動(dòng)力電池自學(xué)資料資料

1、動(dòng)力電池自學(xué)資料剖面圖: lEK電池實(shí)物圖:電池組成： 任何電池都由四個(gè)部分組成，即由電極、電解質(zhì)、隔離物及外殼組成。電池組： 每一塊電池被連接起來， 配合著電池自身的電壓控制系統(tǒng)、 冷卻系統(tǒng)和充放電系統(tǒng)， 被集中 結(jié)合在電池盒里，這個(gè)電池工作系統(tǒng)被稱為電池組。一次電池一次電池，又稱 “原電池 ”，即放電后不能用充電的方法使它復(fù)原的電池。換言之，這種 電池只能使用一次， 放電后電池只能被遺棄了。 這類電池不能再充電的原因， 或是電池反應(yīng) 本身不可逆，或是條件限制使可逆反應(yīng)很難進(jìn)行。二次電池二次電池， 又稱 “蓄電池 ”， 即放電后又可用充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而能再次放電， 且可反復(fù)多次循環(huán)使

2、用的一類電池。 這類電池實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)能量貯存裝置， 用直流電將 電池充足，這時(shí)電能以化學(xué)能的形式貯存在電池中，放電時(shí)，化學(xué)能再轉(zhuǎn)換為電能。動(dòng)力電池就屬于二次電池。功率電壓p 單位：瓦 w u 單位：伏 v電功：W 單位：焦 j八、J時(shí)間：t 單位：小時(shí) h熱量：Q 單位：焦 j八、J電流I 單位安 A電阻R 單位：歐Q電壓（V）=電流（I） x電阻（R）電荷量（Q）=電流（I） x時(shí)間（T）功率 （P） = V x I =能量 （W） = P x T = Q x V電流強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面，電荷量的代數(shù)和，常用字母“A”表示。電壓： 水要有水位差才能流動(dòng)， 同樣的， 要使電荷作

3、有規(guī)則的移動(dòng)，必須在電路兩端有一個(gè) 電勢差，這個(gè)電勢差叫電壓。常用字母“V”表示。電流：在電場力的作用下，自由電子或離子所發(fā)生的有規(guī)則地運(yùn)動(dòng)稱為電流。電阻：電子在物體內(nèi)移動(dòng)所遇到的阻力叫電阻。電阻單位是歐姆，常用字母“Q”表示。短路：電流不經(jīng)負(fù)載而由電源一端直接回到另一端， 導(dǎo)致電路中電流猛烈加大， 這就叫短路。 斷路：電路中電流不通叫斷路。動(dòng)力電池的評價(jià)條件在電動(dòng)汽車上 , 電池系統(tǒng)是一項(xiàng)關(guān)鍵核心的部件 . 特別是在純電動(dòng)汽車上 , 蓄電池作為唯 一的動(dòng)力源尤為重要 . 處于實(shí)際運(yùn)行的需要 , 電動(dòng)汽車對電池的性能提出了一定的要求 ,主要包括 :(1) 能量密度高 , 以提高運(yùn)行效率和續(xù)航里

4、程(2) 輸出功率密度高 , 以滿足駕駛性的要求(3) 工作溫度范圍寬廣，以滿足夏季高溫和冬季低溫的運(yùn)行需要(-40 C +50C )(4) 循環(huán)壽命長，保證電池的使用年限和行駛總里程；(5) 無記憶效應(yīng)，以滿足車輛在使用的時(shí)候常處于非完全放電狀態(tài)下的充電需要(6) 自放電率小，滿足車輛較長時(shí)間的擱置需求。(7) 此外，還要求電池的安全性好、可靠性高以及可循環(huán)利用等。電池的工作原理： 電池使用過程，電池放電過程。 電池放電時(shí)，在負(fù)極上進(jìn)行氧化反應(yīng)，向外提供電子，在正極上進(jìn)行還原反應(yīng)，從外電 路接受電子， 電流經(jīng)外電路而從正極流向負(fù)極， 電解液是離子導(dǎo)體， 離子在電池內(nèi)部的正負(fù) 極之間的定向而導(dǎo)

5、電，陽離子流向正極，陰離子流向負(fù)極。電池放電的負(fù)極為陽極， 放電的正極為陰極， 在陽極兩類導(dǎo)體界面上發(fā)生氧化反應(yīng)， 在 陰極的兩類導(dǎo)體界面上發(fā)生還原反應(yīng)。整個(gè)電池形成了一個(gè)由外電路的電子體系和電解液的離子體系構(gòu)成的完整放電體系，從而產(chǎn)生電能供電。動(dòng)力電池的性能參數(shù)解析:F面是中信國安盟固利公司的動(dòng)力電池性能參數(shù)表中小型容呈鋁塾膜動(dòng)力鋰?yán)鬃佣坞姵兀轰X塑膜動(dòng)力犍離子二次電池（中小型容量）型號(hào)標(biāo)擁電壓（V）標(biāo)稱容量內(nèi)阻| ft*外稅尺寸/mm(Ah)(mQ(g)M+O, 5*1B+1SPIC1009509537516130979393SPIC0907022010122459270216SPIC10

