2024/9/30汽車使用性能與檢測技術（第二版）鞏航軍21世紀交通版高職高專汽車專業(yè)教材主

編2024/9/30概述汽車動力性的檢測汽車燃油經濟性的檢測汽車排放污染物及噪聲的檢測汽車制動性能的檢測第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章汽車車速表及前照燈的檢測汽車操縱穩(wěn)定性的檢測汽車舒適性的檢測第九章汽車通過性的檢測第十一章汽車的合理使用第十章電動汽車的檢測第十章電動汽車的檢測電動汽電動汽車的檢測車的檢測1．能對電動汽車動力電池進行檢測；2．能對電動汽車驅動電機進行檢測。

學習目標第一節(jié)電動汽車動力電池檢測

相關知識一、電動汽車動力電池的特點1．鉛酸蓄電池鉛酸電池已有100多年的歷史，廣泛用作內燃機汽車的啟動動力源，它也是成熟的電動汽車蓄電池。鉛酸蓄電池具有電動勢高且穩(wěn)定、容量大、轉換效率高、供電方便且可靠、造價低等優(yōu)點，比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。但它有兩大缺點：一個是比能量低，所占的質量和體積很大，且一次充電行駛里程較短；另一個是使用壽命短，使用成本較高。相關知識2．鋰蓄電池鋰蓄電池是20世紀90年代發(fā)展起來的高容量可充電電池，具有比能量大、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應和環(huán)境污染小等優(yōu)點，是當今各國能量存儲技術研究的熱點。對鋰蓄電池的研究主要集中在大容量、長壽命和安全性三個方面。3．燃料電池氫燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的汽車，是解決當今交通能源和環(huán)境問題的最佳方案之一，代表著汽車未來的發(fā)展方向。相關知識4．超級電容超級電容又稱為電化學電容器，是20世紀90年代末出現的一種新產品，電容量高達法拉級，是介于電池和普通電容之間的過渡部件。其充放電過程高度可逆，可進行高效率(85%?98%)的快速秒級充放電。其優(yōu)點還包括比功率高、循環(huán)壽命長、免維護等。超級電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對外表現又和電池相同，因此又被稱作“電容電池”。相關知識二、評價電池主要性能的要素

1.容量電池容量是指在一定放電條件下可從電池獲得的電量，常用C表示，單位用Ah或mAh表示。電池的容量通常分為理論容量、實際容量和額定容量，是電池性能的重要指標。1）理論容量電池容量由電極的容量決定，若一個電池的兩個電極容量不等，電池的容量取決于容量小的電極，一般情況下取正極的容量。可用專用的測試裝置進行測定。相關知識2）實際容量由于活性物質利用率低，不能達到100%，因此電池的實際容量通常都低于理論容量，并與溫度、放電率、終止電壓及電池老化程度等因素有關。動力電池的容量常用1h率(1C)容量或2h率（0.5C）容量表示。放電率越高，可利用的容量越小。實際容量定義為：充滿電的電池在一定條件下放電到終止電壓所能輸出的電量，可用放電電流與時間的乘積表示，單位為安時（Ah)。3）額定容量是指設計與制造電池規(guī)定的電池—定放電條件下應該放出最低限度的電量，與充放電倍率緊密相關，由生產廠家明確標示，單位為安時（Ah）另外一個參數稱為平臺容量，即電池放電至平臺電壓時的放出電量。相關知識2．電壓包括開路電壓、工作電壓和平臺電壓。1）開路電壓 開路電壓（opencircuitvoltage，OCV)是指電池沒有電流流過時電極間的電位差，為電動勢和電極過電位之和。2）工作電壓即放電電壓或負載電壓，與放電電流、放電時間、環(huán)境溫度和終止電壓等因素有關。工作電壓可以表示為開路電壓與電流在電池內部阻抗上產生的電壓降之差。相關知識3）平臺電壓也叫標稱電壓。以錳酸鋰電池為例，充滿電后電壓一般為4.2V，隨著電池使用過程中放電的進行，電池電壓會逐漸下降至3V左右，這個過程在電壓降至標稱電壓附近時的變化最慢，一旦低于這個電壓，下降的趨勢將逐步加快，此標稱電壓被稱為平臺電壓。平臺電壓是考察電池性能的重要因素之一，它的高低決定著電池在使用中的有效容量的大小。

