《動(dòng)力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修》 課件 任務(wù)一 電池成組

任務(wù)一電池成組《動(dòng)力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修》比亞迪電池組裝車間小王去比亞迪電池組裝車間參觀學(xué)習(xí)，好奇的問(wèn)李師傅：“李師傅，我們常見(jiàn)的鋰離子蓄電池電壓大概在4V左右，而電動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)電壓通常是300V以上。是通過(guò)什么方式將這些低電壓的電池組合成滿足電動(dòng)汽車需要的高電壓電池的呢？”李師傅對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了解答，答案就在本任務(wù)中。單體電池是如何連接成高壓動(dòng)力蓄電池的？電池組裝工李師傅、參觀學(xué)習(xí)學(xué)生小王能根據(jù)電池組合方式，在電池單體性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱上按照要求完成電池的各類組合。能根據(jù)動(dòng)力蓄電池檢測(cè)教學(xué)平臺(tái)中電池的組合及連接方式，使用鉛筆、直尺等工具，準(zhǔn)確繪制電池組的連接示意圖。電池的定義電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)輸出電能的裝置主要由電極、電解質(zhì)、隔膜等組成正極材料和電解質(zhì)界面上發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子負(fù)極材料和電解質(zhì)界面上發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子電池成組試驗(yàn)此處為視頻電池的分類電池的分類可以按照電解質(zhì)種類、正負(fù)極材料、工作特性、貯存方式進(jìn)行。最常見(jiàn)的是按照工作性質(zhì)和貯存方式進(jìn)行分類，分為原電池、蓄電池、貯備電池和燃料電池四大類。電池成組試驗(yàn)電池的分類原電池是直接使用的一次性電池。放電時(shí)正、負(fù)極化學(xué)反應(yīng)不可逆，為一次性使用電池。電池成組試驗(yàn)體積小、使用方便、可靠性高、成本低、自放電率低，但放電電流偏小。電池的分類工作時(shí)，正、負(fù)極進(jìn)行的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，充放電可反復(fù)多次、循環(huán)進(jìn)行。蓄電池是二次電池。電池成組試驗(yàn)具有可充電特性、功率密度高、放電率高、放電曲線平滑、低溫性能好，在儲(chǔ)能領(lǐng)域用途廣泛。電池的分類貯備電池電解質(zhì)與正、負(fù)極在貯存期間是不接觸的，使用時(shí)需激活。貯備時(shí)間長(zhǎng)，能滿足長(zhǎng)時(shí)間貯備和貯備惡劣環(huán)境的要求。電池成組試驗(yàn)電池的分類反應(yīng)的產(chǎn)物不能通過(guò)充電產(chǎn)生可逆反應(yīng)，工作時(shí)需要從外部連接將燃料和氧化劑提供到反應(yīng)界面。燃料電池是通過(guò)燃料(包括純氫、富氫燃料或含氫化合物）與氧化劑（純氧或空氣中的氧）發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電能的裝置。電池成組試驗(yàn)電池的分類燃料電池的工作原理電池成組試驗(yàn)

該類電池反應(yīng)中，燃料是正極電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)，而氧是負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)。它們的反應(yīng)產(chǎn)物都不能通過(guò)充電產(chǎn)生可逆反應(yīng)。因此，燃料電池和普通原電池的工作原理并無(wú)區(qū)別，不同之處在于，燃料電池中既不儲(chǔ)存燃料，也不儲(chǔ)存氧化劑，只是在需要使用電池時(shí)，從電池外部連續(xù)將燃料和氧化劑分別按需求量適時(shí)的提供至正、負(fù)電極/電解質(zhì)的反應(yīng)界面位置，就可以形成電極反應(yīng)，輸出電能。在燃料電池中，只要外部源源不斷供應(yīng)燃料和氧化劑，同時(shí)內(nèi)部電極/電解質(zhì)界面及其他成分不發(fā)生變化，燃料電池就能連續(xù)不斷地放電，向負(fù)載輸出直流電能,右圖為燃料電池工作原理圖。

