《動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)》 課件 項(xiàng)目二 新能源汽車蓄動(dòng)力電池及其管理技術(shù)

動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)項(xiàng)目二新能源汽車動(dòng)力電池及其管理技任務(wù)一鋰離子電池學(xué)習(xí)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.了解鋰離子電池的構(gòu)成及電池工作原理。2.掌握鋰離子電池的分類方法。3.了解鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)。4.了解鋰離子電池的充放電特性。二、技能目標(biāo)1.能正確識(shí)別各種鋰離子電池。2.能夠熟悉鋰離子電池的主要性能。3.能正確使用數(shù)字萬用表對(duì)鋰離子電池進(jìn)行電壓測量和正負(fù)極判別。三、素養(yǎng)目標(biāo)1.正確認(rèn)識(shí)自身崗位職責(zé)，愛崗敬業(yè)。2.嚴(yán)守崗位操作規(guī)程，保證工具、設(shè)備的安全使用。3.養(yǎng)成定期反思與總結(jié)的習(xí)慣，改進(jìn)不足。4.培養(yǎng)好奇心，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，弘揚(yáng)創(chuàng)新精神。5.培養(yǎng)民族自信心，弘揚(yáng)愛國精神。6.嚴(yán)格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理。學(xué)習(xí)目標(biāo)一名客戶第一次來到4S店想要購買一臺(tái)比亞迪漢汽車，由于了解到比亞迪漢汽車使用的是刀片電池，因此對(duì)刀片電池很感興趣。刀片電池其實(shí)是鋰離子電池的一種，作為一名銷售顧問，請(qǐng)你為客戶介紹鋰離子電池的基本知識(shí)。任務(wù)導(dǎo)入目錄鋰子電池的結(jié)構(gòu)01.鋰離子電池的分類02.鋰離子電池的充放電特性03.鋰離子電池的特點(diǎn)04.conents相關(guān)知識(shí)鋰離子電池認(rèn)知，鋰離子電池的測量任務(wù)實(shí)施鋰離子電池的結(jié)構(gòu)01PARTONE鋰離子電池是以鋰離子嵌入化合物為正極材料的電池的總稱。鋰離子電池因正、負(fù)極材料不同而性能有所差異。1.常用的正極材料有：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）等材料；2.負(fù)極材料主要有：碳材料、在研發(fā)的錫基、硅基合金類等材料。目前，電動(dòng)汽車所采用的鋰離子動(dòng)力電池主要由電池包構(gòu)成，電池包的組成結(jié)構(gòu)如圖。鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)電池包的組成鋰離子單體電池組成結(jié)構(gòu)鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)鋰離子單體電池結(jié)構(gòu)基本相同，主要由正極、負(fù)極、隔離膜、電解液和殼體等組成。以圓柱形鋰離子電池為例，單體電池組成結(jié)構(gòu)如圖。由碳材料與黏合劑的混合物，加上有機(jī)溶劑調(diào)和制成為糊狀，并在銅基體上涂覆薄層形成。正極在錳酸鋰離子電池中以錳酸鋰為主，磷酸鐵鋰離子電池中以磷酸鐵鋰為主，在鎳鈷鋰離子電池中以鎳鈷鋰為主，在鎳鈷錳鋰離子電池中以鎳鈷錳鋰為主。鋰離子單體電池結(jié)構(gòu)負(fù)極電解液是由一種或幾種碳酸酯類溶劑組成，溶解有六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰(LiClO4)、六氟硼酸鋰(LiBF4)等溶質(zhì)的有機(jī)電解液。隔離膜是放置于兩極之間，可以避免兩極上的活性物質(zhì)直接接觸而造成電池內(nèi)部的短路，但可以讓帶電Li+通過微孔膜形成通路，作為隔離電極的裝置。大多使用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或由PP+PE+PP三層復(fù)合而成的材料制成的多烯微孔膜。殼體包括電池外殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶等。其中，電池外殼可分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，蓋板可分為正極蓋和負(fù)極蓋，是電池的正負(fù)極引出端。鋰離子單體電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池是一種二次電池（可充電電池），主要依靠鋰離子在正負(fù)極之間的往返嵌入和脫嵌來工作，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。鋰離子電池鋰離子電池的工作原理鋰離子電池工作原理工作原理：在放電過程中，鋰離子從負(fù)極中脫插，通過電解質(zhì)、隔膜（隔板），向正極中嵌入；在充電過程中，鋰離子從正極中脫嵌，通過電解質(zhì)、隔膜（隔板），向負(fù)極插入。充放電過程中，鋰離子來回在正負(fù)極之間遷移，因而，這樣的工作原理被形象地稱為“搖椅電池”。