新能源汽車動力蓄電池及管理技術(shù)2-2-1 單體蓄電池分揀分容修復(fù)

項目二動力蓄電池的裝調(diào)與測試學(xué)習(xí)情境二動力蓄電池總成的裝調(diào)與測試新能源汽車動力電池及管理技術(shù)NewEnergyVehicleTechnology

單體蓄電池分揀分容修復(fù)任務(wù)一目錄CATALOG學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述獲取信息任務(wù)實(shí)施01020304學(xué)習(xí)目標(biāo)01知識目標(biāo)：1.掌握單體蓄電池分揀分容的含義；2.掌握單體蓄電池分容的作用；3.掌握單體蓄電池成組一致性的相關(guān)知識。學(xué)習(xí)目標(biāo)技能目標(biāo)：1.具有測量單體蓄電池電壓和內(nèi)阻的能力；2.具有正確規(guī)范使用內(nèi)阻測試儀的能力；3.具有單體蓄電池一致性測試的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)愛國敬業(yè)誠信創(chuàng)新素質(zhì)目標(biāo)：1.嚴(yán)格執(zhí)行電動汽車動力蓄電池操作規(guī)范，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工作態(tài)度；2.尊重他人勞動，不竊取他人成果；3.養(yǎng)成總結(jié)訓(xùn)練過程和結(jié)果的習(xí)慣，為下次訓(xùn)練總結(jié)經(jīng)驗；4.培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，養(yǎng)成規(guī)范作業(yè)的良好工作習(xí)慣；5.嚴(yán)格執(zhí)行5S現(xiàn)場管理。弘揚(yáng)工匠精神打造技能強(qiáng)國學(xué)習(xí)目標(biāo)友善任務(wù)描述02任務(wù)描述

小張在一家新能源汽車4S店工作，今天接到了一輛事故車，由于車輛的單體蓄電池出現(xiàn)問題需要進(jìn)行維修、更換。對于這類問題，需要維修人員能對單體蓄電池進(jìn)行一致性測試及相關(guān)儀器設(shè)備的使用有全面的認(rèn)識。獲取信息03一、單體蓄電池的分揀分容

分容的全稱叫做容量分選。鋰電池在生產(chǎn)車間做好以后，電池容量會有差異，通過容量測試篩選出合格電池，這個過程叫分容。

電池出廠前都要經(jīng)過分容分檢過，鋰電池廠一般通過專業(yè)設(shè)備——分容柜，進(jìn)行分容。通過分容柜，按規(guī)范充滿電，而后再放電（放完）。放完電所用的時間乘以放電電流就是電池的容量。只有測試出的容量與設(shè)計的容量偏差在10%以內(nèi)，鋰電池就是合格的，而大品牌會將電池容量誤差控制在5%以內(nèi)。