6、8621013153101086200SPIC0710230016153857J102290SPIC1111026520 Wit于Li#LiLi1Li*LiCLi:LVLr Lr Lf cLiLiLi*LiLi*/?n囲子電池的工作原理目前鋰離子電池正極一般采用LiC002，負(fù)極為石墨，電解液為 LiPF6+EC+DMC。充電時(shí)鋰離子從正極層狀氧化物的晶格間脫出，通過有機(jī)電解液遷移到層狀負(fù)極表面后嵌入到石墨材料晶格中，同時(shí)剩余電子從外電路到達(dá)負(fù)極。放電則相反，鋰離子從石墨晶格中脫出回到正極氧化物晶格中。 在正常充放電情況下， 鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的石墨和氧化物間的嵌入 和脫出一般只引起層間距的變化

7、，而不會(huì)引起晶體結(jié)構(gòu)的破壞，伴隨充放電進(jìn)行，正負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化，因此從充放電反應(yīng)的可逆性來講，鋰離子電池是一種理想的可逆電池。鋰離子進(jìn)入電極過程叫嵌入，從電極中出來的過程叫脫出，在充放電時(shí)鋰離子在電池正負(fù)極中往返的嵌入脫出，正像搖椅子一樣在正負(fù)極中搖來搖去，故有人將鋰離子電池形象的稱為 搖椅電池”充放電時(shí)正負(fù)極發(fā)生反應(yīng)為:覽電總反固対：LiC.O+6nC K Li C. + t l CO.HC liPF *FC*DMC I iC 0電池管理系統(tǒng)英文為Battery Management System ，簡稱 BMS BM般是一個(gè)整體系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)

8、節(jié)，它的主要功能是通過監(jiān)控和管理蓄電池，使電池始終保持在最佳工作狀態(tài)，最大限度延長電池壽命；并將電池信息傳輸給相關(guān)子系統(tǒng)，為系統(tǒng)整體決策提供判斷依據(jù)。新能源汽車動(dòng)力電池 BMS在各種BMS中，新能源汽車動(dòng)力電池 BMS較為獨(dú)特，它必須具備實(shí)時(shí)監(jiān)控并調(diào)整電池管理狀 態(tài)的能力，并可以與多個(gè)平行子系統(tǒng)同步協(xié)調(diào)工作。車輛實(shí)際行駛中，加速和減速總是在不停地交替進(jìn)行著，所以BMS必須能夠接受動(dòng)態(tài)信息反饋并不停地調(diào)整其監(jiān)控管理方式。下面是一個(gè)BMS的簡單示意圖，大家可以通過它感受一下BMS涼 直-澀直?？諟龈邏狠敵鎏呻?KMtb電池管理系統(tǒng)控制斟周域網(wǎng)溫度電壓電流監(jiān)控咼郵 控制電池充電電池乍冉皿伏接口Tl邏

9、韜單元需求定制充電圧電芯平桶電池拎制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。1、監(jiān)測電池組中各個(gè)單體電芯的健康狀況；平衡各個(gè)電芯的性能；保證所有電芯都在額定工作范圍內(nèi)；當(dāng)電芯被透支時(shí)最大限度地保護(hù)電池組整體功能；為個(gè)別電芯充電提供接入方式。2、 在系統(tǒng)失控或失去聯(lián)系是提供故障保護(hù)；在緊急狀態(tài)下（如過載、火災(zāi)等）將電池隔離 在部分電芯失效時(shí)提供“應(yīng)急行駛模式”。3、監(jiān)控電池溫度，調(diào)整散熱 /保溫器的工作狀態(tài)，保正電池在最佳溫度運(yùn)行。4、 向系統(tǒng)和車主提供電池 SOC信息（充電程度）和SOH信息（健康程度）；計(jì)算電池余量可行 駛的里程。5、 為電池提供最佳充電流程，并設(shè)定合適的充放電比例，防止回收動(dòng)能時(shí)對電池過度充電。6

