總體結(jié)構(gòu)、工作原理與動力蓄電池總體結(jié)構(gòu)、工作原理與動力蓄電池學習目錄1學習目標2情景導入3知識提升4項目小結(jié)5思考測試總體結(jié)構(gòu)、工作原理與動力蓄電池學習目標能力目標能現(xiàn)場識別純電動汽車的總體組成；能進行動力蓄電池總成的拆裝；能列出動力蓄電池的常見故障，并分析故障原因。素養(yǎng)目標通過查詢資料養(yǎng)成使用汽車維修手冊的自主學習習慣；通過完成實訓工作任務，培養(yǎng)規(guī)范操作意識和安全生產(chǎn)意識（尤其是高壓部分的安全操作）。知識目標掌握純電動汽車的總體結(jié)構(gòu)與工作原理；掌握動力蓄電池的定義、分類與主要性能指標；掌握磷酸鐵鋰離子蓄電池和三元鋰離子蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理；掌握動力蓄電池管理器的定義與功能。

一輛比亞迪秦ProEV純電動汽車行駛過程中，組合儀表上動力蓄電池故障警告燈突然亮起，車主要求服務站給予檢修。假設你是維修技師，請分析排除故障，完成檢修任務，并回答客戶提出的問題。情景導入知識提升主要內(nèi)容1.純電動汽車的總體結(jié)構(gòu)與工作原理2.動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.蓄電池管理系統(tǒng)4.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例5.動力蓄電池常見故障知識提升一、純電動汽車的總體結(jié)構(gòu)與工作原理1.純電動汽車的總體結(jié)構(gòu)純電動汽車(BaleryEleclrieVehicles，BEV)與傳統(tǒng)汽車的區(qū)別主要在于驅(qū)動能量完全由電能提供、由電機驅(qū)動。以比亞迪秦ProEV為例，其總體組成如圖2-1所示

溫馨提示:比亞迪秦ProEV的總體結(jié)構(gòu)與工作原理請掃視頻2.1二維碼觀看。知識提升一、純電動汽車的總體結(jié)構(gòu)與工作原理2.純電動汽車的工作原理當電源接通、汽車前進時，控制系統(tǒng)接收到檔位控制器、加速踏板傳感器和角度傳感器等的信號并傳遞給電機控制器，控制流向前驅(qū)動電機的電流從而使驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，通過變速器器差速器和傳動軸帶動左、右驅(qū)動輪，使汽車前進（圖2-2）。知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理1.動力蓄電池的定義

動力蓄電池一般指為電動汽車提供動力來源的蓄電池。它為整車驅(qū)動和其他用電器提供電能，接受和儲存車載充電機、外置充電裝置和能量回收裝置提供的高壓直流電。動力蓄電池根據(jù)其組合情況可分為：單體蓄電池、蓄電池組和蓄電池包單體蓄電池蓄電池組蓄電池包知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理2.動力蓄電池性能指標評價動力蓄電池性能的主要指標有電壓、容量、內(nèi)阻、能量、功率、輸出效率、自放電率和使用壽命等。

知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.動力蓄電池的分類及其基本結(jié)構(gòu)、工作原理

目前，比較常見的動力蓄電池主要有鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池、燃料電池等種類。

(1)鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池的基本結(jié)構(gòu)如圖2-5所示，其正極材料為氧化物[Ni(0H)2]，負極是儲氫合金，電解質(zhì)為KOH水溶液，隔膜采用尼龍纖維、聚丙烯纖維和維綸纖維等。知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.動力蓄電池的分類及其基本結(jié)構(gòu)、工作原理

鎳氫蓄電池的基本工作原理：充電時由于水的電化學反應生成氫原子，并立即擴散到合金中，形成金屬氫化物(MH)，實現(xiàn)負極儲;鎳電極活性物質(zhì)Ni(OH),釋放出一個質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆姂B(tài)的NiOOH。放電時，氫化物分解出的氫原子在合金表面氧化為水，Ni00H吸收一個質(zhì)子還原Ni(0H)2。

