模塊一動(dòng)力蓄電池與管理系統(tǒng)認(rèn)知課題一動(dòng)力蓄電池認(rèn)知1課題二動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)認(rèn)知2課題一動(dòng)力蓄電池認(rèn)知3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能敘述動(dòng)力蓄電池的功用與常見(jiàn)類型。2.能敘述動(dòng)力蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)。3.能敘述動(dòng)力蓄電池的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理及充放電特性。4任務(wù)描述某客戶新購(gòu)買了一輛比亞迪純電動(dòng)汽車，但不知道如何為車輛充電，故到4S店詢問(wèn)維修人員。經(jīng)維修人員小張檢查發(fā)現(xiàn)，該車型裝有一個(gè)交流充電接口，原車配備有便攜式充電器，同時(shí)客戶購(gòu)車時(shí)申請(qǐng)安裝了壁掛式充電盒。想一想，小張?jiān)撊绾螢榭蛻暨M(jìn)行介紹和演示呢？5任務(wù)分析該車型裝配有交流充電接口，客戶可以利用交流充電裝置為車輛進(jìn)行充電。交流充電裝置主要包括隨車的便攜式充電器、壁掛式充電盒和立柱式充電樁，這三種充電裝置都是將交流電源調(diào)整為校準(zhǔn)的電壓或電流，從而為汽車動(dòng)力蓄電池等儲(chǔ)能裝置提供電能。6電池、電機(jī)和電控系統(tǒng)是新能源汽車的三大關(guān)鍵組成部分，其中動(dòng)力蓄電池是核心部分，它直接關(guān)系到新能源汽車的動(dòng)力性能、續(xù)駛里程和安全性能等。1.動(dòng)力蓄電池的定義在《電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》（GB/T19596—2017）中，動(dòng)力蓄電池的定義為：為電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。目前，動(dòng)力蓄電池的主要功能是為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)提供能量。一、動(dòng)力蓄電池的認(rèn)知72.動(dòng)力蓄電池的功用如下圖所示，動(dòng)力蓄電池相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的油箱，其功用就是通過(guò)充電和放電完成電能的儲(chǔ)存和釋放，從而滿足新能源汽車的動(dòng)力需求。83.動(dòng)力蓄電池的發(fā)展作為新能源汽車的動(dòng)力源，動(dòng)力蓄電池一直被視為新能源汽車發(fā)展的標(biāo)志性技術(shù)，其壽命和成本是制約新能源汽車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。通過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)，經(jīng)歷了早期的鉛酸蓄電池（圖1）、伴隨著混合動(dòng)力汽車產(chǎn)生的鎳氫蓄電池（圖2）、目前被普遍采用的鋰離子蓄電池（圖3）和正在研發(fā)的燃料電池（圖4）等發(fā)展歷程，在動(dòng)力蓄電池的比能量、比功率、安全性、可靠性、一致性、循環(huán)壽命以及成本等方面的研究都取得了巨大進(jìn)步。未來(lái)，動(dòng)力蓄電池的技術(shù)進(jìn)步仍然對(duì)新能源汽車的發(fā)展起著關(guān)鍵作用，隨著技術(shù)路線的逐漸成熟，動(dòng)力蓄電池必將向著安全性更高、壽命更長(zhǎng)、充電速度更快的方向發(fā)展。9圖1鉛酸蓄電池10圖2鎳氫蓄電池11圖3鋰離子蓄電池12圖4燃料電池131.動(dòng)力蓄電池的類型動(dòng)力蓄電池通常根據(jù)正負(fù)極材料特性和電化學(xué)成分的不同進(jìn)行分類，常見(jiàn)的分類方法有以下三種：1.1根據(jù)電解液種類的不同可分為酸性蓄電池（以硫酸溶液為電解質(zhì)，如鉛酸蓄電池）、堿性蓄電池（以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)，如鎳氫蓄電池）、有機(jī)電解液蓄電池（以有機(jī)溶液為電解質(zhì)，如鋰離子蓄電池）等。1.2根據(jù)蓄電池正負(fù)極材料的不同可分為鉛系列蓄電池（如鉛酸蓄電池）、鎳系列蓄電池（如鎳氫蓄電池）、鋰系列蓄電池（如鋰離子蓄電池）等。二、動(dòng)力蓄電池的類型與結(jié)構(gòu)141.3根據(jù)工作性質(zhì)和儲(chǔ)能方式的不同可分為二次蓄電池（即可充電式蓄電池，如鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池等）、燃料電池（即活性物質(zhì)在蓄電池工作時(shí)才連續(xù)不斷從外部加入的電池，如氫燃料蓄電池）、太陽(yáng)能蓄電池等。新能源汽車常用的動(dòng)力蓄電池有鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池等。每種電池的特性不同，在比容量、充放電次數(shù)、技術(shù)成熟度性能等方面均有差別，其中典型的參數(shù)見(jiàn)表1。15表1不同類型動(dòng)力蓄電池的參數(shù)比較16比能量是單位質(zhì)量或體積的動(dòng)力蓄電池提供的能量，它的大小決定了汽車在純電動(dòng)模式下的續(xù)駛里程。比功率是單位質(zhì)量或體積的動(dòng)力蓄電池提供的功率，它的大小決定了電池所能輸出的最大功率，對(duì)新能源汽車尤其是混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性能等有直接影響。循環(huán)次數(shù)是衡量動(dòng)力蓄電池壽命的重要指標(biāo)，對(duì)動(dòng)力蓄電池的使用有直接影響。17通過(guò)表1可以得出，鉛酸蓄電池的技術(shù)最成熟、價(jià)格較低，但比能量、比功率較低且循環(huán)壽命較短；鎳氫蓄電池的循環(huán)壽命較長(zhǎng)、技術(shù)較為成熟，比能量、比功率較高，但單體電壓較低；鋰離子蓄電池在比能量和比功率方面都具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，單體電壓較高，循環(huán)壽命也相當(dāng)可觀，但成本相對(duì)較高。182.鋰離子蓄電池認(rèn)知2.1鋰離子蓄電池的類型及特點(diǎn)在《電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》（GB/T19596—2017）中，鋰離子蓄電池的定義為：利用鋰離子作為導(dǎo)電離子，在陽(yáng)極和陰極之間移動(dòng)，通過(guò)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)充放電的電池。鋰離子蓄電池因在充放電過(guò)程中只有鋰離子存在而得名，憑借其比能量高、自放電率低、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，是目前新能源汽車上最常用的蓄電池之一。2.1.1鋰離子蓄電池的類型根據(jù)正極材料的不同，鋰離子蓄電池主要分為錳酸鋰蓄電池、鈷酸鋰蓄電池、磷酸鐵鋰蓄電池和三元鋰蓄電池。19下圖所示分別是錳酸鋰蓄電池、鈷酸鋰蓄電池和磷酸鐵鋰蓄電池，其中錳酸鋰蓄電池被日韓系汽車所應(yīng)用，如日產(chǎn)聆風(fēng)電動(dòng)車；鈷酸鋰蓄電池被應(yīng)用在特斯拉ModelRoadster上；磷酸鐵鋰蓄電池被應(yīng)用在比亞迪e6上。20三元鋰蓄電池的正極材料由鎳、鈷、錳等金屬元素組成，其特點(diǎn)是比能量高，被眾多新能源汽車所采用，下圖所示是北汽新能源EV200的三元鋰蓄電池。212.1.2鋰離子蓄電池的特點(diǎn)鋰離子蓄電池通過(guò)鋰離子在電極之間移動(dòng)而產(chǎn)生電能，電能的儲(chǔ)存和釋放都不伴隨化學(xué)反應(yīng)，使鋰離子蓄電池比傳統(tǒng)的二次電池具有更長(zhǎng)的壽命，這是鋰離子蓄電池的最大特點(diǎn)。電極材料種類有較大的選擇空間也是鋰離子蓄電池的一大特點(diǎn)，此外，鋰離子蓄電池還具有小型化、輕量化和高電壓的特點(diǎn)，通過(guò)材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)高輸出功率和高能量。22鋰離子蓄電池主要有以下特點(diǎn)：①比能量高，單體電壓高，額定電壓一般為3.6V。②自放電率低，沒(méi)有記憶效應(yīng)。③循環(huán)性能優(yōu)越，可快速充放電，充電效率較高，使用壽命長(zhǎng)。④工作溫度范圍相對(duì)較大，一般在-20～60℃。23不同鋰離子蓄電池的性能比較見(jiàn)表2。表2不同鋰離子蓄電池的性能比較24從表中可以看出，三元鋰和磷酸鐵鋰兩種蓄電池的綜合性能相對(duì)較好，三元鋰因?yàn)楸饶芰扛叨哂休^好的續(xù)航能力，磷酸鐵鋰具有較好的安全穩(wěn)定性。鈷酸鋰蓄電池由于其材料的穩(wěn)定性較差而不再適用于新能源汽車。252.鋰離子蓄電池認(rèn)知2.2鋰離子蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理2.2.1鋰離子蓄電池的結(jié)構(gòu)如下圖所示，鋰離子蓄電池一般由正極、負(fù)極、電解液和高分子隔膜等構(gòu)成。鋰離子蓄電池的正極材料常用鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰等，負(fù)極材料用石墨，電解液是一種有機(jī)溶液，一般由六氟磷酸鋰和有機(jī)溶劑配成。262.2.2鋰離子蓄電池的工作原理鋰離子蓄電池實(shí)際上是一個(gè)鋰離子濃差電池，如圖2所示。充電時(shí)，正極上的電子通過(guò)外部電路移動(dòng)到負(fù)極，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解液穿過(guò)隔膜嵌入負(fù)極并與電子結(jié)合，此時(shí)負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于脫鋰態(tài)；放電時(shí)則相反，鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于脫鋰態(tài)。因此，鋰離子蓄電池的工作電壓與構(gòu)成電極的鋰離子嵌入化合物及鋰離子的濃度有關(guān)。27圖2鋰離子蓄電池的工作原理282.鋰離子蓄電池認(rèn)知2.3鋰離子蓄電池的充放電特性鋰離子蓄電池的標(biāo)稱電壓為3.6V，充滿電壓為4.2V，對(duì)過(guò)充電和過(guò)放電都比較敏感。為了最大限度地減少鋰離子蓄電池受到過(guò)充電、過(guò)放電以及短路的損害，單體鋰離子蓄電池的充電電壓必須嚴(yán)格限制。2.3.1鋰離子蓄電池的充電特性在充電過(guò)程的前半段，電壓是逐漸上升的；電壓達(dá)到4.2V后，內(nèi)阻變化，電壓維持不變。在整個(gè)充電過(guò)程中，蓄電池的電量不斷增加，當(dāng)電量接近充滿時(shí)，充電電流很小。292.3.2鋰離子蓄電池的放電特性鋰離子蓄電池的放電特性主要受環(huán)境溫度和放電速率的影響。①在放電電流不變的情況下，放電初期蓄電池的電壓會(huì)迅速下降，隨著蓄電池內(nèi)部溫度的升高，活性物質(zhì)的活性增強(qiáng)，放電電壓逐漸升高，在放電后期電壓又會(huì)降低。②通常情況下，鋰離子蓄電池放電電流的大小不能用電流的絕對(duì)值，而用參數(shù)“C”表示。302.鋰離子蓄電池認(rèn)知2.4鋰離子蓄電池的充電方法鋰離子蓄電池通常采用分段式充電方法，第一階段采用恒流充電，第二階段采用恒壓充電。2.4.1恒流充電使電壓基本達(dá)到4.2V，安全電流為小于0.8C。2.4.2恒流充電使電量達(dá)到80%后轉(zhuǎn)為恒壓充電，之后電流逐漸減小，在電流達(dá)到較小值（如0.05C）時(shí)，電池達(dá)到充滿狀態(tài)。