10、、 為啟動(dòng)車輛前的負(fù)載阻抗測試預(yù)留足夠的電量，實(shí)現(xiàn)分階段充電以限制涌流的發(fā)生；7、適應(yīng)車輛駕駛模式的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整電池管理模式。8、記錄電池使用情況，做使用歷史記錄。9、獲取并執(zhí)行相關(guān)子系統(tǒng)給予的信息及命令。寶馬Megacity的電池組和前端的 BMS在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，新能源汽車的BMS還可以集成更多的電能管理功能，就看設(shè)計(jì)上有沒有這樣的需求了。單個(gè)模塊集成度越高，占得體積越小，可以為電池騰出寶貴的空間，但高集成度也會(huì)帶來一些不便，例如其損壞時(shí)殃及的范圍廣，修理更換的成本高等。使用電池能量管理系統(tǒng)必備的條件：電池能量管理系統(tǒng)是對電池箱內(nèi)電池模塊的工作進(jìn)行管理，我們認(rèn)為電池能量管理系 統(tǒng)并非一種專

11、用儀表而是一個(gè)系統(tǒng)，也不是什么樣的電池箱都能應(yīng)用電池能量管理系統(tǒng)，它應(yīng)具備一定的條件才能發(fā)揮其功能，否則會(huì)帶來不可預(yù)見的后果。3.1電池模塊方面的要求3.1.1電池模塊應(yīng)具備足夠的使用壽命、可靠性和工作的穩(wěn)定性大家都知道汽車是一種設(shè)計(jì)很緊湊的機(jī)-電一體化的產(chǎn)品。電動(dòng)汽車的緊湊性更加突出、電動(dòng)汽車給安裝電池箱留有的空間有限，有時(shí)會(huì)造成接近性很差，加上電池質(zhì)量很大， 拆-卸很不方便，不能隨時(shí)進(jìn)行拆卸。所以要求應(yīng)用的電池具有極好的使用壽命和可靠性， 使其減少維護(hù)的頻次、減少拆卸電池的次數(shù)給安裝電池能量管理系統(tǒng)創(chuàng)造條件。電池能量管理系統(tǒng)一個(gè)重要的功能是對剩余能量的計(jì)算，如應(yīng)用的電池性能不穩(wěn)定、 可靠性

12、很差，電池模塊在工作中的性能難于進(jìn)行SOC的估算，另外各種變化條件（溫度、濕度、放電條件等）對電池模塊的影響都造成對SOC影響，所以從剩余能量估算角度分析要求電池模塊的性能要穩(wěn)定。3.1.2電池應(yīng)當(dāng)是免維護(hù)電池電池應(yīng)當(dāng)是免維護(hù)的或維護(hù)周期長的少維護(hù)電池。否則的話在電動(dòng)汽車上不能應(yīng)用。 原因除第一點(diǎn)談到的以外，如果應(yīng)用于開口電池除加液費(fèi)時(shí)，工作量大以外，工作時(shí)電解液 的外溢、外滲對周圍環(huán)境污染嚴(yán)重， 影響環(huán)境，有時(shí)會(huì)破壞電動(dòng)汽車整車的電絕緣限值，影 響車輛的使用壽命和使用安全。3.1.3 電池充電后期排出的氣體應(yīng)能得到控制電池充電后期排出的氣體（以氫為主）應(yīng)能得到控制并能集中處理以保證工作安全。

13、 各種電池排出的氣體在電池箱內(nèi)是一種不安全的因素， 不能集存， 必須排除。 一般有兩種處 理辦法：（1）是將每只電池的排氣系統(tǒng)串聯(lián)起來，集中排除電池箱外而擴(kuò)散至安全處；（2）是在箱內(nèi)用強(qiáng)制的氣流加以驅(qū)趕排除電池箱外。3.1.4 電池性能的一致性達(dá)到控制要求電池能量管理的控制參數(shù)是由電池箱參與工作的電池模塊采樣的，而控制參數(shù)并非每 個(gè)電池都要采樣，否則參數(shù)量很大， 不便管理，難于安裝。一般都在電池箱內(nèi)不同區(qū)域里采 取最有代表性的電池模塊，某些性能參數(shù) （比如溫度）作為控制參數(shù)， 在經(jīng)過計(jì)算對比后發(fā) 布控制執(zhí)行指令， 執(zhí)行各種控制功能， 所以說被選擇采樣電池模塊的性能參數(shù)量值上應(yīng)能代 表其他沒被采

14、樣電池模塊的性能， 否則的話， 它就失去代表的意義。 這時(shí)發(fā)出的指令不具備 合理性， 達(dá)不到對電池箱內(nèi)電池模塊的能量管理的目的。 比如電池箱中電池模塊間的性能差 異較大，每個(gè)電池模塊都不具備代表整箱電池模塊性能就難以取得可信的控制參數(shù)。 所以說， 用于電池能量管理的電池模塊其性能間的差異， 即電池模塊的間性能一致性差異必須在一定 的范圍之內(nèi)，這樣用哪一個(gè)電池模塊作為采樣電池都具備條件，都具有代表性。3.2 電池模塊用的電池箱3.2.1 電池箱的要求為達(dá)到對電池進(jìn)行能量管理的目的，電池模塊必須裝在一個(gè)箱內(nèi)，該箱應(yīng)具備一定條 件： （1）電池箱必須是密封的。除必需的通風(fēng)孔外均不能與大氣相通。密封箱

