純電動汽車整車控制系統原理與檢修1.了解純電動汽車與常規能源汽車的區別;2.了解純電動汽車的高壓系統結構;3.認識純電動汽車各高壓組成部件;4.掌握對純電動汽車高壓系統的安全操作。▲學習目標1.知識能力:掌握純電動汽車高壓系統的組成結構;2.技能能力:掌握高壓絕緣工具的正確使用方法;

掌握對純電動汽車高壓系統斷電操作;3.社會能力:具備安全操作的能力及職業素養。▲學習能力項目一純電動汽車高壓安全操作

隨著能源以及環境問題的日益嚴峻,世界上各個汽車生產大國都將把越來越多的電動汽車投入市場。電動汽車的一個重要特點就是帶有高壓動力回路,其工作回路中的電壓甚至可以達到600V以上。因此在考慮電動汽車給我們帶來環保效益的同時,高壓安全問題同樣不容忽視。因此,認識高壓元器件變得尤為重要。▲課程導讀任務1純電動汽車高壓系統的認識

了解純電動汽車高壓系統的各組成部件,認識各高壓部件及其作用。▲任務要求一、常規能源汽車與純電動汽車的結構的區別1.汽車動力系統常規能源汽車與新能源汽車的動力系統發生了變化:由四沖程機械發動機轉變成電動機。由此結構也發生了很大的變化。如圖1-1-1所示。▲知識內容圖1-1-1汽車動力系統2.汽車能源供給系統常規能源汽車與新能源汽車的供給系統也發生了變化:由于動力系統從沖程式發動機向電動機的轉化,從而使能源供給系統也相應地從常規車的加注汽柴油轉變成了充電方式。如圖1-1-2所示。圖1-1-2汽車能源供給系統3.汽車動力源

純電動汽車的動力源結構系統由常規能源的汽車油箱轉變成了動力電池,如圖1-1-3所示。圖1-1-3汽車動力源4.汽車底盤結構

由于動力源及動力驅動系統的變化,相應地也使汽車的底盤發生了較大的變化,由傳統汽車的變速器、傳動軸、差速器等機械結構轉化成了純電車的整體底盤都為動力電池包的結構。如圖1-1-4所示。圖1-1-4汽車底盤結構

綜上所述,純電動汽車與常規能源汽車之間發生了較大的變化,主要體現在大三電的變化當中,如圖1-1-5所示。圖1-1-5純電動汽車與常規能源汽車之間的變化

二、電動汽車高壓系統的結構

如圖1-1-6所示為比亞迪E6高壓部件的分布,如圖1-1-7所示為高壓系統電路原理(一)：如圖1-1-8所示為高壓系統電路原理(二)：三、高壓安全部件的介紹1.動力電池

作為車載電源,用周期性的充電來補充電能。動力電池組是純電動汽車(EV)的關鍵裝備,儲存的電能、質量和體積,對EV性能起決定性作用,也是發展EV的主要研究和開發對象。EV發展的重點在于電池,電池技術對EV的制約仍然是EV發展的瓶頸。動力電池是電動汽車中能源供給裝置,需要給整車所有系統提供能源。當電量消耗后,也需要對其進行充電。因此其能源流動既有流出,也有流入。動力電池組提供約155~650V高壓直流電是供電機工作的唯一動力電源。如圖1-1-9所示。圖1-1-9動力電池結構

動力電池主要給純電動汽車提供動力來源,同時也是其他高壓用電設備的能量來源;目前在純電動汽車上用得最多的動力電池主要是鋰電池,它由若干電池單體串并聯而成,給汽車提供足夠的電壓和電能,保證汽車能高效、持久的運行。2.高壓分配盒/器

高壓分配盒可以認為是一個電源中轉分配的地方,主要把動力電池的高壓分配到每個高壓用電器上,如驅動電機、電機控制器、車載充電器、高壓空調及PTC等,同時也包括給動力電池充電時進行高壓的分配統籌。如圖1-1-10所示為高壓配電盒,圖