電池的分類燃料電池的工作原理電池成組試驗(yàn)燃料電池的正負(fù)電極僅是提供一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，其本身完全不參與反應(yīng)，因此該類電極的組成材料本身應(yīng)該是化學(xué)惰性的，在電池反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)損耗。燃料電池與傳統(tǒng)熱發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有更高的熱效率和較少的污染，另外還具有較高的能量密度。由于燃料電池是利用氫和氧的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流及水，不但污染少，還可以避免傳統(tǒng)電池充電耗時(shí)的問(wèn)題，是目前最具發(fā)展前景的新能源方式，如能普及并應(yīng)用在車輛及其他高污染的設(shè)備上，將能顯著減輕空氣污染及溫室效應(yīng)。電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池為電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。包括鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子蓄電池。鋰離子電池質(zhì)量比能量高、質(zhì)量比功率高，自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染，是電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池的主流產(chǎn)品。電池成組試驗(yàn)電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池鋰離子電池具有質(zhì)量能量密度高、質(zhì)量功率密度高、自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)以及環(huán)境友好等突出優(yōu)點(diǎn)，成為目前電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池的主流產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車以及氫燃料電池汽車等。

特別是得益于新能源汽車的持續(xù)快速發(fā)展，近年來(lái)中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，寧德時(shí)代、比亞迪等骨干企業(yè)快速成長(zhǎng)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2018年全年我國(guó)鋰離子電池累計(jì)產(chǎn)量達(dá)到139.9億只，同比增長(zhǎng)25.9%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到1727億元，同比增長(zhǎng)9%，再次創(chuàng)下歷史新高。電池成組試驗(yàn)2021年國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)裝機(jī)量與同比電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池寧德時(shí)代2011年成立，2017年靠三元鋰電池一炮而紅，成為國(guó)內(nèi)外最大電池供應(yīng)商。生產(chǎn)的動(dòng)力電池供應(yīng)特斯拉最多，占比20%。此外還有蔚來(lái)汽車、小鵬汽車、上汽集團(tuán)、一汽集團(tuán)。電池成組試驗(yàn)寧德時(shí)代電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池比亞迪1995年成立，老牌電池生產(chǎn)企業(yè)，后續(xù)以電池為基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)戰(zhàn)汽車整車制造生產(chǎn)，成就了今天的新能源汽車一線企業(yè)。其主要生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池，刀片電池是其招牌，旗下動(dòng)力電池超90%為自用，小部分供應(yīng)中國(guó)一汽、金康汽車等。電池成組試驗(yàn)比亞迪電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池國(guó)軒高科1995年成立，2015年借殼東源電器上市后的國(guó)軒高科成為目前A股上市公司最純正的動(dòng)力電池標(biāo)的。旗下動(dòng)力電池供應(yīng)上汽集團(tuán)車輛最多，占比29%。此外還有江淮汽車、奇瑞汽車、零跑汽車、長(zhǎng)安汽車等。電池成組試驗(yàn)國(guó)軒高科電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池鋰離子電池有三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鈦酸鋰等，他們的各有優(yōu)缺點(diǎn)。電池成組試驗(yàn)類別鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰鎳鈷錳(三元材料)耐過(guò)充不耐耐耐不耐氧化性很強(qiáng)一般弱強(qiáng)過(guò)充極限0.5C/6V3C/10V3C/10V0.5C/6V用作動(dòng)力電池的安全性很不安全安全性能好安全性能好不安全安全容量1Ah10~30Ah可達(dá)100Ah/大功率能力好很好一般/價(jià)格昂貴低廉低廉一般電池單體的基本組成電極：包括正極和負(fù)極。