鋰電池分容時，通過設(shè)備管理系統(tǒng)得到每一個檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，從而分析出這些電池容量的大小和內(nèi)阻等數(shù)據(jù)，確定鋰電池的質(zhì)量等級。分容的目的是對電池進(jìn)行分類組編，就是篩選出內(nèi)阻和容量相同的單體蓄電池進(jìn)行組合，也就是我們所說的分揀。獲取信息二、單體蓄電池的分容工藝我們以磷酸鐵鋰電池的分容作業(yè)內(nèi)容為例進(jìn)行介紹，具體工藝步驟如下：（一）準(zhǔn)備工作1.操作者戴上勞保用品。2.檢查分容檢測柜、內(nèi)阻測試儀及相關(guān)設(shè)備是否正常工作。3.清理工作臺，按工藝要求設(shè)置分容參數(shù)。獲取信息（二）分容1.將電芯正、負(fù)極柱與測試線正、負(fù)線相連接。2.檢查電芯與測試線的接觸情況，確認(rèn)接觸良好無誤。3.看各電芯在電腦上顯示的電壓，對于電壓低于2.5V的電芯(低電壓電芯)，做好標(biāo)識和記錄。4.確認(rèn)對應(yīng)的電芯分容流程，然后進(jìn)行發(fā)送。發(fā)送后，立即檢查電芯的電流，電壓是否正常，包括數(shù)據(jù)曲線。5.電芯充電時，每隔1小時檢查分容電芯的電流，電壓及曲線，檢查電芯是否有脹氣、冒煙，起火現(xiàn)象。6.電芯分容結(jié)束后，應(yīng)及時將電芯從分容柜上取下。獲取信息獲取信息（三）測試及老化1.將分容合格的電池按順序進(jìn)行開路電壓及內(nèi)阻測試。2.測試結(jié)束后，常溫擱置15天老化。3.老化結(jié)束后，再次按順序進(jìn)行開路電壓及內(nèi)阻測試，同時檢驗電芯外觀，將腐蝕、漏液的電芯報廢處理，低電壓及高內(nèi)阻的電芯做不良品標(biāo)識清楚。三、蓄電池單體分容注意事項1.電芯正、負(fù)極與測試線接觸是否良好，電芯正、負(fù)極是否接反。2.分容電芯上接線后需在4小時內(nèi)發(fā)送流程。3.分容結(jié)束后電芯必須在4小時內(nèi)從分容柜上取下。4.分容結(jié)束后電芯需及時標(biāo)識，2小時內(nèi)完成第一次測試。5.操作過程應(yīng)避免電芯兩極耳短路，避免損壞電芯表面質(zhì)量。6.測試電芯內(nèi)阻、電壓時，測試夾具應(yīng)與電芯極耳前端處接觸。7.注意分容數(shù)據(jù)、兩次測量數(shù)據(jù)必須和相應(yīng)電芯相對應(yīng)。8.檢測過程中電芯不能疊放在一起以防止短路。獲取信息四、單體蓄電池成組一致性

1.電池一致性

電池一致性是指統(tǒng)一規(guī)格型號的單體蓄電池成組后，其電壓、荷電量、容量及其衰退率、內(nèi)阻及其變化率、壽命、溫度影響、自放電率等參數(shù)存在一定的差別。

單體蓄電池之間的狀態(tài)差異主要包括單體蓄電池初始差異和使用過程中產(chǎn)生的參數(shù)差異。蓄電池設(shè)計、制造、存儲以及使用過程中存在多種不可控制的因素，會影響電池的一致性。提高單體蓄電池的一致性是提升電池組性能的先決條件。單體蓄電池參數(shù)的相互影響，當(dāng)前的參數(shù)狀態(tài)受初始狀態(tài)和時間累積作用的影響。獲取信息

電池容量不一致會使電池組各單體蓄電池放電深度不一致。容量較小、性能較差的電池將提前達(dá)到滿充電狀態(tài)，造成容量大、性能好的電池不能達(dá)到滿充電狀態(tài)。電池電壓的不一致將導(dǎo)致并聯(lián)電池組中單體蓄電池間的均衡，電壓較高的電池將給電壓較低的電池充電，這會加快電池性能的衰減，損耗整個電池組的能量。自放電速率大的電池容量損失大，電池自放電速率的不一致將導(dǎo)致電池荷電狀態(tài)、電壓產(chǎn)生差異，影響電池組的性能。

串聯(lián)系統(tǒng)中，單體蓄電池內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個電池的充電電壓不一致，內(nèi)阻大的電池提前達(dá)到電壓上限，此時其他電池可能未充滿電。內(nèi)阻大的電池能量損耗大，產(chǎn)生的熱量高，溫度差異進(jìn)一步增大內(nèi)阻差異，導(dǎo)致惡性循環(huán)。并聯(lián)系統(tǒng)中，內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個電池電流的不一致，電流大的電池電壓變化快，使各個單體蓄電池的充放電深度不一致，造成系統(tǒng)的實(shí)際容量值難以達(dá)到設(shè)計值。電池工作電流不同，其性能在使用過程中會產(chǎn)生差異，最終會影響整個電池組的壽命。獲取信息