1-1-10高壓配電盒(北

汽

EV160)圖

1-1-11高壓配電盒總成內部機構(比

亞迪

E6)如圖1-1-11所示為高壓配電盒總成內部機構。3.驅動電機+電機控制器

驅動電機系統作為電動汽車三大核心構成之一,是車輛行駛的主要執行機構,其特性決定了車輛的主要性能指標,直接影響車輛動力性、經濟性和用戶駕乘感受。電動汽車驅動電機系統主要由整車控制器(VCU)、電機控制器(MCU)、驅動電機、機械傳動裝置和冷卻系統等構成。如圖1-1-12所示。圖1-1-12電機控制器及驅動電機(北汽EV160)

驅動電機在電動汽車中承擔著驅動車輛和發電的雙重功能,即在正常行駛時發揮其電動機功能,將電能轉化為機械能;而在降速和下坡滑行時驅動電機轉變為發電機,輪的慣性動能轉換為電能。電機控制器(MCU)

MCU的功能是接收VCU的指令,將動力蓄電池的高壓直流電壓逆變成電壓、頻率、相序可調的三相交流電,實現對驅動電機的轉速、轉矩和旋轉方向的控制。實時監測驅動電機運行狀態,如溫度、母線電流、三相交流電流、動力蓄電池電壓、高壓線束的絕緣等,MCU內含故障診斷電路。當診斷出異常時,它將會激活一個錯誤代碼,通過CAN線網絡發送給VCU,同時存儲該故障碼和數據。在能量回收過程中,MCU轉變為整流濾波器,其功能是將發電機輸出的三相交流電壓經過整流、濾波和升壓后轉變為高壓直流電,將電能回饋給動力蓄電池,實現能量回收4.充電系統

電動汽車充電系統是維持電動汽車運行的能源補給設施,是從供電電源提取能量對動力蓄電池充電時使用的有特定功能的電力轉換裝置,主要包括直流充電系統和交流充電系統和車載充電器。

(1)直流充電系統直流充電系統又稱快速充電系統,就是將AC-DC轉化器外接到充電樁上,這樣充電槍輸出的電流就直接是直流了。快速充電系統通過直流充電樁對動力蓄電池組進行快速充電,實現動力蓄電池組高效、安全地電量補給。快速充電系統主要由直流充電樁、快充接口、高壓控制盒、動力電池、整車控制器、高壓線束和低壓控制線束等組成。其特點為充電功率大、充電時間短,但充電設備成本高。

（2）交流充電系統交流充電系統又稱慢充充電系統。對于慢充而言,充電樁進來,首先連接的是OBC,即車載充電機,這個設備的作用就是將充電樁進來的交流電轉化成直流電,即AC-DC轉化。之所以需要這個交直流的轉化,原因就是動力電池僅支持直流充電。也就是說,充電功率的大小是由OBC的功率直接決定的。目前市面上主流的OBC功率是在7kW,也有11kW和22kW的。如圖1-1-13所示為直流充電和交流充電的區別。

(a)快充接頭(直流充電口)

(b)直流充電樁

(c)慢充接頭(交流充電口)

(d)交流充電樁圖1-1-13直流充電和交流充電(3)車載充電器

車載充電器(如圖1-1-14所示)是一種將交流電變換為直流電的技術,將電網的電能轉化為電動車車載蓄電池的電能。車載高壓充電機安裝于電動汽車上,通過插頭和電纜與交流插座連接,因此也可以稱之為交流充電機。車載充電機的優點是在蓄電池需要充電的任何時候,只要有可用的供電插座,就可以進行充電,其缺點則是受車上空間所限,因而功率處理能力有限,只能提供小電流慢速充電,充電時間一般較長。圖1-1-14車載充電器(北汽EV160)