這種充電方式能使電池達(dá)到充滿狀態(tài)并且不損害蓄電池，已經(jīng)成為鋰離子蓄電池的主要充電方式。313.鉛酸蓄電池認(rèn)知3.1鉛酸蓄電池的類型及特點(diǎn)在《電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》（GB/T19596—2017）中，鉛酸蓄電池的定義為：正極活性物質(zhì)使用二氧化鉛，負(fù)極活性物質(zhì)使用鉛，并以硫酸溶液為電解液的蓄電池。鉛酸蓄電池廣泛應(yīng)用于燃油汽車的起動(dòng)，新能源汽車使用的鉛酸蓄電池要求比能量高、比功率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，并且具有快速充電性能等。常用的鉛酸蓄電池一般分為兩大類。3.1.1免維護(hù)蓄電池免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水，具有耐振、耐高溫、體積小、自放電率低的特點(diǎn)。323.1.2閥控密封式鉛酸蓄電池閥控密封式鉛酸蓄電池在蓄電池蓋上設(shè)有溢氣閥，該閥的作用是當(dāng)蓄電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時(shí)，溢氣閥自動(dòng)打開(kāi)，排出氣體后自動(dòng)關(guān)閉。該蓄電池有吸液式（AMG）和膠體式（GEL）兩種，新能源汽車使用的鉛酸蓄電池一般是AMG，它采用吸附式玻璃纖維棉做隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，蓄電池內(nèi)無(wú)流動(dòng)的電解液。而GEL是以SiO2為凝固劑，電解液吸附在極板和膠體內(nèi)。333.鉛酸蓄電池認(rèn)知3.2鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理3.2.1鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池的基本單元是單體電池，每個(gè)單體電池都是由正負(fù)極板和二者之間的隔板組成，電壓為2V。不同容量的單體電池按使用要求進(jìn)行組合并裝在不同的塑料外殼中，就形成了不同電壓和不同容量的鉛酸蓄電池。3.2.2鉛酸蓄電池的工作原理鉛酸蓄電池的充電和放電過(guò)程是活性物質(zhì)進(jìn)行可逆化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放。34充電時(shí)，蓄電池從其他直流電源獲得電能，正、負(fù)極板上的硫酸鉛被還原為硫酸、鉛和氧化鉛，同時(shí)負(fù)極板上產(chǎn)生氫氣，正極板上產(chǎn)生氧氣。電解液中酸的濃度逐漸增加，電池兩端的電壓上升。當(dāng)正、負(fù)極板上的硫酸鉛都被還原時(shí)，充電過(guò)程結(jié)束。正、負(fù)極板上生成的氧氣和氫氣在電池內(nèi)部化合成水回到電解液中。放電時(shí)，蓄電池對(duì)外電路輸出電能，這時(shí)硫酸會(huì)與正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成化合物硫酸鉛。放電時(shí)間越長(zhǎng)，硫酸濃度越稀，電池里的液體越少，電池兩端的電壓就越低。3.鉛酸蓄電池認(rèn)知3.3鉛酸蓄電池的充放電特性鉛酸蓄電池的充放電特性是指在充放電過(guò)程中，端電壓和電解液濃度隨時(shí)間變化的規(guī)律。3.3.1充電特性在恒流充電階段，蓄電池的電壓始終是上升的，又稱為升壓充電；當(dāng)恒流充電結(jié)束時(shí)，蓄電池的電壓基本保持不變，稱為恒壓充電。恒壓充電的過(guò)程中，蓄電池的電流逐漸減小并最終趨于0，由恒壓充電階段轉(zhuǎn)入浮充電階段，以保持蓄電池的儲(chǔ)能并防止自放電。35由以上可知：①恒流充電是為了恢復(fù)電池的電壓。②恒壓充電是為了恢復(fù)電池的儲(chǔ)能。③浮充電是為了抑制電池的自放電并保持儲(chǔ)能。3.3.2放電特性放電開(kāi)始時(shí)，端電壓由2.14V迅速下降到2.1V左右。363.鉛酸蓄電池認(rèn)知3.4鉛酸蓄電池的充電方法和注意事項(xiàng)3.4.1充電方法①慢速充電。一般采用小電流，數(shù)值在蓄電池容量數(shù)值的1/40～1/20之間。一般在蓄電池狀況很差（蓄電池已放電數(shù)周）時(shí)采用該方法。②正常充電。電流數(shù)值為蓄電池標(biāo)稱容量數(shù)值的1/10，充電需持續(xù)數(shù)小時(shí)。③快速充電。能使蓄電池中大約80%的電荷安全快速地充滿。37383.4.2充電注意事項(xiàng)①蓄電池需要在放電后12h內(nèi)進(jìn)行充電。②充電時(shí)，嚴(yán)禁煙火，保持室內(nèi)通風(fēng)良好，防止充電時(shí)釋放的氣體產(chǎn)生燃燒。③充電時(shí)，應(yīng)先連接好蓄電池與充電機(jī)間的正、負(fù)極電纜，再接通充電機(jī)電源，否則可能會(huì)在連接電纜時(shí)產(chǎn)生火花而引起事故。④充電過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查蓄電池的溫度，切勿過(guò)熱。4.鎳氫蓄電池認(rèn)知4.1鎳氫蓄電池的類型及特點(diǎn)在《電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》（GB/T19596—2017）中，金屬氫化物鎳蓄電池的定義為：正極使用鎳氧化物，負(fù)極使用可吸收釋放氫的貯氫合金，以氫氧化鉀為電解質(zhì)的蓄電池。金屬氫化物鎳蓄電池（簡(jiǎn)稱“鎳氫蓄電池”）是一種性能良好的堿性蓄電池，是在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型綠色蓄電池，伴隨著混合動(dòng)力汽車的規(guī)?；l(fā)展而得以應(yīng)用，是氫能源應(yīng)用的一個(gè)重要方向。39404.1.1鎳氫蓄電池的類型鎳氫蓄電池一般有方形和圓形兩種類型，如下圖所示。414.1.2鎳氫蓄電池的特點(diǎn)鎳氫蓄電池具有無(wú)污染、比能量高、重量輕、體積小、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。①鎳氫單體電池電壓為1.2～1.3V，與鎘鎳電池相當(dāng)，但比功率是鎘鎳電池的1.5倍以上。②可快速充放電，耐過(guò)充、過(guò)放能力強(qiáng)，無(wú)記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)千次之多，是鉛酸蓄電池的3倍以上。③使用溫度范圍大，正常使用溫度范圍為-30～55℃。④安全可靠，不含有鎘、鉛等有害金屬，其中一些金屬還有較高的回收價(jià)值，可稱為綠色能源。424.鎳氫蓄電池認(rèn)知4.2鎳氫蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理4.2.1鎳氫蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，鎳氫蓄電池由氫氧化鎳正極、貯氫合金負(fù)極、隔膜、氫氧化鉀電解質(zhì)、外殼等組成。在正負(fù)極板之間有隔膜，共同組成鎳氫單體電池，可根據(jù)使用要求將多個(gè)單體電池組合成不同電壓、不同容量的鎳氫蓄電池。43圖1鎳氫蓄電池的結(jié)構(gòu)4.2.2鎳氫蓄電池的工作原理如圖1所示，鎳氫蓄電池的正極活性物質(zhì)為Ni（OH）2，負(fù)極活性物質(zhì)為貯氫合金，電解液為氫氧化鉀溶液。在充電過(guò)程中，水在電解液中分解為氫離子（H+）和氫氧根離子（OH-），正極吸收氫氧根離子，負(fù)極吸收氫離子后生成金屬氫化物；在放電過(guò)程中，氫離子離開(kāi)負(fù)極，氫氧根離子離開(kāi)正極，二者在電解液中結(jié)合成水并釋放電能。4445圖1鎳氫蓄電池的工作原理4.鎳氫蓄電池認(rèn)知4.3鎳氫蓄電池的充放電特性4.3.1充電特性鎳氫蓄電池在充電初始階段電壓迅速上升，隨著Ni（OH）2的生成，電壓上升速度趨于平穩(wěn)，當(dāng)充電容量接近額定容量的75%以后，電壓又會(huì)迅速上升，之后進(jìn)入過(guò)充電階段。鎳氫蓄電池的充電接受能力很強(qiáng)，充電效率幾乎達(dá)到100%。4.3.2放電特性鎳氫蓄電池的放電性能主要受放電電流和溫度的影響，電流越大則放電電壓和放電效率越低，溫度越低則放電電壓和放電效率越低。464.鎳氫蓄電池認(rèn)知4.4鎳氫蓄電池的充電方法和注意事項(xiàng)4.4.1充電方法鎳氫蓄電池常用恒流充電的方式進(jìn)行充電，充電電壓所能達(dá)到的最大值將直接影響充電效率。因此，充電終止控制對(duì)于鎳氫蓄電池的充電至關(guān)重要，一般通過(guò)定時(shí)控制和最高溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。474.4.2注意事項(xiàng)①鎳氫蓄電池在充電過(guò)程中忌過(guò)充電。②在循環(huán)壽命期要抑制電池析氫，以防止電解液變質(zhì)。③不使用時(shí)要在充足電后保存，而且至少每三個(gè)月充電一次。如果在沒(méi)有儲(chǔ)存電能的情況下長(zhǎng)期保存，將使蓄電池負(fù)極貯氫合金的功能減弱，導(dǎo)致蓄電池壽命變短。485.燃料電池認(rèn)知燃料電池是一種不燃燒燃料而直接以電化學(xué)反應(yīng)的方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置。燃料電池大多采用高純度的氫氣為燃料，通過(guò)與空氣中的氧氣在催化劑的作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成水而釋放電能。由此看來(lái)，氫燃料電池放電實(shí)際就是電解水的逆過(guò)程。5.1燃料電池的類型及特點(diǎn)5.1.1燃料電池的類型燃料電池種類繁多，通常根據(jù)其燃料狀態(tài)、工作溫度、燃料來(lái)源和電解質(zhì)類型等進(jìn)行分類。495.1.2燃料電池的特點(diǎn)燃料電池具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、噪聲小、零排放污染、燃料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，有利于汽車的整體布局和整車的輕量化。相比于鋰離子蓄電池，燃料電池具有續(xù)駛里程長(zhǎng)、冷啟動(dòng)性能好、能量補(bǔ)充快等優(yōu)點(diǎn)。但燃料電池的成本高，不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收，而且基于氫氣自身的特性，對(duì)燃料電池的安全標(biāo)準(zhǔn)要求很高，所用的催化劑也比較稀缺。50515.2燃料電池的結(jié)構(gòu)與原理5.2.1燃料電池的結(jié)構(gòu)如下圖所示，燃料電池同其他電池一樣，包括負(fù)極即燃料極（H2）、正極即空氣極（O2）、電解質(zhì)膜、隔板等。525.2.2燃料電池的工作原理以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，其工作原理是：將氫燃料送到負(fù)極，在催化劑的作用下被分解成氫離子和電子，電子經(jīng)外電路到達(dá)正極并產(chǎn)生電流，失去電子的氫離子穿過(guò)質(zhì)子交換膜到正極；將空氣輸入正極，其中的氧氣在催化劑作用下分解為氧原子，與來(lái)自負(fù)極的氫離子和電子重新結(jié)合成水，完成電化學(xué)反應(yīng)。只要不斷給負(fù)極板供應(yīng)氫氣，給正極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把生成的水帶走，就可以不斷地產(chǎn)生電能，但它并不能儲(chǔ)存電能。536.太陽(yáng)能電池認(rèn)知6.1太陽(yáng)能電池的類型太陽(yáng)能電池就是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的電池。