相關知識3.荷電狀態(tài)荷電狀態(tài)（Stateofcharge，SOC)用于描述電池剩余容量占額定容量的百分比，是電池運行中一個重要的技術參數。過充和過放都會影響電池的性能和使用壽命，甚至造成損壞，因此在實際使用時，必須考慮并能夠精確估算其荷電狀態(tài)。SOC不能直接獲取，只能通過電壓、電流、內阻、溫度及老化程度等特征參數進行估算。4．內阻化學電源的內阻指的是當電流通過電池內部時所受到的阻力，由歐姆內阻和極化內阻兩部分組成。其中，歐姆內阻又稱直流內阻，主要由電極、電解質溶液等部件電阻和相關的接觸電阻構成，隔膜的存在一定程度上增加了電極之間的歐姆內阻。相關知識5.能量和功率

在標準放電條件下，電池所輸出的電能稱為電池的能量，可以表示為電池的額定電壓與容量的乘積，單位為瓦時（Wh)，其與特定的充放電倍率有關。6.循環(huán)壽命

電池壽命是衡量二次電池性能的一個重要指標。在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規(guī)定值（我國標準規(guī)定為額定值的80%)之前，電池所能經歷的循環(huán)次數，稱為二次電池的循環(huán)壽命。7.倍率性能測試鋰離子電池在不同電流值下的充電容量和放電容量，可以了解鋰離子電池的倍率性能。純電動汽車用動力電池在使用過程中一般以0.3C倍率放電，電池在此倍率下通?？梢匝h(huán)500次以上。自行車用動力電池_用中可能出現0.5C或更高倍率電流，而此種倍率的放電可能會影響到電池的使用性能。相關知識8.擱置性能擱置性能體現的是鋰離子電池儲存電能的能力，衡量指標有：1)荷電保持能力又稱自放電率，是指電池在開路狀態(tài)下，電池鎖儲存的電量在一定條件下的保持的能力，是衡量電池性能的重要參數。電池在100%荷電并且開路擱置后，會有一定程度的自放電現象。2)容量恢復能力容量恢復能力是指鋰離子電池在滿電態(tài)下擱置28天后容量的恢復能力，用以反映電池容量的不可逆損失的大小。檢測方法包括常溫態(tài)和高溫態(tài)擱置，GB/T18287—2000標準中對此內容有明確規(guī)定。影響電池擱置性能的因素主要有電池制造工藝、材料及儲存條件等。相關知識