充電機的基本構成包括功率單元、控制單元、電氣接口和通信接口等。其中電氣接口包括充電機供電電纜及連接器件、充電電纜和充電連接器等。電動車輛充電時,電動車輛和電動車輛充電設備要正確連接,便于在正常情況下使電能安全地從充電設備傳輸給電動車輛。即使在正常使用中有些疏忽,也不會給周圍的環境和人(尤其是充電的操作人員)帶來危險。

車載充電器的基本功能要求包括:(1)充電機應能對下述電池中的一種或多種充電:鋰離子蓄電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。(2)在充電過程中,充電機依據蓄電池管理系統提供的數據動態調整充電參數、執行相應動作,完成充電過程。(3)充電機應具有與電動汽車或蓄電池管理系統通信的功能。通信目的:判斷電池類型;判斷充電機是否與電動汽車蓄電池系統正確連接;獲得電動汽車蓄電池系統參數、充電前和充電過程中蓄電池的狀態參數;充電機還應具有與充電站監控系統通信的功能。5.DC-DC

將動力電池的高壓直流電轉換為整車低壓12V直流電,給整車低壓用電系統供電及鉛酸電池充電。6.電動空調系統包括制冷電機和PTC

電動空調系統(如圖1-1-16所示)與傳統的空調系統相比,同樣具有傳統空調系統的各種功能。電動空調由純電動汽車的動力電池提供能源,壓縮機工作效率更高,控制性能更好;電動空調系統采用獨立采暖系統(PTC),效率更高,更直接。如圖1-1-17所示為電動空調和PTC。如圖1-1-16所示圖1-1-17

三合一是指由車載充電機、DC-DC、高壓控制盒組成。四合一是指由車載充電機、DC-DC、高壓控制盒、電機控制器組成。如圖1-1-18所示。7.以北汽為例:三合一、四合一圖1-1-18以北汽為例:三合一、四合一

整車高壓用電設備:動力電池組、動力電池配電箱、驅動電機控制器、動力電機、DC-DC、空調驅動器、壓縮機、PTC加熱器、高壓線束。如圖1-1-19所示圖1-1-19整車高壓設備任務2高壓操作安全工具的使用及注意事項任務二1.掌握高壓安全工具的使用;2.掌握高壓操作的安全注意事項。

新能源汽車與傳統汽車既相似又不同,新能源汽車使用電能和發動機來提供驅動力。他們具有內有300~500V的高壓電路和高壓電器零件;高壓動力電池同時也具有較大的強堿性。鑒于他們的特殊性,所以在維修和保養時,需要特別注意避免任何可能的事故。俗話說:維修汽車“三分靠技術,七分靠工具。”由此可見,正確使用工具對維修人員來說非常重要,由于維修技術人員不太重視工具的使用,使用不規范,導致在維修過程中出現某些安全事故。本節主要講解個人防護設備的使用及注意事項、保管存放等;讓大家通過對安全用具的了解,從而提高個人在維修中的安全防護,減少事故的發生。一、安全常識1.傷害的類型