根據(jù)所用半導(dǎo)體材料的不同，太陽(yáng)能電池通常分為硅太陽(yáng)能電池、硫化鎘太陽(yáng)能電池、砷化鎵太陽(yáng)能電池等，其中最常用的是硅太陽(yáng)能電池，有非晶硅、單晶硅和多晶硅三種。546.太陽(yáng)能電池認(rèn)知6.2太陽(yáng)能電池的工作原理太陽(yáng)能電池是基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。安裝在車身表面的電池板由半導(dǎo)體材料制成，在自動(dòng)逐日系統(tǒng)的控制下始終正對(duì)太陽(yáng)，將接收到的陽(yáng)光通過(guò)半導(dǎo)體的作用轉(zhuǎn)化為電能。由于太陽(yáng)能電池的能量較小，而且受天氣影響較大，因此在汽車中并沒(méi)有普遍應(yīng)用，實(shí)際中應(yīng)用的是太陽(yáng)能電池與蓄電池共同組成的混合動(dòng)力電池.55其工作原理如下圖所示，陽(yáng)光充足時(shí)由太陽(yáng)能電池供電同時(shí)給蓄電池充電，陽(yáng)光不足時(shí)則由蓄電池供電。1.鋰電池整體結(jié)構(gòu)的識(shí)別1.1圖1所示是北汽EV200純電動(dòng)汽車搭載的動(dòng)力蓄電池，采用的是三元鋰蓄電池，由273個(gè)單體電池構(gòu)成，先由3個(gè)單體電池并聯(lián)成1個(gè)電池模組，再由91個(gè)電池模組組成電池包。動(dòng)力蓄電池的識(shí)別5657圖1北汽EV200純電動(dòng)汽車搭載的動(dòng)力蓄電池581.2下圖所示是特斯拉ModelS搭載的動(dòng)力蓄電池，采用的是18650鋰電池，由7104個(gè)單體電池構(gòu)成，首先由444個(gè)單體電池組成1個(gè)電池模組，再由16個(gè)電池模組串聯(lián)組成。591.3下圖所示是比亞迪e5搭載的動(dòng)力蓄電池，位于整車底板下，采用的是磷酸鐵鋰蓄電池。如圖1所示，比亞迪e5動(dòng)力蓄電池由13個(gè)電池模組串聯(lián)組成，高壓接口分別在1號(hào)電池模組負(fù)極和13號(hào)電池模組正極，1號(hào)、2號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)電池模組在動(dòng)力蓄電池前端，3號(hào)電池模組在動(dòng)力蓄電池中端，4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)電池模組在動(dòng)力蓄電池后端。60圖1比亞迪e5動(dòng)力蓄電池的組成612.鋰電池單體結(jié)構(gòu)的識(shí)別根據(jù)外形結(jié)構(gòu)的不同，單體鋰電池可分為方形鋰電池、圓柱形鋰電池和軟包鋰電池。2.1下圖所示是應(yīng)用在北汽EV150電動(dòng)汽車上的方形鋰電池。622.2下圖所示是應(yīng)用在特斯拉ModelS電動(dòng)汽車上的圓柱形鋰電池。632.3下圖所示是應(yīng)用在北汽EV200電動(dòng)汽車上的軟包鋰電池。643.混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池的識(shí)別3.1豐田普銳斯混動(dòng)車用鎳氫蓄電池如下圖所示，豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車采用的是鎳氫蓄電池，位于車后座下方，由6個(gè)1.2V的鎳氫單體電池串聯(lián)成1個(gè)7.2V的電池模組，再由28個(gè)模組組成201.6V的動(dòng)力蓄電池。653.2比亞迪唐插電式混動(dòng)車用磷酸鐵鋰蓄電池如下圖所示，比亞迪唐插電式混合動(dòng)力汽車采用的是磷酸鐵鋰蓄電池，位于車身中部，由160個(gè)3.3V的單體電池串聯(lián)而成。663.3帕薩特GTE插電式混動(dòng)車用鋰離子蓄電池如下圖所示，帕薩特GTE插電式混合動(dòng)力汽車采用的是鋰離子蓄電池，位于車輛下方后橋的前面，由12個(gè)3.6V的單體電池串聯(lián)成1個(gè)電池模組，再由8個(gè)模組組成345.6V的動(dòng)力蓄電池。673.4雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)插電式混動(dòng)車用鋰離子蓄電池如下圖所示，雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)（VOLT）插電式混合動(dòng)力汽車采用的鋰離子蓄電池，VOLT的動(dòng)力蓄電池由288個(gè)鋰離子單體電池組成，先將96個(gè)單體電池串聯(lián)成1個(gè)電池模組，再將3個(gè)電池組并聯(lián)而成。68思考與練習(xí)1.請(qǐng)列舉三種常見(jiàn)的動(dòng)力蓄電池并簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。2.鋰離子蓄電池的正負(fù)極材料分別是什么？3.簡(jiǎn)述鋰離子蓄電池的充放電特性。69課題二動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)認(rèn)知70學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能敘述動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的分類和組成。2.能敘述動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的功能。3.能敘述動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能。71任務(wù)描述一輛北汽EV160型汽車因動(dòng)力蓄電池故障而無(wú)法行駛，被拖車運(yùn)至店內(nèi)。經(jīng)維修技師檢查后，確認(rèn)動(dòng)力蓄電池包需要更換，你的主管要求你承擔(dān)動(dòng)力蓄電池包的更換任務(wù)。72任務(wù)分析動(dòng)力蓄電池作為純電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，一旦出現(xiàn)故障則會(huì)造成整車高壓系統(tǒng)無(wú)法正常上電，進(jìn)而導(dǎo)致車輛無(wú)法行駛。因此，需要將動(dòng)力蓄電池拆卸后用專用設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，還需要對(duì)動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)進(jìn)行拆卸，首先要對(duì)動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)加以認(rèn)知。731.動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的定義、組成和分類1.1動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的定義在《電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》（GB/T19596—2017）中，蓄電池管理系統(tǒng)（batterymanagementsystem，BMS）的定義為：監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)），可以為蓄電池提供通信、安全、電芯均衡及管理控制，并提供與應(yīng)用設(shè)備通信接口的系統(tǒng)?？梢?jiàn)，動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)是用來(lái)對(duì)動(dòng)力蓄電池進(jìn)行安全監(jiān)控和有效管理，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，同時(shí)盡可能提高動(dòng)力蓄電池壽命的裝置，它承擔(dān)著動(dòng)力蓄電池的全面管理工作，與電機(jī)控制系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成電動(dòng)汽車的三大核心技術(shù)。一、動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)認(rèn)知74BMS通過(guò)監(jiān)測(cè)動(dòng)力蓄電池中各單體電池的工作狀態(tài)（包括電壓、電流、溫度等）來(lái)確定整個(gè)電池系統(tǒng)的狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)綜合計(jì)算判斷蓄電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)（stateofcharge，SOC）和健康狀態(tài)（stateofhealth，SOH），預(yù)測(cè)動(dòng)力蓄電池的電池容量和剩余行駛里程，并根據(jù)它們的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制調(diào)整和策略實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)及各單體電池的充放電管理，以保證其安全穩(wěn)定地運(yùn)行，避免出現(xiàn)過(guò)放電、過(guò)充電、過(guò)熱以及單體電池間電壓嚴(yán)重不平衡等現(xiàn)象，最大限度地利用蓄電池的存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。751.2動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的組成動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊、中央處理器、顯示單元模塊和控制部件組成，如圖1所示，一般通過(guò)內(nèi)部CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)信息通信。數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等；中央處理器指電池管理模塊，主要功能是與整車系統(tǒng)進(jìn)行通信、控制充電機(jī)等；顯示單元模塊主要指顯示裝置，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；控制部件主要指繼電器、加熱繼電器及熔斷裝置等。76圖1動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的組成771.3動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的分類動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)可分為分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)（distributedbatterymanagementsystem，DBMS）和集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)（centralizedbattery