三、電池的失效機理

1．電池的失效機理1）正常使用中的安全事故目前，雖然根據不同體系和特性對鋰離子電池規(guī)定了很多嚴格的使用條件及其他安全措施，在一定程度上保證了電池的安全和各項性能的正常發(fā)揮，但是仍然無法完全避免出現安全事故。相關知識2）不當使用導致的安全事故不按規(guī)定的方法使用鋰離子電池，尤其是過充電及超出許可溫度使用不僅會損壞電池，同時還會引發(fā)安全事故。3）意外情況下的安全事故意外事故通常包括機械性撞擊和高溫兩種情況。(1)機械性撞擊機械性撞擊可能造成兩種嚴重的后果：一是金屬導體刺入電池內部，造成電池內部大面積短路；二是電池被擠壓，電池內部的隔膜破裂并造成正負極片短路。當電池的能量通過短路電阻以熱能形式迅速釋放出來時，形成的高溫足以使電解質溶液迅速分解，并產生大量的熱和可燃氣體，最終導致電池爆炸起火。相關知識(2)高溫外界溫度超過一定限值時，也會引起鋰離子電池的燃燒與爆炸?？梢圆扇∫韵骂A防措施來提高鋰離子電池在意外情況下的安全系數：①在電解質溶液中加入一些高沸點、高閃點和不易燃燒的溶劑，也可選用一些熱穩(wěn)定性高的有機溶劑或添加一些阻燃劑。②選用化學結構穩(wěn)定的正極材料，如尖晶石型錳酸鋰或磷酸亞鐵鋰。③選用耐高溫的隔膜。相關知識2.成組應用技術動力電池不僅是各種電動車輛的重要組成部分，也是油電混合動力汽車和插電式混合動力汽車（pliig-inhybridelectricvehicle,PHEV)重要的輔助能源，尤其對于純電動汽車(batteryelectricvehide.BEV)而言更是唯一的能量載體和動力來源，是車輛成本的主要組成部分,其壽命直接影響車輛的使用成本。相關知識3．電動汽車電池成組的影響因素1）單體的一致性電池單體的一致性是影響電池成組應用特性的主要因素，其中包括容憤、電壓、內阻等參數的差異。如果容量差別較大，容量小的電池單體充電時容易被過充，放電時容易出現過放，此電池單體性能衰退嚴重，而隨著充放電循環(huán)的增加，這種情況會進一步惡化，從而會大大降低整組電池的性能和使用壽命。2）環(huán)境溫度電池的實際容量、能量、功率和自放電率等性能會隨著環(huán)境溫度的不同而變化，電池在其最佳工作溫度區(qū)域表現出良好的性能，電池的壽命與溫度和充放電倍率有著密切的關系。環(huán)境溫度過高或過低都會對其性能及壽命產生不利影響。相關知識3）充放電率充放電率不僅影響電池的極化情況，而且會因為高倍率下引起電池發(fā)熱而溫度升高，從而影響電池的使用壽命。充放電方式、放電深度、放電功率等都會影響電池性能的衰退程度。通常小電流充放電時電池的一致性較好，大電流充放電時一致性會變差。特別是過充電、過放電會進一步增加電池的不一致性，造成電池損壞甚至起火、爆炸等嚴重問題。4）連接方式電池的連接方式會對電池組的連接可靠性和電池一致性產生很大的影響。電池在并聯使用時，電壓較低的電池會被電壓較高的電池充電，低壓電池實際容量增加而高壓電池實際容量下降能量會在相互充放電過程中損耗而無法達到初始預期的輸出性能。相關知識4．電池成組技術盡可能提高電池組內各電池單體的一致性，是電池在電動汽車和儲能系統(tǒng)上可靠應用和保證電池性能能夠得到充分發(fā)揮的關鍵所在。開展電池成組關鍵技術研究，掌握電池組模塊化技術、監(jiān)控技術及熱管理技術等是提高電池組使用壽命的有效途徑。電池單體的初始不一致性來自生產和制造環(huán)節(jié)。由于材料的不均勻性、生產過程中的技術工藝精度誤差及環(huán)境溫度等原因，電池的內部結構和材質存在差別，外在表現為初始性能參數的不一致。保持電極材料的質量穩(wěn)定、提高電池生產工藝、嚴格控制電池生產環(huán)境等能有效改善電池出廠時的一致性。相關知識

四、電動汽車電池組一致性評價與均衡

1.電池組一致性分析1)不一致性產生的原因電池組的不一致性是指同一規(guī)格、同一型號的電池在成組應用時組內單體電池之間存在性能差異的現象。主要表現為電池之間性能參數的不一致性，如電池外電壓、極化電壓、直流內阻、容量等方面，不一致性是造成電池成組應用時性能下降的主要原因。電池組不一致性產生的原因有電池的初始狀態(tài)不一致和電池性能衰退速度的不一致兩個方面。由于生產和使用過程中不可能達到完全一致的，所以電池組的一致性是相對的，不一致是絕對的。相關知識2)不一致性對電池組性能的影響電池組的不一致性對其性能的影響主要表現在以下幾個方面：（1）容量和能量利用方面在充電時，先于其他電池充滿電的部分電池限制了電池組的充電容量，從而導致電池組的總存儲容量和能量減少；（2）功率輸出方面