鋰離子電池鋰離子電池工作原理鋰離子電池的工作原理以鈷酸鋰正極、石墨負(fù)極系鋰離子電池為例：充電時(shí)：在外加電場的作用下，正極材料LiCoO2分子中的鋰脫離出來，成為帶正電荷的鋰離子（Li+），從正極移動(dòng)到負(fù)極，與負(fù)極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成LiC6，從而“穩(wěn)定”地嵌入到層狀石墨負(fù)極中放電時(shí):內(nèi)部電場轉(zhuǎn)向，Li+從負(fù)極脫嵌，從電解液移動(dòng)回到正極，重新成為鈷酸鋰分子LiCoO2。如圖鋰離子電池鋰離子電池的工作原理鈷酸鋰電池充放電原理鋰離子電池正極反應(yīng)：充電時(shí)鋰離子脫嵌，放電時(shí)鋰離子嵌入。充電時(shí)：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-放電時(shí)：Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2鋰離子電池負(fù)極反應(yīng)：充電時(shí)鋰離子嵌入，放電時(shí)鋰離子脫嵌。充電時(shí)：xLi++xe-+6C=LixC6放電時(shí)：LixC6=xLi++xe-+6C鋰離子電池鈷酸鋰電池充放電原理鋰離子電池的工作原理充電時(shí)總反應(yīng)??????????2+6??=????1?????????2+????????6放電時(shí)總反應(yīng)：????1?????????2+????????=??????????2+6??鋰離子電池鋰離子電池的工作原理鈷酸鋰電池充放電原理鋰離子的分類02PARTTWO圓柱形電池鋰離子電池的分類(按形狀分）一般按照鋰離子電池的外形分為圓柱形、方形、紐扣形、軟包裝結(jié)構(gòu)等。方形電池紐扣電池軟包鋰離子電池1.圓柱形鋰離子電池圓柱形鋰離子電池由于其體積及容量較小，此結(jié)構(gòu)一般為液態(tài)鋰離子電池所采用，也是最古老的結(jié)構(gòu)之一，偶爾在較早的手機(jī)上還能找到它的影子，大多數(shù)用在筆記本電腦的電池組里面。在汽車動(dòng)力電池中，則需要很多電池并聯(lián)、串聯(lián)組成電池組，如美國特斯拉電動(dòng)汽車ModelS，其動(dòng)力電池采用的是7000多節(jié)型號(hào)為18650鋰離子電池，如圖鋰離子電池的分類(按形狀分）圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)2.方形鋰離子電池方形硬殼鋰離子電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料，內(nèi)部采用卷繞式或疊片式工藝，結(jié)構(gòu)較為簡單，不像圓柱電池采用不銹鋼作為殼體及具有防爆安全閥等附件，因此整體附件重量較輕、可靠度較高及相對(duì)能量密度也較高。大多數(shù)方形電池都是聚合物鋰離子電池。因?yàn)榫酆衔镅诱剐院玫脑?，所以可以做出很多形狀，并隨意調(diào)整鋰離子電池的長寬高。鋰離子電池的分類(按形狀分）方形鋰離子電池結(jié)構(gòu)3.紐扣形鋰離子電池紐扣形鋰離子電池通常也是小容量的可充電電池，主要應(yīng)用在電腦主板、MP3手表、計(jì)算器、IC卡、電子詞典、藍(lán)牙耳機(jī)、手搖充電手電筒、玩具對(duì)講機(jī)等產(chǎn)品中。優(yōu)點(diǎn)：溫度使用廣泛，密封性能好，貯存時(shí)間長，放電電壓平穩(wěn)等鋰離子電池的分類(按形狀分）紐扣形鋰離子電池結(jié)構(gòu)4．軟包鋰離子電池軟包鋰離子電池也稱為聚合物電池，是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼，外面包裹鋁塑膜的電池。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用了疊加的制造方式，結(jié)構(gòu)如圖鋰離子電池的分類(按形狀分）軟包鋰離子電池4．軟包鋰離子電池鋰離子電池的分類(按形狀分）序號(hào)優(yōu)勢說明1安全性能好發(fā)生安全問題時(shí)，軟包軟包電池一般會(huì)鼓氣裂開，而不像鋼殼或鋁殼電芯那樣發(fā)生爆炸。2重量輕軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%，較鋁殼鋰電池輕20%。3內(nèi)阻小軟包電池的內(nèi)阻較鋰電池小，可以極大的降低電池的自耗電。4循環(huán)性能好軟包電池的循環(huán)壽命更長，100次循環(huán)衰減比鋁殼少4%～7%。5設(shè)計(jì)靈活外形可變?nèi)我庑螤?，可以更薄，可根?jù)客戶的需求定制，開發(fā)新的電芯型號(hào)。軟包鋰離子電池的優(yōu)勢鈷酸鋰電池優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出缺點(diǎn)：安全性差、成本非常高錳酸鋰電池優(yōu)點(diǎn)：成本較低、生產(chǎn)工藝簡單、熱穩(wěn)定性好、

耐過充性好、放電電壓平臺(tái)高、安全性高缺點(diǎn)：材料本身不太穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氣體VS鋰離子電池的分類（按正極材料分類）磷酸（亞）鐵鋰電池優(yōu)點(diǎn)：便宜，環(huán)保性能良好，對(duì)環(huán)境污染小、穩(wěn)定缺點(diǎn)：最高單體電壓3.4V的，難滿足市場需求鎳鈷錳三元電池優(yōu)點(diǎn)：比容量較高缺點(diǎn)：暫無明顯性缺陷VS鋰離子電池的分類（按正極材料分類）固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于高溫使用。鋰離子電池的分類（按電解質(zhì)材料分類）凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使電池可在常溫下使用。