知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.動力蓄電池的分類及其基本結(jié)構(gòu)、工作原理（2）鋰離子蓄電池

鋰離子蓄電池是利用鋰離子作為導電離子，在陽極和陰極之間移動，通過化學能和電能互相轉(zhuǎn)化實現(xiàn)充、放電的蓄電池。磷酸鐵鋰離子蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.動力蓄電池的分類及其基本結(jié)構(gòu)、工作原理

（2）鋰離子蓄電池

工作原理

當電池充電時，鋰子從正極中脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)。放電時則相反。Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為“搖椅電池”。

知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.動力蓄電池的分類及其基本結(jié)構(gòu)、工作原理

（2）鋰離子蓄電池

三元鋰離子蓄電池：全稱是三元聚合物鋰離子蓄電池，其正極材料使用鎳鈷錳酸鋰。三元鋰離子蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。其充電時的反應及電荷轉(zhuǎn)移如下

知識提升二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.動力蓄電池的分類及其基本結(jié)構(gòu)、工作原理(3)燃料電池燃料電池

(4)石墨烯電池

(5)固態(tài)電池固態(tài)電池知識提升三、蓄電池管理系統(tǒng)1.蓄電池管理系統(tǒng)的功能

蓄電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem，BMS)通過檢測蓄電池組中各單體蓄電池的狀態(tài)來確定整個蓄電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并根據(jù)它們的狀態(tài)對蓄電池系統(tǒng)進行對應的控制調(diào)整和策略實施，實現(xiàn)對蓄電池系統(tǒng)及各單體的充放電管理，以保證蓄電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，延長蓄電池的使用壽命。2.蓄電池管理系統(tǒng)的總體組成與工作原理

BMS包括硬件和軟件兩部分。硬件可以分為主控模塊和從控模塊兩大塊(圖2-10)，主要由數(shù)據(jù)采集單元(采集模塊)、中央處理單元(主控模塊)、顯示單元、均衡單元檢測模塊(電流傳感器、申壓傳感器、溫度傳感器、漏電檢測)、控制部件(熔斷控制、繼電器)等組成。知識提升三、蓄電池管理系統(tǒng)3.蓄電池管理系統(tǒng)信息采集

按照采集模塊和主控模塊在實體上的分配布置不同，BMS根據(jù)不同項目需求分為集中式和分布式兩類。還有一種半分布式管理系統(tǒng)是兩種模式的綜合。圖2-11集中式管理系統(tǒng)知識提升三、蓄電池管理系統(tǒng)3.蓄電池管理系統(tǒng)信息采集

按照采集模塊和主控模塊在實體上的分配布置不同，BMS根據(jù)不同項目需求分為集中式和分布式兩類。還有一種半分布式管理系統(tǒng)是兩種模式的綜合。圖2-12分布式管理系統(tǒng)4.動力蓄電池的SOC及SOH估算技術S0C是當前動力蓄電池剩余電量/容量的簡稱。知識提升三、蓄電池管理系統(tǒng)5.動力蓄電池絕緣管理

動力蓄電池絕緣管理主要包括單體蓄電池的絕緣和蓄電池組的絕緣。單體蓄電池的絕緣主要考慮：（1）正極與負極集流體之間絕緣（2）蓄電池芯與單體蓄電池外殼之間絕緣（3）單體蓄電池正、負極耳與外殼之間絕緣6.動力蓄電池熱管理

冷卻系統(tǒng)根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，可分為空氣冷卻、液體風冷和相變液冷三種冷卻方式。

加熱系統(tǒng)的作用是保證在低溫環(huán)境下能夠使蓄電池正常充電，其主要由加熱元件和電路組成。知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例1.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)基本參數(shù)