2.單體蓄電池一致性測試注意事項

單體蓄電池一致性測試需要使用專用的設(shè)備和儀器，這里我們以動力電池實(shí)訓(xùn)平臺為例進(jìn)行講解，主要用測量內(nèi)阻、電壓的方法來判斷。測試時注意事項如下：（1）能正確連接并啟動技術(shù)平臺，注意選用合適的CAN端口；（2）會安裝、使用上位機(jī)軟件；（3）能利用上位機(jī)軟件，正確讀取單體蓄電池參數(shù)，并判斷單體蓄電池的一致性；（4）會使用內(nèi)阻測試儀來測試單體蓄電池的內(nèi)阻和電壓，測試前要將內(nèi)阻測試儀校零，測試時注意表筆一定要與電極充分接觸，并待讀數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；（5）使用內(nèi)阻測試儀時，要能根據(jù)直讀值設(shè)置電壓和內(nèi)阻上、下限，測試時能判斷單體蓄電池電壓和內(nèi)阻的合格性。獲取信息想一想：還有哪些因素會影響單體電池成組的一致性？獲取信息【知識拓展】電池成組不一致性優(yōu)化方法1.單體電池制造技術(shù)鋰電池材料鋰離子電池的正極材料有三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰等，負(fù)極材料有石墨、硅和鈦酸鋰等。同批次原材料對電池性能的一致性十分重要，在生產(chǎn)過程中，需要對原材料的粒徑分布、比表面積和雜質(zhì)含量等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證原材料的批次一致性。鋰離子電池生產(chǎn)工藝電池的生產(chǎn)工藝由多個工序組成，每個工序過程都可能會影響電池的一致性。生產(chǎn)單體性能要一致，必須對每一個工序進(jìn)行合理的設(shè)計和管控，使之平行重復(fù)。根據(jù)電池的性能要求設(shè)計電池生產(chǎn)工序，分析原材料、電極和電解液等參數(shù)對電池一致性的影響，從而合理控制各個工序參數(shù)的閾值。生產(chǎn)線減少人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動化也能提高電池的一致性。獲取信息2.分選制度為了降低初始狀態(tài)差異對電池組的不利影響，通常需要對單體蓄電池進(jìn)行篩選，將狀態(tài)參數(shù)較為一致的電池組合在一起。電池成組方法主要有單參數(shù)配組法、多參數(shù)配組法和動態(tài)特性曲線配組法。動態(tài)特性曲線配組法通過比較同一倍率下不同電池間充放電曲線的差異，能夠很好地反映電池特性，分選效果理想。3.電池組外電路電池串并聯(lián)方式電池組的連接方式影響電池一致性。目前有兩種較好的連接方式:先并聯(lián)兩個相同的電池為一個模塊，再將模塊串聯(lián)起來(PSB);先串聯(lián)兩個不同的電池為一個模塊，再將模塊并聯(lián)起來(SPA)。獲取信息4.電池管理系統(tǒng)為了提高電池的性能和使用壽命需要對單體蓄電池進(jìn)行管理和維護(hù)。電池管理系統(tǒng)是電池系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，主要任務(wù)是保證電池組的性能，防止電池?fù)p壞，避免安全事故，使電池在適宜的區(qū)域內(nèi)工作，延長壽命。BMS由傳感器、執(zhí)行器、控制器和信號線等部分組成，主要功能有:數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)估計、充放電控制、均衡充電、熱量管理、安全管理和數(shù)據(jù)通信等。雖然電池管理技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用，但還需要繼續(xù)完善，尤其是在SOC的估算和數(shù)據(jù)采集精確度、均衡電路、電池快充等方面。由于不同類型的電池特性具有差異，適用于所有電池的BMS是目前的主要研究方向。獲取信息5.均衡控制為了緩解甚至消除電池組中各單體電池間的不一致性，提高電池組的性能、壽命和安全性，通過均衡電路和均衡控制策略能夠有效地改善電池組的不一致性。