聚合物正極材料的鋰離子電池采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍，是最新一代的鋰離子電池。鋰離子電池的充放電特性03PARTTHREE涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2涓流充電用來先對(duì)完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時(shí)采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的1/10即0.1C(單體恒流充電電流為2200mA，涓流充電電流為220mA)。涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí)，提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,視電池正極材料設(shè)定此電壓為3.0-4.2V。涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2當(dāng)電池電壓上升到4.2V時(shí)，恒流充電結(jié)束，開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少，當(dāng)減小到0.01C時(shí)，認(rèn)為充電終止。涓流充電恒流充電恒壓充電充電終止階段1階段3階段4充電階段2有兩種充電終止方法：采用最小充電電流判斷或采用定時(shí)器或者兩者的結(jié)合。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流小于0.02C時(shí)終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時(shí)計(jì)時(shí)，持續(xù)充電兩個(gè)小時(shí)后終止充電過程。過充電過充電時(shí)過充電時(shí)，若在恒流階段發(fā)生，由于電流強(qiáng)度大，電壓、溫升、內(nèi)壓持續(xù)升高，以4V鋰離子動(dòng)力電池為例，電壓達(dá)到4.5V時(shí)，溫升40℃，塑料殼體變硬；電壓達(dá)到4.6V時(shí)，溫升可達(dá)60℃，塑料殼體形變明顯并不可恢復(fù)，若繼續(xù)過充，氣閥打開、溫升繼續(xù)升高、不可逆反應(yīng)加劇。不可逆反應(yīng)加劇氣閥打開殼體變形溫度升高放電當(dāng)電池荷電狀態(tài)（SOC）大于20%時(shí)，電池恒流放電，當(dāng)電壓下降至2.5V，轉(zhuǎn)入恒壓放電。接近終止電壓時(shí)停止放電馬尾下降階段電化學(xué)平衡放電初始，電壓陡然跌落過放電過放電時(shí)在放電后期，電壓接近馬尾曲線，動(dòng)力電池組中動(dòng)力電池單體容量是正態(tài)分布，電壓分布很復(fù)雜，容量最小的動(dòng)力電池單體電壓跌落最早、最快，若這時(shí)其他動(dòng)力電池單體電壓降低不是很明顯，小容量動(dòng)力電池單體電壓跌落情況被掩蓋，將造成小容量動(dòng)力電池單體被過度放電。

等同報(bào)廢

失效速率極快不可恢復(fù)活性材料喪失鋰離子電池的特點(diǎn)04PARTFOUR鋰離子電池比能量目前可達(dá)到120～200W·h/kg，單位質(zhì)量能存儲(chǔ)更多能量，是鎳氫動(dòng)力電池的1.5倍，為目前常用動(dòng)力電池中能量密度最高的電池。02比能量高鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)鋰離子電池的平均工作電壓為3.6V，是鎳鎘動(dòng)力電池和鎳氫動(dòng)力電池工作電壓的3倍，單位質(zhì)量能釋放更高功率。01比功率高由于使用高電負(fù)性的含金屬元素鋰電極，磷酸鐵鋰離子電池標(biāo)稱電壓為3.20V，錳酸鋰和鈷酸鋰離子電池高達(dá)3.60V，組合使用的動(dòng)力電池單體數(shù)少。03工作電壓高在非使用狀態(tài)下儲(chǔ)存幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相當(dāng)穩(wěn)定。因?yàn)殇囯x子電池在首次充電過程中會(huì)在負(fù)極上形成一層固體電解質(zhì)界面膜，只允許離子通過而不允許電子通過，因此可以較好地防止自放電。04自放電低在正常應(yīng)用過程中，沒有副反應(yīng)發(fā)生，鋰離子電池充放電的庫侖效率可以達(dá)到100%，能量轉(zhuǎn)換效率要高于鎳氫動(dòng)力電池。05充電效率高鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)磷酸鐵鋰離子電池的循環(huán)壽命正常達(dá)到2000次以上，高的達(dá)到4000次以上，國外研究者已經(jīng)開發(fā)出壽命達(dá)到8000次以上的鋰離子電池。在低放電深度下可達(dá)幾萬次，性能領(lǐng)先。06循環(huán)壽命長鋰離子電池中不使用鎘、鉛及水銀等危害環(huán)境的有害物質(zhì)。雖然根據(jù)鋰離子電池的正極材料不同，有些可能含有鎳、鈷等重金屬物質(zhì)，比如三元電池。然而這些重金屬物質(zhì)的含量很小，所以總體來說，鋰離子電池對(duì)環(huán)境的影響是很小的。08對(duì)環(huán)境污染小鎳鎘動(dòng)力電池的記憶效應(yīng)最為嚴(yán)重，鎳氫動(dòng)力電池存在輕微的記憶效應(yīng)。而鋰離子電池可以隨時(shí)充放電而不影響其容量和循環(huán)壽命。