當即將充滿電或放完電的時候，電池的最大允許充放電電流會有所下降。當存在差異的電池串聯成組的時候，在充電過程中，電池會限制整組電池的充電電流，使得充電時間增加；相關知識2.電池組一致性評價指標常用的電池成組方式有串聯、并聯、先并聯后串聯、先串聯后并聯和混合連接五種。電池組中存在并聯的連接方式時，通過判斷并聯支路電流的不平衡度可以評價并聯電池充放電特性的好壞，為電池組系統(tǒng)進行合理的容量設計和提高并聯電池組的性能提供依據；當電池組中存在串聯的連接方式時，通過詳細分析直流內阻、極化電壓、最大可用容景及差異等對電池外電壓的影響，分析電池外電壓存在差異的內在原因，并提出能夠存效描述電池之間內在差異性且有效提高均衡效果的方法。因此本書提出的包含了電流不平衡度、內阻、極化、容量和SOC這5個參數的電池組一致性的綜合評價指標，對分析串并聯電池組的特性具有重要的意義。相關知識3．電池組均衡策略在使用一段時間后，電池組的一致性問題會逐漸地顯現，導致串聯電池組的容量和能量都不能得到有效地利用，并造成純電動汽車運行效率的下降和一次性充電續(xù)駛里程縮短等問題。為了解決這些問題，最常用的辦法就是對電池組進行均衡。均衡對于成組電池能量更高效地利用具有重要意義，所以在電池串聯成組使用的場合受到了人們的廣泛關注，先后提出了多種均衡控制策略和電路拓撲。相關知識

五、動力電池系統(tǒng)常見故障及處理辦法1.單體電池故障單體電池的故障包括三種。

1）單體電池荷電狀態(tài)偏高或偏低

2）單體電池性能衰退嚴重

3）單體電池的其他故障相關知識2.電池管理系統(tǒng)故障電池管理系統(tǒng)對于保障電池組的安全和延長使用壽命，最大限度發(fā)揮電池系統(tǒng)的效能具有重要作用。電池管理系統(tǒng)一般對單體電池電壓、總電壓、總電流和溫度等進行實時監(jiān)控采樣，并將參數實時反饋給整車控制器。電池管理系統(tǒng)除對電池性能參數進行監(jiān)控和實施電能管理以外，還具備以熱管理為主的應用環(huán)境管理，對電池進行加熱或冷卻，保證電池具有良好的應用環(huán)境溫度及溫度場的一致性。如果電池管理系統(tǒng)發(fā)生故障，就失去了對電池的監(jiān)控，無法估計電池的，容易導致電池的過充、過放、過載、過熱及不一致性問題的加劇，影響電池的性能、使用壽命和行車安全。相關知識1）線路或連接器故障線路或連接器故障的診斷對于保證行車安全和整車的可靠性同樣重要。例如，由于車輛的振動，電池間的連接螺栓可能會出現松動，電池間接觸電阻增大，發(fā)生電池間虛接故障，導致電池組內部能量損耗增加，造成車輛動力不足和續(xù)航里程短等問題，在極端情況下還能導致高溫，產生電弧，融化電池電極和連接片，甚至造成電池著火等嚴重事故。相關知識2）動力電池檢測與維護設備實例動力電池使用中的全面維護主要是通過對電池單體、電池包或電池組進行充放電中獲取的參數來查找影響電池可用容量的薄弱環(huán)節(jié)，并通過電池更換或者充放電均衡維護來保證電池在車輛上的使用性能。動力電池如果更換維護過早或過快會造成較大的經濟損失，更換維護過晚又會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性產生嚴重的影響。因此準確了解動力電池的使用性能及時全面的維護可以有效避免電池的故障或損壞，延長電池的使用壽命。相關知識六、混合動力汽車普銳斯電池檢測為例1.HV電池總成管理和安全保護功能