managementsystem，CBMS）。782.分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)2.1分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)特點(diǎn)分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)是對(duì)每個(gè)單體電池進(jìn)行采樣、監(jiān)控和計(jì)算，再將計(jì)算和判斷結(jié)果送至BMS或直接通過(guò)CAN總線傳輸?shù)秸嚳刂破鳌Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)是減少了布線，便于動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的擴(kuò)展，可以分散安裝；通過(guò)總線進(jìn)行連接與信息通信，采集的數(shù)據(jù)可以就近處理，精度高，能更好地計(jì)算蓄電池的狀態(tài)，有利于建立標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是成本較高，靈活性較差，修改不便，數(shù)據(jù)須由串行總線傳輸，使得系統(tǒng)巡回檢測(cè)的速度受限，而且數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性不高。792.2分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，在分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是分散的，即每個(gè)蓄電池包對(duì)應(yīng)1個(gè)采集單元，這些單元分別與控制中心的BMS通過(guò)1根母線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，充電控制、放電控制等單元也是分開(kāi)的，需要通過(guò)總線傳輸?shù)街行目刂破鳌?02.3分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)組成比亞迪秦的電池管理系統(tǒng)采用的是分布式電池管理系統(tǒng)，主要由1個(gè)電池管理控制器（batterymanagementcontrol，BMC）、10個(gè)電池信息采集器（batteryinformationcollector，BIC）、1套電池采樣線等組成。812.3.1電池管理控制器如下圖所示，比亞迪秦的BMC位于行李艙車身右C柱內(nèi)板后段。BMC的主要功能是總電壓監(jiān)測(cè)、總電流監(jiān)測(cè)、SOC計(jì)算、充放電管理、接觸器控制、功率控制、電池異常狀態(tài)報(bào)警和保護(hù)、漏電報(bào)警、碰撞保護(hù)、自檢以及通信等。822.3.2電池信息采集器如下圖所示，10個(gè)電池信息采集器分別位于每個(gè)電池模組的前端，主要用來(lái)進(jìn)行電壓采樣、溫度采樣、電池均衡、采樣線異常檢測(cè)等。83842.3.3電池采樣線電池采樣線的主要功能是連接電池管理控制器和電池信息采集器，實(shí)現(xiàn)二者之間的通信及信息交換。853.集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)3.1集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)特點(diǎn)集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)是對(duì)動(dòng)力蓄電池的基本信息（如電壓、電流、溫度）進(jìn)行采樣，然后在BMS中心處理單元內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算和判斷，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。其優(yōu)點(diǎn)是材料的成本低，系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限制的通信，簡(jiǎn)化了對(duì)不同電池參數(shù)的調(diào)整與改寫，對(duì)參數(shù)的測(cè)量速度快、可靠性高。缺點(diǎn)是技術(shù)難度大，不能檢測(cè)到每個(gè)單體電池，精度差，對(duì)信號(hào)的處理要求高。863.2集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，在集中式管理系統(tǒng)中，中央控制單元和數(shù)據(jù)采集單元等構(gòu)成整個(gè)管理單元，對(duì)蓄電池系統(tǒng)中的信息進(jìn)行采樣，然后由中央處理器（CPU）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、判斷并進(jìn)行相應(yīng)的控制。87883.3集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)組成以比亞迪e5為例，如下圖所示，集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)安裝在充配電總成的側(cè)面，包括多個(gè)處理模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、SOC估算模塊、電氣控制模塊、安全管理模塊、熱管理模塊、數(shù)據(jù)通信和顯示模塊等。89動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的基本功能包括檢測(cè)、計(jì)算、管理、保護(hù)等，主要包括狀態(tài)檢測(cè)、狀態(tài)分析、安全防護(hù)、能量控制、信息管理和熱管理功能。1.動(dòng)力蓄電池狀態(tài)檢測(cè)功能狀態(tài)檢測(cè)功能主要是對(duì)動(dòng)力蓄電池的電壓、電流和溫度等與自身安全運(yùn)行相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控模塊并完成計(jì)算和處理，數(shù)據(jù)采集速率和精度是影響管理系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。二、動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)基本功能902.動(dòng)力蓄電池狀態(tài)分析功能狀態(tài)分析功能主要包括SOC和SOH計(jì)算。SOC是提示動(dòng)力蓄電池組剩余電量的參數(shù)，SOC=Qr/Qn（Qr為蓄電池剩余容量，Qn為額定容量）。SOC是估算汽車?yán)m(xù)駛里程的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確估算SOC能夠保護(hù)蓄電池、提高整車性能和經(jīng)濟(jì)性能，還能降低車輛對(duì)動(dòng)力蓄電池的要求。SOH是提示蓄電池的技術(shù)狀態(tài)、預(yù)計(jì)可用壽命等健康狀態(tài)的參數(shù)。913.動(dòng)力蓄電池安全防護(hù)功能安全防護(hù)主要用于監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓、電流、溫度等是否超過(guò)正常范圍，防止蓄電池組出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電和溫度過(guò)高等現(xiàn)象。其主要功能包括：過(guò)電壓和過(guò)電流控制、過(guò)放電控制、防止溫度過(guò)高、絕緣檢測(cè)、煙霧報(bào)警、自動(dòng)滅火、碰撞情況下關(guān)閉電池等。924.動(dòng)力蓄電池能量控制功能能量控制功能主要包括以電流、電壓、溫度、SOC、SOH為對(duì)象進(jìn)行充電過(guò)程控制和以SOC、SOH、溫度等為對(duì)象進(jìn)行放電過(guò)程控制以及制動(dòng)能量的回收控制和一致性補(bǔ)償。充電控制功能指動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)在充電過(guò)程中對(duì)電壓和電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，優(yōu)化項(xiàng)目包括充電時(shí)長(zhǎng)、充電效率以及充電的飽和程度等。放電控制功能指在放電過(guò)程中根據(jù)蓄電池的狀態(tài)對(duì)放電電流大小進(jìn)行控制，以使動(dòng)力蓄電池發(fā)揮更大效能，有利于汽車?yán)m(xù)駛里程的延長(zhǎng)，更為重要的是延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。93制動(dòng)能量回收控制功能也是能量控制管理的重要內(nèi)容之一，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)充放電控制管理把蓄電池的荷電狀態(tài)維持在一定范圍內(nèi)，以便有足夠的能量空間接收制動(dòng)回收的能量，從而使蓄電池的充放電效率更高。一致性補(bǔ)償是指當(dāng)單體電池之間存在差異時(shí)，采取一定的措施進(jìn)行補(bǔ)償，使蓄電池組的表現(xiàn)能力更強(qiáng)，并用一定的方法判斷性能不良的單體電池的位置，以便維修更換。動(dòng)力蓄電池一般采用的是充電補(bǔ)償功能，設(shè)有旁路分流電路，能確保每個(gè)單體電池都充滿電，減緩蓄電池老化的進(jìn)度，從而延長(zhǎng)其使用壽命。945.動(dòng)力蓄電池信息管理功能信息管理系統(tǒng)用于存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、累積充放電次數(shù)、故障碼等，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂破?。單體電池采用串行通信接口，整車管理系統(tǒng)采用CAN總線，通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)模塊和中央處理單元的通信，其難點(diǎn)在于如何根據(jù)采集的每個(gè)單體電池的電壓、溫度和放電電流的歷史數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確估計(jì)動(dòng)力蓄電池的SOC。956.動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾砉δ軇?dòng)力蓄電池的熱管理系統(tǒng)通過(guò)冷卻和加熱使動(dòng)力蓄電池的溫度處于正常工作溫度范圍內(nèi)，并能在工作過(guò)程中保持單體電池間溫度均衡，避免因溫度不均衡而造成單體電池的不一致，從而延長(zhǎng)動(dòng)力蓄電池的壽命。熱管理系統(tǒng)一般由蓄電池箱、傳熱介質(zhì)、監(jiān)測(cè)元器件等構(gòu)成。其主要功能包括：蓄電池溫度的準(zhǔn)確測(cè)量和監(jiān)控、蓄電池組溫度過(guò)高時(shí)的有效散熱和通風(fēng)、低溫條件下的快速加熱、有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)、保證電池組溫度場(chǎng)的均勻分布等。96圖1所示是比亞迪e5的動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，主要由電池冷卻控制系統(tǒng)和電池冷卻循環(huán)系統(tǒng)組成，電池冷卻控制系統(tǒng)主要由溫度傳感器和控制系統(tǒng)組成，電池冷卻循環(huán)系統(tǒng)由儲(chǔ)液罐、電動(dòng)水泵、散熱器等組成。散熱器是專門為調(diào)節(jié)電池冷卻系統(tǒng)中冷卻液的溫度而設(shè)置的，是一套獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，其作用是吸收電池冷卻系統(tǒng)的熱量。97圖1比亞迪e5的動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)組成98當(dāng)比亞迪e5工作時(shí)，電池管理控制器根據(jù)接收到的溫度傳感器、上電開(kāi)關(guān)等信號(hào)，進(jìn)行比較分析，得出電池需要加熱的結(jié)論，之后向高壓電控總成發(fā)出指令，高壓電控總成中的配電盒將電池PTC加熱器的電路接通，加熱電池冷卻系統(tǒng)中的冷卻液；當(dāng)上電預(yù)檢正常時(shí)，電池管理控制器控制電動(dòng)水泵工作，使冷卻液在電池冷卻循環(huán)系統(tǒng)中流動(dòng)，流動(dòng)的冷卻液經(jīng)過(guò)動(dòng)力蓄電池，使其逐步加熱至工作溫度。