可以根據(jù)要求隨時(shí)充電，不會(huì)降低鋰離子電池性能。07無記憶效應(yīng)鋰離子電池的缺點(diǎn)1.安全性問題鋰離子電池內(nèi)部采用的為易燃的有機(jī)電解液體系，鋰的活潑性又非常好，仍然存在較大安全隱患。2.低溫性能差鋰離子電池的電解液為有機(jī)體系，使其低溫性能受限。目前還沒有能夠滿足車輛低溫性能的鋰離子電池。3.過放電能力差鋰離子電池在過放電過程中，電極結(jié)構(gòu)被破壞，部分物質(zhì)分解，鋰離子電池性能無法恢復(fù)。4.過充電能力差當(dāng)鋰離子電池的充電電壓超過一定值時(shí)，電解質(zhì)等會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生大量熱，鋰離子電池將失效。5.管理系統(tǒng)復(fù)雜必須管理到每個(gè)鋰離子電池的單體電池，否則一旦有鋰離子電池單體出現(xiàn)過充電或過放電，就容易造成整個(gè)鋰離子電池組失效或安全性問題。不同材料鋰離子電池的特點(diǎn)材料三元鋰磷酸鐵鋰錳酸鋰鈷酸鋰能量密度（W·h/kg）150~200100～110100150~160單體標(biāo)稱電壓（v）3.83.23.73.6循環(huán)壽命（次）20001500～2000600～1000300安全性較差好較好差成本低高最低較高優(yōu)點(diǎn)①比容量高②循環(huán)壽命長③價(jià)格低廉①安全性好②循環(huán)壽命長③無毒環(huán)保④循環(huán)性能好①資源豐富②成本低③安全性好④容易制備①工作電壓高②適合大電流放電③比能量高④電導(dǎo)率高缺點(diǎn)①首次充放電效率低②高溫安全性差③電池組體積大①低溫性能差②理論容量不高③室溫電導(dǎo)率低①高溫性能差②循環(huán)性能差①價(jià)格昂貴②抗過充電性差③安全性能差④有污染性各種鋰離子電池性能對(duì)比表磷酸鐵鋰電池錳酸鋰電池鈷酸鋰電池三元鋰電池理論知識(shí)小結(jié)01鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)工作原理理論知識(shí)小結(jié)02鋰離子電池的分類按形狀分類按正極材料分類按電解質(zhì)材料分類03鋰離子電池的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)不同材料鋰離子電池的特點(diǎn)04鋰離子電池的充放電特性充電過充電放電過放電鋰離子電池認(rèn)知鋰離子電池的測量任務(wù)實(shí)施鋰離子電池的測量（二）場地設(shè)備準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施前需要做好場地防護(hù)準(zhǔn)備以及檢查實(shí)訓(xùn)場地和設(shè)備設(shè)施是否及存在安全隱患。一、任務(wù)準(zhǔn)備（1）圓柱形電池正負(fù)極在上下表面，使用游標(biāo)卡尺測量電池高度是注意不要使卡尺觸碰上下面金屬部分，以免造成短路。（2）將單體電池放置在分容柜上，注意選擇正確的倉位以及單體電池正負(fù)極朝向。（3）如遇單體電池正負(fù)極標(biāo)識(shí)不清晰，須先使用萬用表測量，以確定正負(fù)極。（4）分容柜不支持串聯(lián)充放電，使用分容柜進(jìn)行充放電時(shí)，注意設(shè)置電池保護(hù)參數(shù)。（5）單體電池充電和放電各存在電壓上限和下限，不同類型電池一般不盡相同，充電時(shí)注意根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。（三）安全防護(hù)準(zhǔn)備序號(hào)設(shè)備及工具名稱數(shù)量1數(shù)字萬用表1臺(tái)2動(dòng)力電池分容柜1臺(tái)3一個(gè)圓柱型電池1個(gè)4一個(gè)方形電池1個(gè)表：設(shè)備及工具準(zhǔn)備（一）設(shè)備及工具準(zhǔn)備二、實(shí)施步驟

圓柱形電池(18650/26650)

鋼殼/鋁殼方形

軟包裝聚合物電池1.識(shí)別下列鋰離子電池的種類并注明電池部件的名稱二、實(shí)施步驟2.說明下列車型的鋰離子電池種類二、實(shí)施步驟2.說明下列車型的鋰離子電池種類方形電池的正負(fù)極在電池的上表面，標(biāo)有正極，負(fù)極標(biāo)示。圓柱形電池未標(biāo)注正負(fù)極，一般上表面有凸起為正極，下表面為負(fù)極。如遇標(biāo)簽損壞，正負(fù)極無法識(shí)別的特殊電池，可以用數(shù)字萬用表檢測并確定其正負(fù)極，同時(shí)可測量電壓確定其電池種類。一般鋰離子蓄電池的電壓為3.7V，磷酸鐵鋰蓄電池為3.2V，鎳氫蓄電池充電截止電壓為1.4V。二、實(shí)施步驟電池正負(fù)極第一步第一步Step1二、實(shí)施步驟第一步：使用萬用表測量圓柱形電池的正負(fù)極，萬用表調(diào)至電壓擋，紅表筆接觸上表面，黑表筆接觸下表面。測得電池電壓為正數(shù)，則證明紅表筆接觸的為正極，黑表筆接觸的為負(fù)極。若電壓顯示為負(fù)數(shù)，則恰好相反。并記錄電壓大小。如圖所示。第二步第二步Step2二、實(shí)施步驟第二步：使用萬用表測量方形電池的正負(fù)極，萬用表調(diào)至電壓擋，將紅黑表筆接觸上表面凸起。測得電池電壓為正數(shù)，證明正極，負(fù)極判斷正確。若電壓顯示為負(fù)數(shù)，則恰好相反。并記錄電壓大小。謝謝同學(xué)們的聆聽！姓名Thanks動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)項(xiàng)目二新能源汽車蓄動(dòng)力電池及其管理技術(shù)任務(wù)二鋰離子蓄電池模組及其管理系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.