知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

(1)蓄電池系統(tǒng):蓄電池系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由單體蓄電池、動力蓄電池組、串聯(lián)線、蓄電池信息采集器(BIC)、蓄電池采樣線、托盤、防火隔熱棉、密封蓋、高低接插件(維修開關)、配電箱(總正、總負接觸器)和冷卻管道等組成。比亞迪秦ProEV動力蓄電池由11個蓄電池組119個單體蓄電池組成:蓄電池組的排列如圖2-16所示知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

(2)BMS比亞迪秦ProEV的BMS架構(gòu)如圖2-17所示，其主要包括蓄電池管理器、信號(電壓、電流、溫度)采集系統(tǒng)、充配電總成(各種接觸器、熔絲、車載充電系統(tǒng)、充放電控制系統(tǒng))、車載網(wǎng)絡(CAN)等。知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

充配電總成將DC/DC變換器、車載充電機(0BC)以及高壓配電箱(PDU)進行高度集成，其外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-19所示。圖2-19

比亞迪秦ProEV充配電總成

a)外部結(jié)構(gòu)b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

在配電的部分，高壓配電箱主要負責把動力蓄電池輸出的高壓電與驅(qū)動電機控制器相連接，并與空調(diào)PTC、空調(diào)壓縮機、DC/DC變換器以及蓄電池加熱器等高壓附件進行動力的分配，如圖2-20所示。溫馨提示:比亞迪秦ProEV高壓分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理請掃視頻2.2二維碼觀看知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

比亞迪秦ProEVBMS電路原理圖如圖2-21所示

圖2-21比亞迪秦ProEVBMS電路原理圖

a)蓄電池管理器A口

b)蓄電池管理器B口知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

蓄電池管理器接插件如圖2-22所示知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

（3)高壓互鎖電路原理

高壓互鎖用來確認高壓系統(tǒng)的完整性和安全性，當高壓總線上電之前即主、副繼電器閉合之前，高壓系統(tǒng)回路斷開或完整性被破壞時，高壓互鎖就會采取安全措施(如斷電等)。比亞迪秦ProEV高壓互鎖主要通過接插件的低壓連接回路完成，其互鎖電路如圖2-23所示。知識提升四、比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)實例2.比亞迪秦ProEV動力蓄電池及其管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

（4）比亞迪秦ProEV動力蓄電池動力母線拔插

斷開點火開關，并將鑰匙移開智能鑰匙系統(tǒng)探測范圍；

斷開低壓蓄電池負極端子，并用絕緣膠布包好負極；

確認絕緣手套不漏氣，并佩戴；

斷開高、低壓插接件；

將緊急維修開關保存于自己口袋中；

等待10min或更長時間，以便高壓部件總成內(nèi)部電容放電；

最后進行維修操作。；

圖2-24高、低壓插接件溫馨提示:比亞迪秦ProEV動力蓄電池動力母線拔插請掃視頻2.3二維碼觀看。知識提升五、動力蓄電池常見故障動力蓄電池常見故障見表2-5。；項目小結(jié)

1.純電動汽車動力裝置主要由動力蓄電池及其管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等組成。

2.動力蓄電池是純電動汽車的動力源，種類有鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池和燃料電池等，目前廣泛使用的是鋰離子蓄電池，石墨烯電池和固體電池是正在研發(fā)的很有前景的蓄電池。

3.動力蓄電池的主要性能指標有電壓、容量、內(nèi)阻、能量、功率、輸出效率、自放電率、使用壽命等,項目小結(jié)

4.鋰離子蓄電池是利用鋰離子作為導電離子，在陽極和陰極之間移動，通過化學能和電能互相轉(zhuǎn)化實現(xiàn)充放電的蓄電池。由于它的眾多優(yōu)點及我國有豐富資源和成熟的生產(chǎn)工藝，發(fā)展鋰離子蓄電池是我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的主要方向。

5.BMS通過檢測蓄電池組中各單體蓄電池的狀態(tài)來確定整個蓄電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并實現(xiàn)對蓄電池系統(tǒng)及各單體的充放