正極是氧化電極，正極材料接受外電路傳來(lái)的電子，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，被還原；負(fù)極是還原電極，負(fù)極材料進(jìn)行釋放電子的電化學(xué)反應(yīng)，將電子傳給外電路，自身被氧化。電池成組試驗(yàn)隔膜：為避免電池單體內(nèi)極性相反的電極片直接接觸造成內(nèi)部短路的組件。電解質(zhì)：電荷轉(zhuǎn)移的介質(zhì)。通過(guò)離子在電池單體內(nèi)正、負(fù)極之間的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電池單體內(nèi)部電荷的轉(zhuǎn)移，完成電流的全回路流通，由此向負(fù)載連續(xù)輸出電能。外殼：電池單體的容器。端子：電池單體與外部導(dǎo)體連接的部件，分為正極端子和負(fù)極端子。電池單體的外形電池成組試驗(yàn)圓柱形鋰離子電池由正極極片、負(fù)極極片、隔膜、電解液、外殼、蓋帽/正極帽、墊片、安全閥等，常見(jiàn)型號(hào)有14650、14500（5號(hào)電池）、18650、21700等。方形鋰離子電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，整體附件重量要輕，相對(duì)能量密度較高。軟包鋰電池內(nèi)部組成(正極、負(fù)極、隔膜、電解液)與方形、圓柱鋰電池的區(qū)別不大，最大的不同之處在于軟包電池采用鋁塑復(fù)合膜作為外殼，在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池最多只會(huì)鼓氣裂開(kāi)，安全性較高。電池單體的外形電池成組試驗(yàn)三種電芯對(duì)比，各有優(yōu)勢(shì)，具體情況如右表。電池成組的定義電池成組試驗(yàn)動(dòng)力蓄電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，需要較高的電壓和較大的容量，電池單體往往無(wú)法滿足要求，需要根據(jù)實(shí)際需求，將若干個(gè)電池單體通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)的形式組合使用，這個(gè)過(guò)程稱為電池成組。電池的組合方式電池成組試驗(yàn)串聯(lián)組合方式并聯(lián)組合方式串并混聯(lián)組合方式電池的組合方式用mPnS來(lái)表示，其中P表示并聯(lián)，S表示串聯(lián)，m、n表示并聯(lián)或串聯(lián)的電池單體個(gè)數(shù)。例如：1P4S表示4個(gè)電池單體串聯(lián)組成電池組；3P1S表示3個(gè)電池單體并聯(lián)組成電池組；3P4S表示每3個(gè)電池單體并聯(lián)為1組，串聯(lián)4組（共12個(gè)電池單體）組成電池組。電池的發(fā)展趨勢(shì)電池成組試驗(yàn)無(wú)鈷電池三元鋰電池降低鈷元素的比例和含量，會(huì)降低成本，因此，無(wú)鈷電池的出現(xiàn)，將有力推動(dòng)新能源汽車市場(chǎng)的發(fā)展。電池的發(fā)展趨勢(shì)電池成組試驗(yàn)固態(tài)電池固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。固態(tài)鋰電池技術(shù)采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度，并且具有高機(jī)械強(qiáng)度，在電池循環(huán)過(guò)程中能有效抑制鋰枝晶的刺穿，使具有高理論能量密度的金屬鋰作為負(fù)極材料成為可能。電池的發(fā)展趨勢(shì)電池成組試驗(yàn)刀片電池刀片電池是是比亞迪于2020年3月29日發(fā)布的電池產(chǎn)品，該電池采用磷酸鐵鋰技術(shù)，通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在成組時(shí)可以跳過(guò)“模組”，大幅提高了體積利用率，最終達(dá)成在同樣的空間內(nèi)裝入更多電芯的設(shè)計(jì)目標(biāo)。相較傳統(tǒng)電池包，刀片電池的體積利用率提升了50%以上，也就是說(shuō)續(xù)航里程可提升50%以上，達(dá)到了高能量密度三元鋰電池的同等水平。課前測(cè)試成績(jī)靠前的為組長(zhǎng)，組長(zhǎng)挑選各組組員電池成組實(shí)驗(yàn)電池成組試驗(yàn)資料員查閱電池參數(shù)。記錄員繪制聯(lián)接方法。操作員熟悉聯(lián)接方式并檢查是否正確。在電池單體性能測(cè)試試驗(yàn)箱中完成電池成組實(shí)驗(yàn)電池成組試驗(yàn)電池成組試驗(yàn)匯報(bào)時(shí)明確電池在各聯(lián)接方式下的注意事項(xiàng)電池單體性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱絕緣手套、護(hù)目鏡、安全帽、耐磨手套導(dǎo)線、電池單體、彩色鉛筆、直尺電池性能參數(shù)電池成組試驗(yàn)注意電池的正負(fù)極聯(lián)接。小心短路。檢查聯(lián)接無(wú)誤后再連線。線路連接要牢固，不能出現(xiàn)虛接。聯(lián)接完成后用萬(wàn)用表測(cè)量電壓值。聯(lián)接完成后進(jìn)行7S管理。電池成組試驗(yàn)電池成組實(shí)驗(yàn)