99在比亞迪e5的行駛過(guò)程中，電池管理控制器將接收到的溫度傳感器信號(hào)進(jìn)行比較分析，當(dāng)?shù)贸鲭姵毓ぷ鳒囟绕摺⑿枰档蛣?dòng)力蓄電池工作溫度的結(jié)論時(shí)，電池管理控制器會(huì)向高壓電控總成發(fā)出指令，高壓電控總成中的配電盒會(huì)控制熱交換器和電動(dòng)水泵的工作。在電動(dòng)水泵的作用下，經(jīng)散熱后的冷卻液進(jìn)入高壓電池包對(duì)其進(jìn)行冷卻。冷卻過(guò)程中，若冷卻液不足則由儲(chǔ)液罐進(jìn)行補(bǔ)償，部分高溫冷卻液以水蒸氣的形式返回儲(chǔ)液罐以平衡整個(gè)管路系統(tǒng)的壓力。100動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的識(shí)別1.不同車型動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的識(shí)別1.1下圖所示是北汽EV200采用的集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)。1011.2下圖所示是北汽EV150采用的分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)，紅色部分是電池管理控制器，藍(lán)色部分是2個(gè)電池信息采集器。1021.3圖1所示為比亞迪e6采用的集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)，安裝在車身右后側(cè)。通過(guò)實(shí)時(shí)采集各電芯的電壓、各溫度傳感器的溫度、電池系統(tǒng)的總電壓和總電流等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力蓄電池的工作狀態(tài)，并通過(guò)CAN總線與整車控制器（VCU）進(jìn)行通信，獲得電能需求和故障信息，對(duì)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的充放電進(jìn)行綜合管理。103圖1比亞迪e6動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)1041.4下圖所示是比亞迪秦采用的分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)。1051.5比亞迪秦采用的分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)與比亞迪e6采用的集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)相比，優(yōu)勢(shì)如下：（1）

結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。電壓、溫度采樣線的走線更方便，固定更容易。（2）

布置更加合理。BMC的體積較小，有利于整車空間的充分利用，便于布置。（3）性能更加完善。增加了BIC，能夠更加精確地控制電池的電壓，通過(guò)均充均放保證單體的一致性，提高電池性能。（4）整車更加安全。在電池內(nèi)部增加了繼電器和熔斷器，不僅保證了電池包本身的安全，同時(shí)也為整車提供了安全保障。106（5）分布式電池管理控制器的防水等級(jí)更高（IP67），安裝位置更高，更加可靠。（6）安全性更好。集中式電池管理系統(tǒng)的電壓采樣線從電池包直接引出到電池管理控制器，線束破損或者連接器進(jìn)水則容易產(chǎn)生安全隱患，還容易使電池管理控制器因短路而燒毀。分布式電池管理系統(tǒng)則無(wú)這類缺陷。1072.不同類型動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的識(shí)別2.1集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)如下圖所示，該集中式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)位于維修開(kāi)關(guān)一側(cè)。108集中式管理系統(tǒng)通過(guò)CSC電芯管理單元來(lái)完成電壓、電流和溫度信號(hào)的采集并實(shí)現(xiàn)均衡控制，通過(guò)CAN總線與VCM（整車控制模塊）進(jìn)行通信，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。1092.2分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)如下圖所示，該分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)位于蓄電池系統(tǒng)的前側(cè)兩端和中后側(cè)。110分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示，BIC采集單體電池的信息并通過(guò)數(shù)據(jù)接口反饋給BMC，主控盒通過(guò)CAN總線與VCM進(jìn)行通信。111思考與練習(xí)1.什么是動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)？2.集中式和分布式動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)各有哪些特點(diǎn)？3.簡(jiǎn)述動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能。模塊二動(dòng)力蓄電池的檢修課題一動(dòng)力蓄電池的檢測(cè)與更換112課題二動(dòng)力蓄電池模組的更換課題三動(dòng)力蓄電池的檢測(cè)與維護(hù)課題四動(dòng)力蓄電池高壓維修開(kāi)關(guān)的檢測(cè)與更換113課題一動(dòng)力蓄電池的檢測(cè)與更換114學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能準(zhǔn)確描述常見(jiàn)新能源汽車車型動(dòng)力蓄電池的結(jié)構(gòu)組成與安裝位置。2.能描述常見(jiàn)新能源汽車車型動(dòng)力蓄電池的質(zhì)保期。3.能敘述新能源汽車作業(yè)“十不準(zhǔn)”的內(nèi)容。4.能按操作規(guī)范完成動(dòng)力蓄電池的拆裝。115任務(wù)描述一輛北汽EV160型汽車因動(dòng)力蓄電池故障而無(wú)法行駛，被拖車運(yùn)至店內(nèi)。經(jīng)維修技師檢查后，確認(rèn)動(dòng)力蓄電池需要進(jìn)行更換，你的主管要求你承擔(dān)動(dòng)力蓄電池的檢測(cè)與更換任務(wù)。116任務(wù)分析動(dòng)力蓄電池作為新能源汽車的動(dòng)力源，一旦出現(xiàn)故障則會(huì)造成整車高壓系統(tǒng)無(wú)法正常上電，進(jìn)而導(dǎo)致車輛無(wú)法行駛。因此，需要將動(dòng)力蓄電池拆卸后，利用專用設(shè)備儀器進(jìn)行檢測(cè)與維修。117新能源汽車的動(dòng)力蓄電池一般位于車輛底部前、后橋及兩側(cè)縱梁之間，安裝在此處能使其具有較高的抗碰撞安全性，還可以降低車輛重心，使車輛具有更好的操控性。將新能源汽車的動(dòng)力蓄電池安裝在駕駛室下方的車架縱梁之間，不但使拆裝操作更加簡(jiǎn)單，避免了動(dòng)力蓄電池安裝分散，減少了動(dòng)力蓄電池之間高壓連接線束的使用，而且節(jié)約了成本。一、常見(jiàn)車型的動(dòng)力蓄電池118動(dòng)力蓄電池一般安裝在清潔、陰涼、通風(fēng)、干燥的地方并且要避免受到陽(yáng)光直射，同時(shí)要遠(yuǎn)離加熱器和其他輻射熱源。動(dòng)力蓄電池一般正立安裝放置，不可傾斜。動(dòng)力蓄電池組間采取通風(fēng)措施，避免因動(dòng)力蓄電池?fù)p壞而產(chǎn)生的可燃?xì)怏w引起爆炸和燃燒。介紹幾種具有代表性的新能源車型動(dòng)力蓄電池，包含其結(jié)構(gòu)組成、安裝位置及技術(shù)參數(shù)。1191.豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池1.1動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)主要由HV（高壓）混合動(dòng)力蓄電池溫度傳感器、維修塞連接器（高壓維修開(kāi)關(guān)）、電池智能單元、HV混合動(dòng)力蓄電池鼓風(fēng)機(jī)及HV混合動(dòng)力蓄電池等構(gòu)成，如下圖所示。120121第一代豐田混動(dòng)系統(tǒng)（toyotahybridsystem，THS）的HV混合動(dòng)力蓄電池有228個(gè)單體電池：（1.2V×6個(gè)單體電池）×38個(gè)模組，額定電壓為DC273.6V。相比之下，豐田的第二代混動(dòng)系統(tǒng)（THS-Ⅱ）的HV混合動(dòng)力蓄電池有168個(gè)單體電池：（1.2V×6個(gè)單體電池）×28個(gè)模組，額定電壓為DC201.6V。這些內(nèi)部改進(jìn)，使蓄電池具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等特點(diǎn)。THS的HV混合動(dòng)力蓄電池單體電池間為單點(diǎn)連接，THS-Ⅱ的HV混合動(dòng)力蓄電池單體電池間為雙點(diǎn)連接，這樣可以有效減小蓄電池的內(nèi)部電阻。1221.豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池1.2動(dòng)力蓄電池安裝位置第二代豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力蓄電池采用全封閉的鎳氫蓄電池，安裝于車輛的后部，安裝位置如圖1所示。123圖1a第二代豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池安裝位置124圖1b第二代豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池安裝位置（實(shí)車）1251.豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池1.3動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)第二代豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。126表1第二代豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)1272.北汽純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池2.1北汽EV1602.1.1動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)北汽EV160純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池由動(dòng)力蓄電池箱、動(dòng)力蓄電池模組、蓄電池電壓采集盒、輔助元器件（電器件及高低壓連接器等）組成，其功能為接收和儲(chǔ)存由車載充電機(jī)、發(fā)電機(jī)、制動(dòng)能量回收裝置或外部充電裝置提供的高壓直流電，并且為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及電輔助系統(tǒng)提供能量，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。