均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究主要是對均衡電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與改進(jìn)，提高均衡效率，降低成本。根據(jù)均衡電路在均衡過程中電路是否消耗能量可以分為能耗式均衡和非能耗式均衡。能耗式均衡電路采用耗能元件消耗電池組中電壓較高的電池電量，從而實(shí)現(xiàn)單體蓄電池一致性，電路簡單，均衡速度快，效率高，但會導(dǎo)致電池組能量利用率不高;非能耗式電路利用儲能元件和均衡外電路來實(shí)現(xiàn)電池間的能量轉(zhuǎn)移，能量利用效率高，非能耗式均衡有開關(guān)電容式、變換器式和變壓器式。獲取信息均衡控制策略:均衡控制策略主要是確定均衡模塊的工作方式。目前，工作方式有最大值均衡法、平均值比較法和模糊控制法。均衡能力的提升是電池一致性研究的重要方向。均衡技術(shù)需進(jìn)一步提高，包括:(1)SOC作為最理想的判斷標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時估測精度還需進(jìn)一步提高;(2)優(yōu)化均衡電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提升均衡速度，縮短均衡時間;(3)均衡控制策略還需要優(yōu)化，確定最佳的均衡參數(shù)，根據(jù)均衡電路尋找合適的均衡路徑來達(dá)到快速均衡的目的。現(xiàn)階段均衡控制策略的研究大多聚焦于均衡硬件電路設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。但均衡電路參數(shù)會影響均衡效果。另外，均衡啟動時電池荷電狀態(tài)、均衡閾值、充放電電流、均衡電流與充放電電流比值以及充放電工況切換方式也會影響均衡效果。獲取信息【直擊市場】鋰電池技術(shù)發(fā)展一直以控制成本、提高鋰電池的能量密度和功率密度、增強(qiáng)使用安全性、延長使用壽命和提高成組一致性等為主軸，而這些要素的提升依然是鋰電池目前面臨的最大挑戰(zhàn)。我們應(yīng)該加倍努力，學(xué)好技術(shù)本領(lǐng)，將來為國家為新能源汽車產(chǎn)業(yè)、行業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。任務(wù)實(shí)施04任務(wù)實(shí)施單體蓄電池的一致性測試【實(shí)訓(xùn)器材】動力蓄電池總成工作平臺、上位機(jī)軟件、內(nèi)阻測試儀、動力蓄電池診斷CAN盒。【作業(yè)準(zhǔn)備】1.檢查實(shí)訓(xùn)工位；2.內(nèi)阻測試儀、上位機(jī)軟件、動力蓄電池診斷CAN盒、絕緣防護(hù)用品用具等物品在工位擺放整齊；3.做好人員防護(hù)?！静僮鞑襟E】一、單體蓄電池一致性測試1.蓄電池一致性判斷（1）上位機(jī)軟件的連接1）將上位機(jī)軟件安裝于電腦，打開上位機(jī)軟件，讀取動力蓄電池總成裝調(diào)工作平臺相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖2-80所示；圖2-80上位機(jī)軟件任務(wù)實(shí)施單體蓄電池的一致性測試2）讀取動力蓄電池數(shù)據(jù)，如圖2-81所示。（2）單體蓄電池一致性判斷常溫下，三元鋰單體蓄電池標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.7v，磷酸鐵鋰單體蓄電池標(biāo)準(zhǔn)為3.2v，蓄電池模塊溫度應(yīng)基本一致。在蓄電池成組時，要盡量選擇電壓壓差小的，越小越好。（3）對判斷出的不合格單體蓄電池進(jìn)行記錄，包含單體蓄電池、蓄電池模塊編號，數(shù)值等。圖2-81單體蓄電池數(shù)據(jù)2.電壓、內(nèi)阻一致性測試（1）打開內(nèi)阻測試儀，利用校零好的內(nèi)阻測試儀設(shè)置單體蓄電池電壓和內(nèi)阻