了解動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。2.了解動(dòng)力電池的安全保護(hù)功能。3.了解電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)的方法。4.了解動(dòng)力電池的熱管理形式和均衡原理。二、技能目標(biāo)1.能正確識(shí)別電池管理系統(tǒng)主要部件。2.能夠?qū)?dòng)力電池管理系統(tǒng)分類。3.能完成電池管理系統(tǒng)的電壓和電阻測量。三、素養(yǎng)目標(biāo)1.通過對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的認(rèn)知學(xué)習(xí)，培養(yǎng)對(duì)新知識(shí)、新技能的學(xué)習(xí)能力。2.通過小組合作作業(yè)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)與協(xié)作精神。3.進(jìn)行作業(yè)過程中養(yǎng)成服從管理、規(guī)范作業(yè)的習(xí)慣，培養(yǎng)安全意識(shí)。4．通過作業(yè)后反思，養(yǎng)成一絲不茍、精益求精的工作作風(fēng)5．嚴(yán)格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理。學(xué)習(xí)目標(biāo)李某開著自己的比亞迪宋到4S店進(jìn)行檢修。李某：感覺自己的車最近續(xù)航里程下降了很多，請(qǐng)師傅幫忙檢修一下。技師小王：新能源電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程是廣大車主非常關(guān)心的問題。影響汽車?yán)m(xù)駛里程的主要原因除了常見的車輛行駛路況、車輛負(fù)載以外，還有動(dòng)力電池系統(tǒng)性能、輔助系統(tǒng)能量消耗、環(huán)境溫度等因素。任務(wù)導(dǎo)入目錄電池管理系統(tǒng)的基本組成及功能01.電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)02.電池安全技術(shù)03.電池?zé)峁芾砑夹g(shù)04.conents相關(guān)知識(shí)電池均衡技術(shù)05.電池管理系統(tǒng)的測量任務(wù)實(shí)施電池管理系統(tǒng)的基本組成及功能01PARTONE動(dòng)力電池單元由電池模組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電池托盤、輔助電子元器件、冷卻系統(tǒng)等部分組成。動(dòng)力電池單元的組成結(jié)構(gòu)動(dòng)力電池單元結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成動(dòng)力電池模組的最小單元是電池單體，即電芯。動(dòng)力電池模組安裝在防護(hù)等級(jí)IP67的動(dòng)力電池包內(nèi)，通過可靠的高低壓插接件與整車的用電設(shè)備和控制系統(tǒng)連接，是由幾顆到數(shù)百顆電池單體經(jīng)并聯(lián)及串聯(lián)所組成的組合體。動(dòng)力電池模組動(dòng)力電池模組動(dòng)力電池模組例如，純電動(dòng)汽車的電池組成方式是3P91S，即該動(dòng)力電池是由3個(gè)單體電池并聯(lián)組成一個(gè)模塊，再用91個(gè)這樣的模塊串聯(lián)成一個(gè)整體，構(gòu)成了動(dòng)力電池總成。注意：字母P表示并聯(lián)，字母S表示串聯(lián)。動(dòng)力電池模組動(dòng)力電池模組電池3P3S模組連接方式電池管理系統(tǒng)（BMS）包含硬件和軟件兩部分，該系統(tǒng)的硬件由一個(gè)或多個(gè)電子控制器組成，包含電池管理器、高壓盒、電池信息采集器、接觸器、霍爾傳感器/分流器、熔斷器、手動(dòng)維修開關(guān)（MSD）等電子元件組成。電池管理系統(tǒng)（BMS）電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)（BMS）1.電池管理器功能（1）實(shí)時(shí)接收電池信息采集器采集的單體電壓、溫度信息；（2）接收高壓盒反饋的總電壓和電流情況；（3）電池管理系統(tǒng)與整車控制器進(jìn)行通信；（4）電池管理系統(tǒng)與直流充電樁進(jìn)行通訊；（5）電池管理器（BMC）控制主繼電器吸合或斷開、控制充/放電電流和電池加熱的大小情況；（6）喚醒電池管理系統(tǒng)的應(yīng)答。電池管理系統(tǒng)（BMS）電池管理器2.高壓盒高壓盒，又名絕緣檢測盒，作用是監(jiān)控動(dòng)力電池的總電壓和絕緣性能，它的主要功能是監(jiān)控動(dòng)力電池的總電壓（繼電器內(nèi)外4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)）、檢測高壓系統(tǒng)絕緣性能、監(jiān)控高壓連接情況（含繼電器觸點(diǎn)閉合狀態(tài)檢查），然后將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)反饋給電池管理器。電池管理系統(tǒng)（BMS）高壓盒3.電池信息采集器電池采集器，主要作用是電池電壓采樣、溫度采樣、電池均衡、采樣線異常檢測等，然后將采集到的數(shù)據(jù)反饋給電池管理器。