1）在駕駛過程中，電池總成加速時反復放電，而通過減速恢復制動被充電，電池ECU根據SOC（荷電狀態(tài)），并將結束輸出給控制ECU。然后，HV控制ECU根據SOC執(zhí)行充電/放電控制。

2）如果故障發(fā)生，電池ECU會自動執(zhí)行安全保護功能，依據故障程度保護HV蓄電池總成。

3）蓄電池鼓風機電動機控制車輛行駛時，為了控制HV電池總成溫度的上升，蓄電池ECU根據HV電池總成溫度判斷并控制蓄電池鼓風機總成的操作模式。相關知識2.電池系統(tǒng)的檢修

1）檢查電池加液口塞的導通性

（1）用萬用表測量端子間的電阻（圖10-5）

圖10-5檢查電池加液口塞的電阻相關知識圖10-6檢查電池加液口塞的電阻2）用萬用表測量端子間的電阻（圖10-6）相關知識

3）檢查1號系統(tǒng)主繼電器連接器B和C形狀相同，通過端子1側的線束長度和線束顏色來區(qū)分每一個連接器，圖10-7為繼電器連接器，主繼電器端子電阻值如表10-5所示，連接器標準電阻值如表10-6所示。

圖10-7繼電器連接器及線條長度和顏色相關知識測量端子標準數值正極端子——負極端子≥10ΩA2(CONT2)——B1(CONT2)＜1ΩA3(CONT2)——C1(CONT3)＜1Ω端子B1（GND）——GND＜1Ω端子C1（GND）——GND＜1Ω表10-51號系統(tǒng)主繼電器端子電阻值連接器線束長度線束顏色B短黃色C長黑色表10-6連接器間的電阻標準值表相關知識

（1）檢查導通性①用萬用表測量連接器間的電阻，電阻標準值見表。如果不符合標準值，則更換1號系統(tǒng)主繼電器②在正極和負極端子間提供電壓，然后用萬用表測量端子6和A1（CONT1）間的電阻。標準：<170～160Ω。如果不符合標準值，則更換1號系統(tǒng)主繼電器。（2）檢查電阻萬用表測量端子6和A1（CONT1）間的電阻。標準：70～160Ω。如果不符合標準值，則更換1號系統(tǒng)主繼電器。

相關知識

4）檢查2號系統(tǒng)主繼電器將2個已安裝的螺母安裝到負極的正極端子。轉矩：5.6N·m（1）檢查導通性用萬用表測量正極和負極端子間的電阻，如圖10-8所示。標準:≥10kΩ，如果不符合標準值，則更換2號系統(tǒng)主繼電器。

圖10-8檢測2號系統(tǒng)主繼電器的電阻相關知識（2）檢查電阻，萬用表測量連接器端子間的電阻。標準：20～50Ω。如果不符合標準值，則更換2號系統(tǒng)主繼電器5）檢查3號系統(tǒng)主繼電器將螺母安裝到負極的正極端子上。轉矩：5.6N·m。（1）檢查導通性①用萬用表測量正極和負極端子間的電阻，如圖所示。標準:≥10kΩ，如果不符合標準值，則更換3號系統(tǒng)主繼電器。

圖10-9檢查3號系統(tǒng)主繼電器相關知識6）檢查系統(tǒng)主電阻器用萬用表測量端子間的電阻，如圖10-10所示，標準：18～22Ω。不符合標準值，則更換系統(tǒng)主電阻器。