在下圖中分別畫(huà)出電池單體1P2S、2P1S和2P2S的接線方式，并在電池單體性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱中完成接線操作。（a）1并2串

（b）2并1串

（c）2并2串

電池組接線動(dòng)力蓄電池的基本術(shù)語(yǔ)電池單體：將化學(xué)能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置。電池模塊：將一個(gè)或以上的電池單體按照串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式組合，并作為電源使用的組合體。電池組：由多個(gè)電池模塊串聯(lián)組成的一個(gè)組合體，通常用來(lái)表示一個(gè)電池包內(nèi)所有動(dòng)力蓄電池的組合體。動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池的基本術(shù)語(yǔ)電池包：具有從外部獲得電能并可對(duì)外輸出電能的單元。通常包括電池單體、電池箱體、高壓電路、過(guò)流保護(hù)裝置及與其他外部系統(tǒng)的接口（如冷卻、高壓、輔助低壓和通信等）。動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)：一個(gè)或一個(gè)以上的電池包及相應(yīng)附件（管理系統(tǒng)、高壓電路、低壓電路、熱管理設(shè)備及機(jī)械總成）構(gòu)成的為電動(dòng)汽車整車的行駛提供電能的能量存儲(chǔ)裝置。動(dòng)力蓄電池的基本術(shù)語(yǔ)動(dòng)力蓄電池箱：用于盛裝蓄電池組、蓄電池管理系統(tǒng)以及相應(yīng)的輔助元器件，并包含機(jī)械連接、電氣連接、防護(hù)等功能的總成，簡(jiǎn)稱電池箱。蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）：監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)等），可為蓄電池提供通信、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)動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的組成電池單體通過(guò)串并聯(lián)的方式組成電池模塊，電池模塊串聯(lián)組成電池組；電池組與BMS、相應(yīng)附件、電池箱等組成電池包；電池包與相應(yīng)的附件組成動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)。動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池的連接方式電池模塊之間采用銅排相互串聯(lián)連接，并有電壓采集線、溫度采集線等低壓線束與BMS連接。為了提高維修過(guò)程的安全性，便于在維修時(shí)切斷高壓回路，通常在電池模塊之間串聯(lián)高壓維修開(kāi)關(guān)。動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池連接圖繪制資料員查閱教學(xué)平臺(tái)說(shuō)明書(shū)，讀取動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的基本信息，并告知組員。記錄員要正確繪制動(dòng)力蓄電池連接圖。繪制動(dòng)力蓄電池檢測(cè)教學(xué)平臺(tái)上電池的連接圖動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池連接圖繪制匯報(bào)時(shí)簡(jiǎn)單講解平臺(tái)參數(shù)。匯報(bào)繪制的思路。動(dòng)力蓄電池檢測(cè)教學(xué)平臺(tái)絕緣手套、護(hù)目鏡、安全帽、耐磨手套高壓安全防護(hù)用品、彩色鉛筆、直尺教學(xué)平臺(tái)說(shuō)明書(shū)動(dòng)力蓄電池連接圖繪制注意觸碰高壓時(shí)佩戴安全防護(hù)裝備。小心工具落地。注意作業(yè)時(shí)拉隔離欄。注意仔細(xì)查閱平臺(tái)說(shuō)明書(shū)。仔細(xì)觀察電池的連接方式。繪制時(shí)用彩色筆區(qū)別不同的連線。動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池檢測(cè)教學(xué)平臺(tái)

動(dòng)力蓄電池檢測(cè)教學(xué)平臺(tái)如下圖所示，能夠直觀的了解動(dòng)力蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成、連接方式。動(dòng)力蓄電池連接圖繪制動(dòng)力蓄電池基本信息

（1）讀取動(dòng)力蓄電池基本信息查找教學(xué)平臺(tái)說(shuō)明書(shū)，讀取動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的基本信息，完成下表填寫(xiě)。項(xiàng)目記錄動(dòng)力蓄電池種類

電池單體數(shù)量

電池模塊數(shù)量

電池組合方式

P

S是否裝有高壓維修開(kāi)關(guān)是□

否□標(biāo)稱電壓/額定電壓

額定容量

動(dòng)力蓄電池連接圖