電池管理系統(tǒng)（BMS）電池信息采集器4.霍爾傳感器霍爾傳感器一開始日系混合動(dòng)力車上用的較多，現(xiàn)在慢慢有智能的分流器完成電壓和電流的采樣，通過串行總線傳輸，甚至可以在里面實(shí)現(xiàn)電池荷電狀態(tài)（SOC）的估算?；魻栯娏鱾鞲衅魈自诟邏耗妇€上，如圖1-2-7所示。同時(shí)霍爾傳感器在參數(shù)測量過程中能實(shí)現(xiàn)主電路回路和單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，安全性更高。電池管理系統(tǒng)（BMS）高壓母線上嵌套霍爾電流傳感器電池系統(tǒng)內(nèi)的電池采集器（BIC）實(shí)時(shí)采集各單體的電壓值、各溫度傳感器的溫度值、通過電池子網(wǎng)CAN反饋給電池管理器（BMC）。BMC根據(jù)單體電池信息計(jì)算的總電壓、當(dāng)前電池系統(tǒng)的電流值以及絕緣漏電模塊采集的漏電故障轉(zhuǎn)換成電阻信號(hào)反饋給BMC。工作原理動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的工作原理動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能BMC根據(jù)動(dòng)力電池當(dāng)前的健康狀況給予相對(duì)應(yīng)的限功率/停機(jī)的控制策略，并根據(jù)直流充電樁通過槍端的S+、S-的電阻信號(hào)與BMS進(jìn)行通訊，控制直流充電的電壓、電流。同時(shí)電池系統(tǒng)內(nèi)的均衡模塊起到電池單體電壓及溫度均衡作用，附帶有監(jiān)測并響應(yīng)碰撞及電池滲漏的功能，當(dāng)監(jiān)測到影響安全的信號(hào)時(shí)，電池管理系統(tǒng)則立即切斷高壓電供給。工作原理動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的工作原理動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能動(dòng)力電池管理系統(tǒng)是整車能源管理系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，為保護(hù)動(dòng)力電池，合理地使用并管理電池組的電能，為駕駛?cè)颂峁┎@示動(dòng)力電池組的動(dòng)態(tài)變化參數(shù)等，是電動(dòng)汽車節(jié)能、減排和延長續(xù)駛里程的重要管理機(jī)構(gòu)。主要功能動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能某電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的基本功能電池管理控制器充放電管理、接觸器控制、功率控制、電池異常狀態(tài)報(bào)警和保護(hù)、SOC/SOH計(jì)算、自檢以及通信功動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的工作原理和主要功能電池信息采集器電池電壓采樣、溫度采樣、電池均衡、采樣線異常檢測動(dòng)力電池采樣線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。1．集中式系統(tǒng)集中式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，中央控制數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)采集單元等形成整個(gè)電源系統(tǒng)的管理單元，對(duì)電源系統(tǒng)的基本信息如電壓、電流、溫度進(jìn)行采樣，然后在BMS中央處理器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算、判斷和相應(yīng)控制。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的分類集中式BMS優(yōu)點(diǎn)02安全管理便利，簡化了對(duì)不同電池參數(shù)的調(diào)整與改寫，對(duì)參數(shù)的測量速度較快，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的分類優(yōu)點(diǎn)01材料的成本低，可在電池管理系統(tǒng)之間無限制地通信。優(yōu)點(diǎn)03可靠性高，可以靈活計(jì)算，根據(jù)不同的情況在中央處理器內(nèi)修改軟件，滿足不同要求。集中式系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)01需要解決串聯(lián)蓄電池的電壓測量中共地、隔離、測量精度等問題，技術(shù)難度大。缺點(diǎn)02對(duì)電池組進(jìn)行信號(hào)采集，而不能檢測到每個(gè)電池單體，精度差，對(duì)信號(hào)處理要求高。缺點(diǎn)03當(dāng)電池出現(xiàn)故障時(shí)只能替換整個(gè)電池組。適用于僅由一個(gè)電池包組成的車用動(dòng)力電源系統(tǒng)。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的分類集中式系統(tǒng)缺點(diǎn)2．