128圖1北汽EV160純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)1292.1.2動(dòng)力蓄電池安裝位置北汽EV160純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池安裝于車輛下方底盤處，如下圖所示。130表1北汽EV160兩款動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)2.1.3動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)北汽EV160純電動(dòng)汽車的兩款動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。131續(xù)表1322.北汽純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池2.2北汽EV2002.2.1動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)北汽EV200純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池由電池箱體、電池模組、電池管理系統(tǒng)、電池管理控制器、高壓維修開(kāi)關(guān)及其他輔助元器件等組成。2.2.2動(dòng)力蓄電池安裝位置北汽EV200動(dòng)力蓄電池箱體、模組安裝在車輛車廂底部。2.2.3動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)北汽EV200純電動(dòng)汽車所用動(dòng)力蓄電池為SK-30.4kW·h。1333.比亞迪新能源汽車動(dòng)力蓄電池3.1比亞迪e63.1.1動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)比亞迪e6動(dòng)力蓄電池由11個(gè)動(dòng)力蓄電池模組，共96個(gè)單體電池組成，如右圖所示。比亞迪e6采用了磷酸鐵鋰蓄電池，每個(gè)單體電池的電壓約為3.3V，將96節(jié)單體電池串聯(lián)后，可以形成約316.8V的總電壓。134在比亞迪e6的動(dòng)力蓄電池組總成中，可以分別對(duì)11個(gè)電池模組進(jìn)行標(biāo)記和命名，即從A1～E分別標(biāo)記為A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2、D3、D4和E。其中：A1、A2、E——每個(gè)電池模組有4個(gè)單體電池串聯(lián)。B1、B2——每個(gè)電池模組有10個(gè)單體電池串聯(lián)。C1、C2——每個(gè)電池模組有8個(gè)單體電池串聯(lián)。D1、D2、D3、D4——每個(gè)電池模組有12個(gè)單體電池串聯(lián)。1353.1.2動(dòng)力蓄電池安裝位置比亞迪e6動(dòng)力蓄電池安裝于車輛下部底盤位置處，如下圖所示。1363.1.3動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)比亞迪e6的動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。表1比亞迪e6動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)1373.2比亞迪秦3.2.1動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)比亞迪秦的動(dòng)力蓄電池主要由152個(gè)單體電池（10個(gè)電池模組）、電壓及溫度采樣線束、電池隔板、安裝支架組成，如下圖所示。1383.2.2動(dòng)力蓄電池安裝位置比亞迪秦動(dòng)力蓄電池位于行李艙內(nèi)，如下圖所示。1393.2.3動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)比亞迪秦動(dòng)力蓄電池的單體電池電壓為3.3V，電池包標(biāo)稱電壓為501.6V，標(biāo)稱容量為26A·h，一次充電13kW·h。3.比亞迪新能源汽車動(dòng)力蓄電池3.3比亞迪唐1403.3.1動(dòng)力蓄電池結(jié)構(gòu)比亞迪唐動(dòng)力蓄電池主要由8個(gè)動(dòng)力蓄電池模組、16個(gè)動(dòng)力蓄電池信息采集器、動(dòng)力蓄電池串聯(lián)線、動(dòng)力蓄電池支架、動(dòng)力蓄電池包密封罩、動(dòng)力蓄電池采樣線等組成，如下圖所示。1413.3.2動(dòng)力蓄電池安裝位置比亞迪唐動(dòng)力蓄電池位于車輛底部，如下圖所示。1423.3.3動(dòng)力蓄電池技術(shù)參數(shù)比亞迪唐動(dòng)力蓄電池的單體電池電壓為3.3V，電池包標(biāo)稱電壓為712.8V，共216個(gè)單體電池，一次充電18.5kW·h。143動(dòng)力蓄電池故障指示燈的圖示、顏色、故障含義及故障說(shuō)明見(jiàn)下表二、動(dòng)力蓄電池故障指示燈含義表1動(dòng)力蓄電池故障指示燈144續(xù)表145表2常見(jiàn)車型的整車和動(dòng)力蓄電池質(zhì)保期三、常見(jiàn)車型整車和動(dòng)力蓄電池的質(zhì)保期常見(jiàn)車型的整車質(zhì)保和動(dòng)力蓄電池質(zhì)保情況見(jiàn)表2146在維修帶有高電壓的新能源汽車前，務(wù)必規(guī)范執(zhí)行高電壓的斷電和檢驗(yàn)操作，避免因意外高壓觸電。在進(jìn)行高壓系統(tǒng)斷電前，除需做好場(chǎng)地布置、絕緣用品準(zhǔn)備、斷開(kāi)低壓電源等準(zhǔn)備工作外，還需了解新能源汽車作業(yè)“十不準(zhǔn)”。1.非持證電工不準(zhǔn)裝接電動(dòng)汽車高壓電氣設(shè)備。2.任何人不準(zhǔn)玩弄電氣設(shè)備和開(kāi)關(guān)。3.破損的電氣設(shè)備應(yīng)及時(shí)調(diào)換，不準(zhǔn)使用絕緣損壞的電氣設(shè)備。4.不準(zhǔn)利用車身電源對(duì)電動(dòng)汽車以外的用電設(shè)備供電。四、新能源汽車作業(yè)“十不準(zhǔn)”1475.設(shè)備檢修切斷電源時(shí)，任何人不準(zhǔn)啟動(dòng)掛有警告牌的電氣設(shè)備，或合上已經(jīng)斷開(kāi)的熔斷器。6.不準(zhǔn)用水沖洗擦拭電氣設(shè)備。7.熔絲熔斷后，不準(zhǔn)更換規(guī)格不符的熔絲。8.不經(jīng)技術(shù)部門或主管部門審批，不準(zhǔn)私自改動(dòng)和加裝。9.發(fā)現(xiàn)有人觸電，應(yīng)立即切斷電源進(jìn)行搶救，未脫離電源前不準(zhǔn)直接接觸觸電者。10.雷雨天氣，不準(zhǔn)在室外進(jìn)行車輛充電和維修維護(hù)。1481.布置場(chǎng)地作業(yè)前先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢查，檢查絕緣墊，設(shè)立隔離柱，布置警戒線，設(shè)置警示牌，以避免無(wú)關(guān)人員進(jìn)入發(fā)生安全事故。場(chǎng)地布置如下圖所示。一、拆裝準(zhǔn)備1492.準(zhǔn)備絕緣用品2.1個(gè)人安全防護(hù)用品新能源汽車維修人員必須檢查并穿戴必要的個(gè)人安全防護(hù)用品，如絕緣手套、絕緣鞋、護(hù)目鏡、安全帽等，其耐壓等級(jí)需符合作業(yè)要求，如下圖所示。2.2絕緣工具若新能源汽車的維修操作中涉及高壓部件的拆裝，則需要使用絕緣工具，確保操作人員的人身安全。下圖所示為常見(jiàn)絕緣工具套裝。1502.3絕緣測(cè)試儀器對(duì)新能源汽車上的電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣性能檢測(cè)時(shí)，需要使用專用的絕緣測(cè)試儀器，測(cè)量高壓電纜及零部件的絕緣電阻是否處于規(guī)定范圍內(nèi)。下圖所示為絕緣萬(wàn)用表。1513.安全準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)操作過(guò)程中的安全準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)見(jiàn)下表。表1安全準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)152153續(xù)表續(xù)表154155續(xù)表1561.關(guān)閉車輛起動(dòng)開(kāi)關(guān)，確認(rèn)起動(dòng)開(kāi)關(guān)置于LOCK位置，將鑰匙放到安全區(qū)域，通常應(yīng)遠(yuǎn)離被維護(hù)的汽車。注意：如果是可以使用按鈕起動(dòng)的汽車，應(yīng)把鑰匙拿到離車至少5m遠(yuǎn)的地方，或鎖入維修柜，防止汽車被意外起動(dòng)。二、低壓斷電1572.所有充電口應(yīng)用絕緣膠布封住，防止車輛作業(yè)時(shí)被誤充電，如下圖所示。1583.斷開(kāi)低壓蓄電池負(fù)極。切斷低壓控制系統(tǒng)，防止在進(jìn)行高壓系統(tǒng)維修時(shí)誤操作導(dǎo)致高壓上電，造成危險(xiǎn)，如下圖（左）所示。對(duì)低壓蓄電池負(fù)極樁進(jìn)行絕緣處理，并等待5min以上，如下圖（右）所示。

注意：正常情況下，在起動(dòng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉后，高壓系統(tǒng)可能仍然存在高壓電，這是高壓線路中的電容造成的，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的等待，電容中的電荷才能被完全釋放。1591.拆除后排座椅及地板膠北汽新能源EV160的高壓維修開(kāi)關(guān)安裝在后排座椅地墊位置，如下圖所示，拆除高壓維修開(kāi)關(guān)前需要拆除后排座椅及地板膠。三、高壓斷電2.拆卸高壓維修開(kāi)關(guān)遮板固定螺栓佩戴絕緣手套，使用絕緣工具拆卸高壓維修開(kāi)關(guān)遮板的固定螺栓，如下圖所示。a）高壓維修開(kāi)關(guān)b）拆卸固定螺栓1603.拆除高壓維修開(kāi)關(guān)拆除高壓維修開(kāi)關(guān)并放置警示牌，如下圖所示。161高壓系統(tǒng)斷電操作應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）高壓維修開(kāi)關(guān)只在特殊情況下操作，如車輛維修、漏電報(bào)警等情況，在非特殊情況下不允許對(duì)高壓維修開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。（2）高壓維修開(kāi)關(guān)的操作應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行，操作人員應(yīng)該進(jìn)行過(guò)相關(guān)培訓(xùn)。（3）只有在車輛已被下電，同時(shí)高壓線路口電容已充分放電的情況下才能拆下高壓維修開(kāi)關(guān)。（4）操作時(shí)，操作人員必須佩戴必要的安全防護(hù)用品，如絕緣手套、絕緣鞋等，其耐壓等級(jí)必須高于電池組的最高電壓。使用前需檢查其是否完好無(wú)損，確保安全。（5）拆除高壓維修開(kāi)關(guān)后，必須妥善保管，直至檢修完畢，避免誤操作。1621.高壓部件放電維修新能源汽車時(shí)，雖然對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行了斷電處理，但所維修的高壓部件可能存在殘余電量，應(yīng)使用萬(wàn)用表對(duì)維修部位進(jìn)行電壓測(cè)量，如果測(cè)量值大于0應(yīng)使用放電工裝對(duì)該部位進(jìn)行放電，電壓值為0后方可進(jìn)行作業(yè)，如右圖所示。163四、高壓放電與驗(yàn)電164注意：（1）放電操作時(shí)，確保佩戴絕緣橡膠手套。（2）放電完畢后，必須再次驗(yàn)電，確保放電有效。1652.高壓驗(yàn)電使用萬(wàn)用表測(cè)量維修的高壓部件連接器的各個(gè)高壓端子，以判斷高壓斷電后是否還存有高電壓。