新一代動力電池安全技術(shù)——彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)（以下簡稱“彈匣電池”）彈匣電池系統(tǒng)電池安全技術(shù)（彈匣電池系統(tǒng)）由于電動汽車動力電池系統(tǒng)電壓平臺有300V和600V，大大超過了人體可以承受的安全電壓，并且電池起火也是純電動車推廣受限的一大難點?；凇胺乐闺娦緝?nèi)短路，短路后防止熱失控，以及熱失控后防止熱蔓延”的設(shè)計思路，彈匣電池采用類似安全艙的設(shè)計，可有效阻隔熱失控電芯的蔓延、當偵測到電芯電壓或溫度等出現(xiàn)異常時，自動啟動電池速冷降溫系統(tǒng)為電池降溫。電池熱管理技術(shù)04PARTFOUR車輛熱管理指從系統(tǒng)集成和整體角度，統(tǒng)籌熱管理系統(tǒng)與熱管理對象、整車的關(guān)系，采用綜合控制和系統(tǒng)管理的方法，將各個系統(tǒng)或部件集成一個有效的熱管理系統(tǒng)，控制和優(yōu)化車輛的熱傳遞過程。換言之則是系統(tǒng)管理車輛各個部位的熱能，能有效降低廢熱排放，提高能源利用效率，減少環(huán)境污染。電池熱管理技術(shù)電池熱管理系統(tǒng)在不同運行情況下，電池在輸出功率和電能的同時，由于其自身有一定的內(nèi)阻，電池自身會產(chǎn)生一定的熱量。這些熱量的聚集會使電池溫度升高，而由于空間布置的不同使得電池組各處溫度不一致電池熱管理技術(shù)某模組熱分析結(jié)果功能一功能二功能三功能四功能五保證電池組組內(nèi)溫度均勻電池組溫度過高時進行有效散熱和通風低溫條件下對電池組快速加熱有害氣體產(chǎn)生時進行有效通風準確測量和監(jiān)控電池溫度電池熱管理系統(tǒng)的功能電池內(nèi)熱傳遞方式有熱傳導、對流換熱和輻射換熱三種方式熱輻射指物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象，主要發(fā)生在電池表面，與電池表面材料的性質(zhì)相關(guān)。熱傳導物體與物體直接接觸而產(chǎn)生的熱傳遞。熱對流指電池表面的熱量通過環(huán)境介質(zhì)（一般為流體）的流動交換熱量，它和溫差成正比。電池內(nèi)傳熱的基本方式對于單體電池內(nèi)部而言，熱輻射和熱對流的影響很小，熱量的傳遞主要是由熱傳導決定的。電池自身吸熱的大小是與其材料的比熱容有關(guān)，比熱容越大，散熱越多，電池的溫升越小。如果散熱量大于或等于產(chǎn)生的熱量，則電池溫度不會升高。如果散熱量小于所產(chǎn)生的熱量，熱量將會在電池體內(nèi)產(chǎn)生熱積累，電池溫度升高。熱傳遞電池內(nèi)傳熱的基本方式按照傳熱介質(zhì)來分類，可將電池組熱管理系統(tǒng)分為空冷、液冷和相變材料冷卻三種冷卻系統(tǒng)?？紤]到材料的研發(fā)以及制造成本等問題，目前最有效且最常用的散熱系統(tǒng)是采用空氣和冷卻液作為散熱介質(zhì)。過電流保護按照散熱風道結(jié)構(gòu)不同，空氣冷卻系統(tǒng)可分為串行通風方式和并行通風方式兩種?，F(xiàn)在高速電動汽車為了增大散熱量常采用冷卻液強制循環(huán)冷卻方式，利用大量冷卻液的循環(huán)流動帶走動力電池自身熱量。電池組熱管理系統(tǒng)形式例如吉利EV450車輛電芯