分布式系統(tǒng)在分布式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是分布的，即每個(gè)電池包對(duì)應(yīng)一個(gè)采集單元，這些單元與中心的BMS通過一根母線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，充電控制、放電控制等單元也可能和中央處理單元分開，有的沒有總的BMS控制板，直接通過總線傳輸?shù)诫妱?dòng)汽車中心控制器。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的分類分布式BMS集中式系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)01減少了布線，便于電源系統(tǒng)的擴(kuò)展，可以分散安裝優(yōu)點(diǎn)02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，精度高優(yōu)點(diǎn)03更好地計(jì)算電池的狀態(tài)，利于建立標(biāo)準(zhǔn)化的電源管理系統(tǒng)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的分類集中式系統(tǒng)缺點(diǎn)缺點(diǎn)01成本比較高，靈活性差，修改麻煩，數(shù)據(jù)由串行總線傳輸，系統(tǒng)巡回檢測的速度受限制，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性不高缺點(diǎn)02采用分布式檢測系統(tǒng)時(shí)，由于采樣的下位板數(shù)目較多，造成電池包內(nèi)的走線較多，不利于對(duì)BMS動(dòng)力系統(tǒng)的維護(hù)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的分類主要適用于由多個(gè)電池包組成的電源系統(tǒng)，目前大多數(shù)專門進(jìn)行開發(fā)或生產(chǎn)BMS的企業(yè)制作的基本上是這種分布式系統(tǒng)。電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)02PARTTWO動(dòng)力電池SOC估計(jì)方法大致可分為四類：基于表征參數(shù)的方法安時(shí)積分法基于模型的方法基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法SOC估計(jì)方法電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)SOC估計(jì)方法其荷電狀態(tài)不能通過直接測量得到，僅能根據(jù)電池的某些外特性，如電池的內(nèi)阻、開路電壓、溫度、電流等相關(guān)參數(shù)，利用相關(guān)的特性曲線或計(jì)算公式完成對(duì)荷電狀態(tài)的預(yù)測。SOC估計(jì)電池荷電狀態(tài)（SOC）是用戶評(píng)估當(dāng)前電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的直接參數(shù)，是對(duì)電池剩余電量的評(píng)估。電池運(yùn)行中因涉及過程的復(fù)雜性使得SOC評(píng)估易于出錯(cuò)。電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)電池安全技術(shù)03PARTTHREE安全保護(hù)管理系統(tǒng)主要是在煙霧報(bào)警、絕緣檢測、自動(dòng)滅火、過電壓和過電流控制、過放電控制、防止溫度過高、在發(fā)生碰撞等危險(xiǎn)情況下能夠自動(dòng)關(guān)閉電源等保障車輛和人員安全的系統(tǒng)。電池安全技術(shù)電池安全技術(shù)過電流保護(hù)對(duì)于鋰離子電池來說，正負(fù)極材料的脫嵌鋰離子能力是一定的，當(dāng)充放電的電流大于正負(fù)極材料的脫嵌能力時(shí)，將導(dǎo)致電池的極化電壓增加，導(dǎo)致電池的實(shí)際容量減小影響電池使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響電池的安全性。電池管理系統(tǒng)（BMS）會(huì)判斷電流值是否超過安全范圍，一旦超過則會(huì)采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施。電池本身由內(nèi)阻工作時(shí)發(fā)熱熱量積聚，溫度上升熱穩(wěn)定性下降電池安全技術(shù)在充電過程中，充電電壓超過電池截止充電電壓導(dǎo)致過度充電，電池內(nèi)正極晶格結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，導(dǎo)致電池容量變小，并且電壓過高時(shí)會(huì)增加正負(fù)極短路發(fā)生爆炸的隱患，因此電壓過高是被嚴(yán)格禁止的。檢測電池電壓超過充電限制電壓時(shí)斷開充電回路保護(hù)電池系統(tǒng)過充電保護(hù)電池安全技術(shù)過放電保護(hù)在放電過程中，放電電壓低于電池放電截止電壓導(dǎo)致過度放電，電池負(fù)極上的金屬集流體被溶解，給電池造成不可逆的損害。過度放電的電池充電時(shí)可能會(huì)有內(nèi)部短路或者漏液的情況。保證電池安全超過放電限制自動(dòng)斷開放電回路電池安全技術(shù)長時(shí)間處在高溫環(huán)境下，電池材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)變差從而縮短電池使用壽命。低溫下電池活性受限會(huì)造成可用容量減小，尤其是充電容量將變得很低，同時(shí)可能產(chǎn)生安全隱患。