傷害的類型包括生理性傷害、電傷害、燒傷、化學物質侵害和電磁輻射5種,這里主要介紹電傷害。電流對人體的傷害主要有兩種形式:電擊、電傷。如表1-2-1所示為電傷害的相關內容。定義電對人體外部造成局部傷害,即由電流的熱效應、化學效應、機械效應對人體外部組織或器官的傷害傷害來源高壓電源、高壓帶電體(電動汽車上主要指高壓元器件)傷害產生的原因接近、接觸高壓電源,未按規定配到防護用具、操作不當等如何避免按規程操作、避免帶電作業、戴必要的防護2.電流的危險性(1)25V以上的交流電、60V以上的直流電都具有危險性,在德國允許的最大接觸電壓(根據VDE的標準)是50V交流電以及120V直流電。(2)有大約5mA的電流通過人體時,就可視作是“電氣事故”。人體觸電會產生麻木感,但是仍可以導走電流;體內通過的電流達到大約10mA時,到達了導出電流的極限,人體開始收縮,無法再導走電流!電流的滯留時間也相應增加。30mA~50mA交流電的長時間滯留會導致呼吸停止以及心室纖維性顫動,經過人體的電流到達大約80mA時,被認為是“致命值”。(3)交流電壓比直流電壓更危險交流電壓在人體內產生交流電,會觸使肌肉組織和心臟產生顫動。交流電壓的頻率越低,危險性越高。交流電會觸發心室纖維性顫動,如果不進行急救很快就會致命。3.人體內部電阻(1)對于高電壓引起的高電流,人體內對應的電阻值很低。所有血管中的血液是很好的導體。電氣事故中的接觸點不同,對人體的影響也相應不同。如圖1-2-1所示為人體內部電阻。(2)皮膚電阻值變化取決于皮膚硬度、濕度和傳導性。對于超過100V的電壓,皮膚電阻幾乎為0Ω,皮膚完全被擊穿。如圖1-2-2所示為皮膚電阻值。圖1-2-1人體內部電阻

圖1-2-2皮膚電阻值(3)人體電流的示例:I=U/R=288V/1080Ω=0.27A對于交流電,如果電流在心臟的滯留時間達到大約10~15ms就會致命(心室纖維化顫動)。4.電擊及事故后果(1)肌肉刺激效應所有的身體功能和人體肌肉運動都是由大腦通過神經系統的電刺激來控制如果通過人體的電流過高,肌肉開始抽搐,大腦再也無法控制肌肉組織。例如,握緊的拳頭再也無法打開或者移動。如果電流經過了胸腔,肺會產生痙攣(呼吸停止),心臟的跳動節奏會被中斷(心室纖維化顫動,無法進行心臟的收縮擴張運動)。(2)發生靜態短路的熱效應工具急劇發熱,會導致材料熔化,從而可能發生燒傷事故。(3)由于短路引起火花金屬很快熔化,產生飛濺的火花,飛濺出來的金屬顆粒溫度超過5000℃,可能會傷害眼睛甚至引起燒傷事故。(4)帶電高壓線路接通和斷開時所產生的弧光光輻射可能造成電光性眼炎5.電擊事故急救措施(1)援救電氣事故中受傷人員時的注意事項措施:施救人員自身的安全是第一位的。絕對不要去觸碰仍然與電壓有接觸的人員。如果可能,馬上將電器系統斷電,做法是關閉點火開關或者馬上拔出維修接頭(TW)。用不導電的物體(木板、掃帚把等等)把事故受害者或者導電體與電壓分離。(2)電擊事故后實施急救時的注意事項如果事故受害者沒有反應,應采取如下急救措施:首先確定受害者是否還有生命跡象,比如脈搏和呼吸。馬上呼叫急救醫生,或者馬上讓別人去呼叫。進行人工呼吸以及心肺按壓直到醫生到達。如果呼吸停止:使用非專業的去纖顫器(如果有的話)。如果事故受害者能回應問詢,應采取如下急救措施:對燒傷處進行降溫處理,并用消過毒的無絨布進行包扎。即使事故受害者拒絕,也要要求其接受治療(避免出現長期的后遺癥)6.心肺復蘇操作步驟心肺復蘇方法很多,常用的有口對口(鼻)吹氣法和胸外心臟按壓法兩種。(1)無呼吸有心跳,口對口(鼻)吹氣法將觸電者仰臥平躺在干燥、通風、透氣的地方寬衣解帶(冬季注意保暖),然后將觸電者頭偏向一側清除口中異物(假牙、血塊、嘔吐物)等,仰頭抬頰、通暢氣道的同時一只手捏住觸電者鼻翼,另一只手微托觸電者頸后保證其氣道通暢,急救人員應深吸一口氣然后用嘴緊貼觸電者的嘴(鼻)大口吹氣,注意防止漏氣,按吹2s停3s(吹二停三)的辦法,停時應立刻松開鼻子讓其自由呼氣,并將自己頭偏向一側,為下次吹氣做準備(兒童、瘦弱者注意吹氣量)。每分鐘做12次,同時觀察觸電者胸部腹部起伏情況。(2)胸外心臟按壓法首先正確選擇按壓位置、右手的食指和中指沿觸電者右側肋弓下緣向上,找到肋骨和胸骨接合處的中點,兩指并齊,中指放在切跡中點,食指放在胸骨下部,另一只手的掌根緊挨食指上緣,置于胸骨上,即為正確按壓位置。救護員的兩肩位于觸電者胸骨正上方,兩臂伸直,肘關節固定不屈,兩手掌根相疊,手指翹起,接觸觸電者胸壁,利用上身的重力,垂直將正常成人胸骨壓陷3~5cm(兒童和瘦弱者減)。壓至要求程度后,立即全部放松,但救護人員手掌根不得離開胸壁,按壓必須有效的標志是按壓過程中可以觸及頸動脈搏動。操作頻率、速度要均勻,每分鐘80次左右放松手,按壓時間相等。(3)胸外心臟按壓法與口對口(鼻)吹氣法同時進行胸外心臟按壓法與口對口(鼻)吹氣法同時進行胸外心臟按壓法與口對口(鼻)吹氣法同時進行的節奏為:單人搶救時,每按壓15次后吹氣2次(15∶2),反復進行;雙人搶救時,按壓5次后由另一人吹氣1次(5∶1),反復進行。二、安全生產與操作1.人員要求新能源汽車維修必須雙人操作,一人操作,一人監督。嚴格遵守操作規程,安全操作。(1)老師或維修技師具有相關的維修技能證書(如圖1-2-3所示)或者上崗證(如圖1-2-4所示);具備對純電動、混合動力實車維修資質的維修作業人員;對純電動、混合動力結構和控制原理非常熟悉,負責對車輛檢測、維修保養工作。電動車維修要求是:常規保養作業;非高壓部分檢測、維修;高壓回路檢測、維修。圖1-2-3汽車維修等級證