圖10-10檢查系統(tǒng)主電阻器第二節(jié)電動汽車驅動電機的檢測

相關知識一、電機種類介紹在早期開發(fā)的混合動力汽車上多采甩直流電動機，即使到現在，還有—些電動汽車上仍然使用了直流電動機來驅動，但在新研制的混合動力汽車上己基本不再采用直流電動機。直流電動機的優(yōu)點是具有優(yōu)良的電磁轉矩控制特性，調速比較方便，控制裝置簡單、價廉。缺點是效率較低、重量大、體積大、價格貴。1．直流電機

在混合動力汽車上，最常采用的有他勵直流電機和串勵直流電機。2．交流電動機1）三相異步感應電動機的2）三相異步感應電動機的基本性能相關知識3．永磁式電動機永磁式電動機有兩種形式，兩種永磁式電動機的同步特性的區(qū)別，表現在它們的電流曲線形狀上:（1）矩形脈沖波電流永磁無刷直流電動機（PMBDC）具有矩形脈沖波電流。（2）正弦波電流永磁同步電動機（PSM）具有正弦波電流。永磁式電動機的電流曲線形狀是由電動機的類型及其控制系統(tǒng)來確定的，但由于它們是從不同類型的電動機發(fā)展而來的，因此具有不同的名稱。這兩種永磁式電動機在結構上和工作原理上大致相同，轉子都是永久磁鐵，定子通過對稱交流電來產生轉矩，定子電樞多采用整距集中繞組。永磁式電動機的同步特性比較如圖10-11所示。相關知識

b）永磁無刷直流電動機圖10-11永磁電動機的同性特性比較相關知識2）永磁式電動機的結構按永久磁鐵在永磁電動機上布置，可以將永磁電動機分為：內部永磁型IPM（IteriorPerlnanentMagent）、表面永磁式SPM(SurfacePermanentMagnet)和鑲嵌式（混合式）永磁式ISPM(insettype)等結構型式，將永磁磁極按N極和S極順序排列組成永磁式電動機的磁性子。

3）永磁材料永磁電動機的永磁材料種類很多，如KS-磁鋼鐵氧體錳鋁碳鋁釹鎳鈷和稀土合金等。鐵氧體價格低廉。而且去磁特性接近一條直線，但鐵氧體的磁能很低，使得永磁電動機的體積增大，結構笨重?，F代主要采用了稀土合金永磁材料來制造永磁電動機的磁極，它的能量密度遠遠超過其他永磁材料制成的磁極。相關知識

4）永磁無刷直流電動機（1）永磁無刷直流電動機的結構永磁無刷電動機相當于一臺用電子換向裝置取代機械換向的直流電動機，永磁無刷直流電動機主要由永磁電動機本體，轉子位置傳感器和電子換向電路組成。無論是電路或控制方式，永磁直流電無刷動機與傳統(tǒng)的直流電動機都有很多相似之處;用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極；用具有多相繞組的定子取代電樞；用由固態(tài)逆變器和軸位置檢測器組成的電子換向器取代機械換向器和電刷。（2）永磁無刷直流電動機的性能

永磁無刷直流電動機在工作時，直流將方波（矩形脈沖波）電流輸入永磁無刷電動機的定子中，控制永磁無刷直流電動機運轉。矩形脈沖波電流可以使電動機獲得更大扭矩，永磁無刷電動機的優(yōu)點是效率高。且操作性好，無電刷，結構簡單牢固，免維護或少維護，體積小，質量小。永磁電動機在材料的電磁能，磁極數量，磁場衰退等性能都優(yōu)于其他種類的電動機。相關知識4．開關磁阻型電動機

1）開關磁阻電動機的結構開關磁阻電動機的定子和轉子采用凸極結構，定子和轉子都是由硅鋼片疊片組成的。開關磁阻電動機的定子和轉子極數不同，有多種組合方式，最常見的有四相S/6結構和三相6