15、內(nèi)的要求主要考 慮電池冷卻氣流的流動(dòng)問題， 不許在某處泄漏， 避免冷卻氣流的流動(dòng)性差造成電池模塊工作 溫度的不一致，從而導(dǎo)致性能的一致性進(jìn)一步的惡化。 （2）電池箱形狀應(yīng)達(dá)到與電池模塊布置形狀相適應(yīng)。當(dāng)冷卻系統(tǒng)工作時(shí)，冷卻風(fēng)扇提供的 冷卻氣流能均勻地流過每個(gè)電池模塊周圍，箱內(nèi)不能形成氣流的“死區(qū)”和渦流的存在，保 證電池模塊工作過程中溫度均勻、性能一致，防止個(gè)別電池模塊早期損壞。（3）電池箱應(yīng)做到內(nèi)部與電池的絕緣，外部與車身的絕緣，防止電池與車身絕緣電阻低下 而影響系統(tǒng)工作，發(fā)生不安全事故。（4）在電池模塊安裝條件下盡量減少電池模塊自行放電的條件。3.2.2 冷卻風(fēng)扇空氣進(jìn)口的選擇電池能量管理

16、系統(tǒng)，無論在充電或放電過程中它都存在工作的可能性，即它應(yīng)具備全 天候工作的條件。 所以電池能量管理系統(tǒng)冷卻空氣進(jìn)口的選擇就十分重要。 它要保證進(jìn)入電 池箱內(nèi)的空氣是清潔的即要求防塵和防雨水進(jìn)入電池箱內(nèi)。如果防塵和防雨措施做得不好， 會(huì)有灰塵臟物和雨水進(jìn)入電池箱內(nèi)， 這樣會(huì)造成電池模塊間的爬電， 自放電量的增加， 電池 箱與車身絕緣阻值的下降， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電池模塊的短路， 這是很危險(xiǎn)的。 此時(shí)管理系統(tǒng)會(huì) 發(fā)出指令， 停止車輛行駛或停止充電， 而影響車輛的運(yùn)行。 實(shí)際應(yīng)用也說明了這一點(diǎn)能量管 理系統(tǒng)冷卻空氣進(jìn)口位置的選擇十分重要， 具體選在何處應(yīng)由汽車設(shè)計(jì)者根據(jù)整車的總布置 來決定。3.2.3

17、排氣口的選擇電池箱排氣口的選擇十分重要，排氣口位置的選擇正常與否會(huì)影響電池箱內(nèi)冷卻風(fēng)扇 的工作性能， 選擇得正確會(huì)有助于冷卻風(fēng)扇的工作。 如何利用汽車前進(jìn)時(shí)在電池箱某部造成 的，負(fù)壓區(qū)，加速電池箱內(nèi)氣體的排除也是值得考慮的一個(gè)問題。3.2.4 電池冷卻空氣的提供方式（吸風(fēng)或排風(fēng)）的選擇電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的冷卻一般采用風(fēng)冷的形式較多， 其他冷卻方式由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或成本 高應(yīng)用的較少。 所以此處著重討論風(fēng)冷方式的冷卻空氣如何提供的問題， 即采用吸風(fēng)式還是 排風(fēng)式為宜。關(guān)于選用哪種供風(fēng)方式，要與電池結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來分析。 （1）排風(fēng)式：電動(dòng)汽車電池箱內(nèi)對電池進(jìn)行冷卻的氣體提供方式以排氣的方式占絕大多數(shù)， 這是因?yàn)殡姵卦诔潆娺^程中要排出一定量的氣體（多數(shù)為氫氣） ，這些氣體要與進(jìn)入電池箱 內(nèi)的冷卻氣體混合排除到箱外。 上面已談過這種氣體的處理方式有兩種， 即集中引出箱外或 由冷卻空氣帶出箱外。 如果為后者， 必須采用排氣的方式， 否則的話這種易燃?xì)怏w通過電風(fēng) 扇的攪動(dòng)后流出箱外很危險(xiǎn)， 此時(shí)應(yīng)當(dāng)采用防爆電機(jī)來推動(dòng)冷卻風(fēng)扇， 即使采用防爆電機(jī)也 不應(yīng)當(dāng)應(yīng)用這種供氣方式以防不測。 （2）吸風(fēng)方式：上面提到如果電池內(nèi)的排除氣體由管路集中引出箱外，且管路間的密封可 靠從布置上考慮可以用吸風(fēng)式對電池箱提供冷卻空氣。 如果總布置允許用排氣方式從安全考 慮最好采用排風(fēng)方