若電源側(cè)顯示電壓較大，則說(shuō)明動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)存在故障，待故障排除后再進(jìn)行下一步作業(yè)；若負(fù)載側(cè)有較小電壓，則應(yīng)利用放電工裝進(jìn)行放電。放電結(jié)束后，再次測(cè)量其電壓，確保電壓值為0，如右圖所示。166注意：（1）在檢驗(yàn)高壓端子期間，必須佩戴好個(gè)人安全防護(hù)用品。（2）驗(yàn)電時(shí)，必須使用電壓等級(jí)高于車輛電壓的測(cè)量?jī)x表。（3）驗(yàn)電后如果仍有高電壓，需再次進(jìn)行放電和驗(yàn)電。1671.舉升車輛至適當(dāng)高度，并拆卸底部護(hù)板，如下圖所示。五、動(dòng)力蓄電池的拆卸1682.先后拆卸動(dòng)力蓄電池低壓及通信插頭和高壓母線插頭，如下圖所示。3.進(jìn)行動(dòng)力蓄電池電源側(cè)驗(yàn)電及放電操作，如下圖所示。1691704.做好動(dòng)力蓄電池側(cè)插座防護(hù)，如下圖所示。1715.檢查動(dòng)力蓄電池舉升車工作情況。將舉升車推移到動(dòng)力蓄電池正下方，調(diào)整位置后鎖止舉升車四輪，連接舉升車動(dòng)力源，調(diào)整舉升車平臺(tái)至水平，使其緩慢上升，托住動(dòng)力蓄電池底部，如下圖所示。1726.使用絕緣工具，按照對(duì)角線拆卸的順序，先將所有固定螺栓擰松，再逐一拆下動(dòng)力蓄電池固定螺栓，如下圖所示。1737.緩慢舉升車輛，檢查動(dòng)力蓄電池與車輛是否順利脫離，如下圖所示。1748.緩慢降下動(dòng)力蓄電池舉升車平臺(tái)，打開(kāi)舉升車車輪鎖止開(kāi)關(guān)，將動(dòng)力蓄電池移出工位。注意：（1）防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入工位以及無(wú)法確保高電壓周邊安全或出現(xiàn)不明狀態(tài)時(shí)，應(yīng)使用隔離帶。離開(kāi)工作區(qū)域時(shí)，建議豎立黃色發(fā)光警告提示。（2）拆卸蓋板前，應(yīng)清除高電壓動(dòng)力蓄電池單元蓋板區(qū)域內(nèi)的殘留水分和雜質(zhì)。（3）進(jìn)行每項(xiàng)工作之時(shí)、之前和之后應(yīng)對(duì)作業(yè)組件進(jìn)行仔細(xì)檢查。例如，拆卸某一組件時(shí)，應(yīng)檢查由此松開(kāi)的其他組件是否損壞。175（4）在拔下和插上BMS的絕緣監(jiān)控導(dǎo)線時(shí)必須特別小心，因?yàn)樵谳^細(xì)導(dǎo)線上存在高電壓。拔下插頭時(shí)，須注意不要拉動(dòng)導(dǎo)線，并注意插頭是否正確鎖止，如果未正確鎖止，可能會(huì)無(wú)法識(shí)別絕緣故障。（5）工作中斷時(shí)，應(yīng)蓋上拆下的殼體端蓋并擰入幾個(gè)螺栓，防止無(wú)意中打開(kāi)。（6）在高電壓組件或連接件上及其附近，不要使用帶有尖銳刃口或邊緣的工具和物體，例如螺釘旋具、側(cè)面切刀等，允許使用裝配楔。在12V車載網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)線束上，允許使用側(cè)面切刀打開(kāi)導(dǎo)線扎線帶。176（7）不允許切開(kāi)高電壓導(dǎo)線上的扎線帶?？梢运砷_(kāi)卡子或?qū)⒏唠妷簩?dǎo)線連同支架部件一起拆卸。（8）拆卸和安裝電池模塊的過(guò)程中，松開(kāi)螺栓和進(jìn)行拆卸時(shí)必須注意，不要松開(kāi)電池模塊上的塑料蓋板，因?yàn)橄旅嫜b有導(dǎo)電電池接觸系統(tǒng)。（9）如果高電壓動(dòng)力蓄電池單元內(nèi)部有雜質(zhì)，應(yīng)明確原因后對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行仔細(xì)清潔，允許使用酒精、風(fēng)窗玻璃清洗液、玻璃清洗液和蒸餾水作為清潔劑，也可以使用帶塑料蓋的吸塵器進(jìn)行清潔。177（10）由于散熱器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)非常扁平，導(dǎo)致拆卸和安裝時(shí)損壞風(fēng)險(xiǎn)較高，因此必須始終由兩個(gè)人來(lái)拆卸和安裝散熱器。拆卸和安裝散熱器時(shí)必須非常謹(jǐn)慎，因?yàn)樯崞鲹p壞（彎曲、凹陷）后，無(wú)法對(duì)電池模塊進(jìn)行冷卻，會(huì)使車輛可達(dá)里程和功率明顯下降。重新安裝前必須使用規(guī)定的清潔劑清潔密封墊和密封面（排氣單元、高電壓插頭、12V插頭和熱交換器接口）。178（11）電解液主要結(jié)合在固體負(fù)極材料和固體正極材料內(nèi)，高電壓動(dòng)力蓄電池單元內(nèi)的自由電解液非常少。出現(xiàn)泄漏情況時(shí)可能會(huì)釋放電解液和溶劑蒸氣，接觸皮膚或眼睛后需用大量清水沖洗并馬上就醫(yī)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生易燃?xì)怏w、污濁氣體和對(duì)健康有害的物質(zhì)，如一氧化碳、二氧化碳、氫氣等。工作現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)供給充足的新鮮空氣，工作人員應(yīng)注意避免吸入有害氣體，在不造成人員傷害的情況下進(jìn)行滅火并及時(shí)通知消防部門。179動(dòng)力蓄電池外觀檢查項(xiàng)目及內(nèi)容見(jiàn)表1。表1動(dòng)力蓄電池外觀檢查項(xiàng)目及內(nèi)容六、動(dòng)力蓄電池的外觀檢查180續(xù)表1811.檢查動(dòng)力蓄電池螺栓、螺栓孔及定位銷檢查動(dòng)力蓄電池的螺栓和螺栓孔有無(wú)異常情況，確保定位銷不少于兩個(gè)且對(duì)角分布、無(wú)變形，如下圖所示。七、動(dòng)力蓄電池的安裝1822.舉升動(dòng)力蓄電池將動(dòng)力蓄電池舉升車推至車輛正下方，動(dòng)力蓄電池被舉升至一定高度后，調(diào)整舉升平臺(tái)至水平并調(diào)整動(dòng)力蓄電池定位銷及螺栓孔位置，將其與車架對(duì)齊，如下圖所示。183將動(dòng)力蓄電池緩慢升高至安裝位置，鎖緊舉升車車輪。注意：（1）上升過(guò)程中不應(yīng)與后懸架或定位銷產(chǎn)生干涉。（2）動(dòng)力蓄電池殼體與車架接觸時(shí)應(yīng)避免過(guò)度舉升。1843.預(yù)安裝動(dòng)力蓄電池固定螺栓用手旋入螺栓至少5mm（2～3圈）后使用專用工具預(yù)緊螺栓，禁止緊固過(guò)度，如下圖所示。1854.緊固動(dòng)力蓄電池固定螺栓用預(yù)置式扭力扳手緊固固定螺栓，如下圖所示。（1）將預(yù)置式扭力扳手調(diào)整至指定力矩（標(biāo)準(zhǔn)值：95～105N·m）。（2）推動(dòng)預(yù)置式扭力扳手手柄以緊固螺栓（按照后部、前部、兩側(cè)的順序）。1865.安裝動(dòng)力蓄電池高壓連接器安裝動(dòng)力蓄電池高壓連接器，如下圖所示。注意：（1）正確佩戴絕緣手套和護(hù)目鏡。（2）應(yīng)鎖止卡扣。1876.安裝動(dòng)力蓄電池低壓連接器安裝動(dòng)力蓄電池低壓連接器，如下圖所示。1887.移出動(dòng)力蓄電池舉升車檢查電池安裝情況后，降下動(dòng)力蓄電池舉升車，然后將舉升車移出車輛底部。8.安裝護(hù)板安裝護(hù)板，按規(guī)定扭矩安裝并旋緊固定螺栓，如下圖所示。1899.安裝高壓維修開(kāi)關(guān)并連接蓄電池負(fù)極降下車輛，安裝高壓維修開(kāi)關(guān)，連接蓄電池負(fù)極，如下圖所示。a）安裝高壓維修開(kāi)關(guān)b）連接蓄電池負(fù)極19010.起動(dòng)車輛起動(dòng)車輛，檢查車輛儀表狀態(tài)，如下圖所示。11.整理現(xiàn)場(chǎng)整理車輛、工位，依據(jù)6S規(guī)范整理場(chǎng)地。191思考與練習(xí)1.簡(jiǎn)述新能源汽車動(dòng)力蓄電池的常見(jiàn)安裝位置及原因。2.列舉一常見(jiàn)純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池的結(jié)構(gòu)。3.什么是新能源汽車作業(yè)“十不準(zhǔn)”？192課題二動(dòng)力蓄電池模組的更換193學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能準(zhǔn)確描述動(dòng)力蓄電池模組故障的現(xiàn)象。2.能描述動(dòng)力蓄電池的組成部件及功能。3.能描述電芯失效模式。4.能敘述動(dòng)力蓄電池的存放規(guī)則。5.能按操作規(guī)范完成動(dòng)力蓄電池模組的拆裝。194任務(wù)描述一輛北汽EV160型汽車因動(dòng)力蓄電池故障而無(wú)法行駛，被拖車運(yùn)至店內(nèi)。經(jīng)維修技師檢查后，確認(rèn)動(dòng)力蓄電池模組需要更換，你的主管要求你承擔(dān)動(dòng)力蓄電池模組的更換任務(wù)。195任務(wù)分析動(dòng)力蓄電池模組是動(dòng)力蓄電池的重要組成部分，當(dāng)動(dòng)力蓄電池模組出現(xiàn)故障或模組間電壓不一致時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力蓄電池?zé)o法正常工作的情況，造成動(dòng)力蓄電池故障。因此，需要對(duì)動(dòng)力蓄電池模組進(jìn)行檢測(cè)并更換，待更換后進(jìn)行電壓均衡及檢測(cè)，方可裝復(fù)車輛。196動(dòng)力蓄電池主要由動(dòng)力蓄電池模組、電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池箱及輔助元器件四部分組成，其外觀如下圖（左）所示，動(dòng)力蓄電池的結(jié)構(gòu)如下圖（右）所示。一、動(dòng)力蓄電池的組成部件及功能1971.動(dòng)力蓄電池模組1.1動(dòng)力蓄電池模組的組成動(dòng)力蓄電池模組是由多個(gè)電池模塊或電池單體串聯(lián)組成的一個(gè)組合體。電池單體是構(gòu)成動(dòng)力蓄電池模塊的最小單元，一般由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及外殼等構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的直接轉(zhuǎn)換。電池模塊是由電池單體并聯(lián)而成的組合，是電池單體在物理結(jié)構(gòu)和電路上連接起來(lái)的最小分組，可作為一個(gè)單元替換。1981.動(dòng)力蓄電池模組1.2動(dòng)力蓄電池模組的連接方式電池模組的連接方式有串聯(lián)、并聯(lián)和串并混聯(lián)。各種連接方式對(duì)電池組的使用安全性、可靠性、不一致性、壽命等有不同的影響，對(duì)電池管理系統(tǒng)的功能也有不同的影響。1.2.1串聯(lián)電池模組單體電池的額定電壓一般偏低，往往不能滿足負(fù)載額定電壓的要求，這時(shí)就需要將多個(gè)單體電池串聯(lián)起來(lái)使用，稱為串聯(lián)電池模組。串聯(lián)電池模組適用于輸出電流不太大，而對(duì)輸出電壓要求較高的場(chǎng)合。1991.2.2并聯(lián)電池模組由于單體電池的輸出電流往往不能滿足實(shí)際應(yīng)用中負(fù)載額定電流的要求，這時(shí)就需要將多個(gè)單體電池并聯(lián)起來(lái)使用，稱為并聯(lián)電池模組?？梢?jiàn)，并聯(lián)電池模組適用于每個(gè)單體電池的電動(dòng)勢(shì)能夠滿足負(fù)載所需電壓、而單體電池的輸出電流小于負(fù)載所需電流的情況。并聯(lián)電池模組中電池間可以互相充電，當(dāng)其中一節(jié)電池電壓較低時(shí)，其他電池將為此電池充電。