結(jié)合熱管理進(jìn)行溫度不同，電池活性不同超出限制溫度，禁止充放電保護(hù)電池系統(tǒng)過溫保護(hù)電池安全技術(shù)絕緣監(jiān)測電池管理系統(tǒng)（BMS）會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測總正極和總負(fù)極對(duì)車身搭鐵的絕緣阻值，如果出現(xiàn)絕緣阻值低于安全范圍，則會(huì)上報(bào)故障并斷開高壓電。電池系統(tǒng)高壓漏電危險(xiǎn)絕緣阻值低于安全范圍自動(dòng)斷高壓電池安全技術(shù)由于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)電壓平臺(tái)有300V和600V，大大超過了人體可以承受的安全電壓，并且電池起火也是純電動(dòng)車推廣受限的一大難點(diǎn)。彈匣電池系統(tǒng)電池安全技術(shù)（彈匣電池系統(tǒng)）由于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)電壓平臺(tái)有300V和600V，大大超過了人體可以承受的安全電壓，并且電池起火也是純電動(dòng)車推廣受限的一大難點(diǎn)。解決電池安全是各大車企的當(dāng)務(wù)之急，例如，廣汽埃安發(fā)布了新一代動(dòng)力電池安全技術(shù)——彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)（以下簡稱“彈匣電池”）彈匣電池系統(tǒng)電池安全技術(shù)（彈匣電池系統(tǒng)）由于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)電壓平臺(tái)有300V和600V，大大超過了人體可以承受的安全電壓，并且電池起火也是純電動(dòng)車推廣受限的一大難點(diǎn)?；凇胺乐闺娦緝?nèi)短路，短路后防止熱失控，以及熱失控后防止熱蔓延”的設(shè)計(jì)思路，彈匣電池采用類似安全艙的設(shè)計(jì)，可有效阻隔熱失控電芯的蔓延、當(dāng)偵測到電芯電壓或溫度等出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電池速冷降溫系統(tǒng)為電池降溫。電池?zé)峁芾砑夹g(shù)04PARTFOUR車輛熱管理指從系統(tǒng)集成和整體角度，統(tǒng)籌熱管理系統(tǒng)與熱管理對(duì)象、整車的關(guān)系，采用綜合控制和系統(tǒng)管理的方法，將各個(gè)系統(tǒng)或部件集成一個(gè)有效的熱管理系統(tǒng)，控制和優(yōu)化車輛的熱傳遞過程。換言之則是系統(tǒng)管理車輛各個(gè)部位的熱能，能有效降低廢熱排放，提高能源利用效率，減少環(huán)境污染。電池?zé)峁芾砑夹g(shù)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在不同運(yùn)行情況下，電池在輸出功率和電能的同時(shí)，由于其自身有一定的內(nèi)阻，電池自身會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。這些熱量的聚集會(huì)使電池溫度升高，而由于空間布置的不同使得電池組各處溫度不一致電池?zé)峁芾砑夹g(shù)某模組熱分析結(jié)果功能一功能二功能三功能四功能五保證電池組組內(nèi)溫度均勻電池組溫度過高時(shí)進(jìn)行有效散熱和通風(fēng)低溫條件下對(duì)電池組快速加熱有害氣體產(chǎn)生時(shí)進(jìn)行有效通風(fēng)準(zhǔn)確測量和監(jiān)控電池溫度電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能電池內(nèi)熱傳遞方式有熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱三種方式熱輻射指物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象，主要發(fā)生在電池表面，與電池表面材料的性質(zhì)相關(guān)。熱傳導(dǎo)物體與物體直接接觸而產(chǎn)生的熱傳遞。熱對(duì)流指電池表面的熱量通過環(huán)境介質(zhì)（一般為流體）的流動(dòng)交換熱量，它和溫差成正比。電池內(nèi)傳熱的基本方式對(duì)于單體電池內(nèi)部而言，熱輻射和熱對(duì)流的影響很小，熱量的傳遞主要是由熱傳導(dǎo)決定的。電池自身吸熱的大小是與其材料的比熱容有關(guān)，比熱容越大，散熱越多，電池的溫升越小。如果散熱量大于或等于產(chǎn)生的熱量，則電池溫度不會(huì)升高。如果散熱量小于所產(chǎn)生的熱量，熱量將會(huì)在電池體內(nèi)產(chǎn)生熱積累，電池溫度升高。熱傳遞電池內(nèi)傳熱的基本方式按照傳熱介質(zhì)來分類，可將電池組熱管理系統(tǒng)分為空冷、液冷和相變材料冷卻三種冷卻系統(tǒng)。考慮到材料的研發(fā)以及制造成本等問題，目前最有效且最常用的散熱系統(tǒng)是采用空氣和冷卻液作為散熱介質(zhì)。過電流保護(hù)按照散熱風(fēng)道結(jié)構(gòu)不同，空氣冷卻系統(tǒng)可分為串行通風(fēng)方式和并行通風(fēng)方式兩種?，F(xiàn)在高速電動(dòng)汽車為了增大散熱量常采用冷卻液強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式，利用大量冷卻液的循環(huán)流動(dòng)帶走動(dòng)力電池自身熱量。電池組熱管理系統(tǒng)形式例如吉利EV450車輛電芯