這種連接方式可以將低壓電池容量小幅度提高，同時(shí)將高壓電池容量大幅降低，能量將損耗在互相充電過(guò)程中而達(dá)不到預(yù)期的對(duì)外輸出。2001.2.3串并混聯(lián)電池模組當(dāng)需要的電源電壓較高且電流較大時(shí)，就會(huì)用到串并混聯(lián)電池模組。串并混聯(lián)電池模組的連接方式有兩種，一種是先并聯(lián)后串聯(lián)，另一種是先串聯(lián)后并聯(lián)。連接方式不同，系統(tǒng)的可靠性也不同。先并聯(lián)后串聯(lián)系統(tǒng)的連接可靠性遠(yuǎn)高于先串聯(lián)后并聯(lián)的情況。先并聯(lián)后串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性高于單體可靠性，而先串聯(lián)后并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性低于單體可靠性，因此無(wú)論何種類型的電池，綜合考慮連接可靠性和連接方式對(duì)電池性能的影響，都應(yīng)采用先并聯(lián)后串聯(lián)的方式。2012.電池管理系統(tǒng)BMS是電池保護(hù)和管理的核心部件，它通過(guò)電壓、電流及溫度檢測(cè)等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、過(guò)高溫和過(guò)低溫保護(hù)。此外，它還具有繼電器控制、SOC估算、充放電管理、均衡控制、故障報(bào)警及處理、與其他控制器通信、高壓回路絕緣檢測(cè)和為動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)加熱的功能。2023.動(dòng)力蓄電池箱3.1組成及作用動(dòng)力蓄電池箱是支撐、固定、包圍電池系統(tǒng)的組件，主要包括上蓋（保護(hù)蓋）、下托盤和輔助元器件（如過(guò)渡件、護(hù)板、螺栓等），動(dòng)力蓄電池箱有承載及保護(hù)動(dòng)力蓄電池組及電氣元件的作用。3.2技術(shù)要求以北汽新能源E150EV為例，動(dòng)力蓄電池箱通過(guò)螺栓接在車身地板下方，其防護(hù)等級(jí)為IP67，螺栓擰緊力矩為95～105N·m。整車維護(hù)時(shí)，需觀察電池箱體螺栓是否松動(dòng)，電池箱體是否有破損和嚴(yán)重變形，密封法蘭是否完整，確保動(dòng)力蓄電池可以正常工作。2033.3外觀要求電池箱體外表面顏色要求為銀灰或黑色，啞光；電池箱體表面不得有劃痕、尖角、毛刺、焊縫及殘余油跡等外觀缺陷，焊接處必須打磨圓滑。4.輔助元器件輔助元器件主要包括動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)內(nèi)部的電子電器元件，如熔斷器、繼電器、接觸器、分流器、高壓維修開(kāi)關(guān)、煙霧傳感器等，以及少量電子電器元件以外的輔助元器件，如密封條、絕緣材料等。204動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)失效模式可以分為三種，即電芯失效模式、電池管理系統(tǒng)失效模式和PACK系統(tǒng)集成失效模式。下面主要介紹電芯失效模式。電芯失效模式分為安全性失效模式和非安全性失效模式。1.電芯安全性失效1.1電芯內(nèi)部正負(fù)極短路電池內(nèi)短路是由電芯內(nèi)部引起的，可能是由于電芯生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷或是長(zhǎng)期受外力振動(dòng)導(dǎo)致電芯變形所致。一旦發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)部短路，很可能會(huì)導(dǎo)致冒煙或燃燒。如果遇到該情況，我們需要第一時(shí)間通知車上人員逃生。二、電芯失效模式2051.2電芯漏液電芯漏液是一種非常危險(xiǎn)但又常見(jiàn)的失效模式。電動(dòng)汽車著火的事故多數(shù)是電芯漏液造成的。電芯漏液的原因有：外力損傷；碰撞或安裝不規(guī)范導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)被破壞；焊接缺陷或封合膠量不足造成密封性能較差等。電芯漏液后，整個(gè)電池包的絕緣失效，單點(diǎn)絕緣失效的問(wèn)題不大，如果有兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上絕緣失效則會(huì)發(fā)生外短路。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，軟包和塑殼電芯相比金屬殼電芯更容易發(fā)生漏液情況，導(dǎo)致絕緣失效。2061.3電池負(fù)極析鋰電池過(guò)充電、低溫充電、大電流充電等不當(dāng)操作都會(huì)導(dǎo)致電池負(fù)極析鋰。國(guó)內(nèi)大部分廠家生產(chǎn)的磷酸鐵鋰或三元鋰電池在0℃以下充電都會(huì)發(fā)生析鋰現(xiàn)象。1.4電芯脹氣產(chǎn)生脹氣的原因很多，主要是因?yàn)殡姵貎?nèi)部發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生氣體，最為典型的是與水發(fā)生副反應(yīng)。脹氣問(wèn)題可以通過(guò)在電芯生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制水分來(lái)避免。電芯一旦脹氣就會(huì)發(fā)生漏液等情況。2072.電芯非安全性失效2.1容量一致性差導(dǎo)致電池容量不一致的原因有很多，目前的解決方法主要是提高電池的生產(chǎn)制造工藝水平，從生產(chǎn)環(huán)節(jié)盡可能保證電池的一致性，并使用同一批次的電池進(jìn)行配組。2.2自放電過(guò)大電池內(nèi)部雜質(zhì)造成的微短路所引起的不可逆反應(yīng)是造成個(gè)別電池自放電偏大的最主要原因。電池在長(zhǎng)時(shí)間的充放電及擱置過(guò)程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致自放電過(guò)大現(xiàn)象，這會(huì)使電池電量降低、性能變差，不能滿足使用需求。2082.3低溫放電容量減少隨著溫度的降低，電解液低溫性能變差，導(dǎo)致電解液的電導(dǎo)率降低，電池電阻增大，電壓平臺(tái)降低，放電容量也減小，將影響電動(dòng)汽車的使用性能和續(xù)駛里程。2.4電池容量衰減電池容量衰減的主要原因是活性鋰離子的損失以及電極活性材料的損失。正極活性材料層狀結(jié)構(gòu)規(guī)整度下降，負(fù)極活性材料上沉積鈍化膜，石墨化程度降低，隔膜孔隙率下降，導(dǎo)致電荷傳遞阻抗增大，鋰離子的脫嵌能力下降，從而導(dǎo)致電池容量的衰減。電池容量衰減是電池不可避免的問(wèn)題。目前，電池廠家應(yīng)該首先解決安全性失效和電池一致性差的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上再考慮延長(zhǎng)電池的壽命。209對(duì)高壓動(dòng)力蓄電池進(jìn)行維修時(shí)，必須采取相關(guān)的高壓安全防護(hù)措施，并佩戴個(gè)人安全防護(hù)用品。根據(jù)要求，只允許將動(dòng)力蓄電池及其組件（如電池模塊）存放在帶有自動(dòng)滅火裝置的空間內(nèi)。此外，存放空間必須裝有火災(zāi)探測(cè)器，以確保即使不在工作時(shí)間內(nèi)也能及時(shí)識(shí)別失火情況。三、動(dòng)力蓄電池的存放210原則上不允許將動(dòng)力蓄電池放在地面上，而是只能放在架子上或絕緣墊上，各電池模塊也必須存放在可上鎖的安全柜內(nèi)，如下圖所示。當(dāng)動(dòng)力蓄電池單元故障但未損壞時(shí)，可將其放在運(yùn)輸容器內(nèi)。211若動(dòng)力蓄電池出現(xiàn)以下情況則視為損壞：1.動(dòng)力蓄電池單元帶有可見(jiàn)燒焦痕跡。2.動(dòng)力蓄電池單元具體部位可見(jiàn)高溫形成跡象。3.動(dòng)力蓄電池單元冒煙。4.動(dòng)力蓄電池單元外部面板變形或破裂。212必須將損壞的動(dòng)力蓄電池臨時(shí)存放在戶外帶有特殊標(biāo)記的容器內(nèi)至少48h，之后才允許進(jìn)行最終廢棄處理，如下圖所示。213已損壞動(dòng)力蓄電池的存放位置必須與建筑物、車輛或其他易燃材料（如垃圾）容器至少距離5m。外部損壞的動(dòng)力蓄電池必須放在耐酸且防漏的凹槽內(nèi)，以免溢出的電解液流入土壤。由于存在危險(xiǎn)且易造成污染環(huán)境，動(dòng)力蓄電池應(yīng)由廠家或?qū)ｉT的機(jī)構(gòu)回收處理。2141.拆裝準(zhǔn)備工作及安全注意事項(xiàng)動(dòng)力蓄電池模組拆裝前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作及具體操作步驟和要求參照模塊二課題一中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。2.動(dòng)力蓄電池模組的拆卸與安裝2.1動(dòng)力蓄電池包開(kāi)箱流程與規(guī)范（1）

選擇與螺栓匹配的相關(guān)工具。螺栓為內(nèi)六角頭螺栓，需使用專用內(nèi)六角頭旋扭工具進(jìn)行拆卸操作。一、動(dòng)力蓄電池模組的拆裝215（2）

拆卸動(dòng)力蓄電池固定螺栓①雙手固定工具與螺栓位置，按對(duì)角線順序均勻用力旋松箱體周布螺栓及高壓維修開(kāi)關(guān)周布螺栓，如下圖所示。216②勻速旋下螺栓。拆卸過(guò)程中注意扭力大小，防止螺栓扭斷與螺紋損壞。（3）

檢查螺栓是否全部拆除完畢。（4）兩人配合抬下電池保護(hù)蓋（一前一后，動(dòng)作要輕緩），如下圖所示。2172.動(dòng)力蓄電池模組的拆卸與安裝2.2動(dòng)力蓄電池模組的拆裝（1）穿戴好防護(hù)設(shè)備后，斷開(kāi)主“+”、主“-”及預(yù)充繼電器插頭，斷開(kāi)主“+”繼電器的操作如下圖所示。218（2）查找故障蓄電池模組位置。（3）查找故障蓄電池模組相關(guān)從控模塊數(shù)據(jù)采集線的低壓插頭連接線，并斷開(kāi)相關(guān)連接器，如下圖所示。219（4）拆下蓄電池模組間的高壓母排，并做好絕緣防護(hù)，如下圖左、下圖右所示。220（5）拆下故障蓄電池模組安裝的電流傳感器及相關(guān)連接線路。（6）按對(duì)角線原則拆下蓄電池模組的固定螺栓及相鄰模組的固定螺栓，并拆卸連接母排，如下圖左、下圖右所示。221（7）取下故障蓄電池模組并進(jìn)行更換，如下圖所示。222（8）將更換后電池模組所在從板插頭插入充電機(jī)采集線接口，如下圖所示。223（9）將充電機(jī)擺放固定后，連接電源并打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，如下圖所示。224（10）針對(duì)實(shí)際情況，確定電芯所需補(bǔ)充電量后啟動(dòng)補(bǔ)電，如下圖所示。225（11）電芯補(bǔ)電完畢后，關(guān)閉電源，斷開(kāi)連接線。（12）恢復(fù)采集線插頭在從板的位置。（13）安裝防護(hù)罩、固定螺栓及相關(guān)傳感器和線路。（14）連接動(dòng)力蓄電池內(nèi)部相關(guān)繼電器。226（15）檢測(cè)動(dòng)力蓄電池包整體電壓，如下圖所示。2272.動(dòng)力蓄電池模組的拆卸與安裝2.3動(dòng)力蓄電池包保護(hù)蓋密封流程與規(guī)范（1）為保護(hù)蓋和箱體邊緣涂抹密封膠，進(jìn)行密封處理。密封過(guò)程需將膠槍與密封膠配合使用，如下圖左所示。用密封膠涂抹箱體一圈，禁止留有間斷部位，如下圖右所示。228（2）兩人配合安裝動(dòng)力蓄電池保護(hù)蓋（一前一后，力道與速度同步），如下圖所示。229（3）檢查保護(hù)蓋有無(wú)明顯突起、翹邊，確認(rèn)保護(hù)蓋與箱體成平行狀態(tài)，如下圖所示。230（4）選取與箱體螺栓相匹配的旋扭工具。（5）檢查螺栓組合