圖1-2-4低壓電工上崗證(2)監護人

具備純電動、混合動力對應車型維修資質的維修技師,或對純電動、混合動力車輛結構和控制原理非常熟悉。監護人工作職責為監督維修的全過程。對維修人員的監督工作如下:①監督維修人員組成、絕緣工具套裝的使用、防護用品佩戴、備件安全保護、維修安全警示牌等是否符合要求。②檢查手動維修開關的接通和斷開(裝有時)/檢查車輛電源接通和斷開。③負責對檢查或維修過程中的安全維修操作規程進行檢查,監護人要按安全檢測和維修操作規程指揮操作,檢測人員在做完一個操作后要告知監護人,監護人要在作業流程單上作標記。④監護人要認真負起責任,確保檢測過程的安全,避免發生安全責任事故。新能源汽車維修過程中必須穿戴防護用品,使用絕緣工具。2.設備要求(1)絕緣手套和絕緣靴如圖1-2-5所示,絕緣手套或絕緣靴都是用天然橡膠制成,用絕緣橡膠或乳膠經壓片、模壓、硫化或浸模成型的五指手套,主要用于電工作業。起到對手或者人體的保護作用,具有防電、防水、防化、防油的功能。

(a)

(b)圖1-2-5絕緣手套和絕緣鞋

絕緣手套可以使人的兩手與帶電體絕緣,是用特種的橡膠或乳膠制成的,分12kV和5kV兩種。在1kV以下電氣設備上使用時可以作為基本安全用具來看待。在使用手套前應進行手套的檢查(在實際使用中,建議一人一手套,避免交叉混亂使用,以免降低使用安全及影響手套使用壽命)。如圖1-2-6所示為絕緣手套檢查的具體方法:拉直開口,將其邊卷2~3次,折疊開口以密閉手套,確認沒有漏氣;在檢查過程中要稍微擠壓手套和用耳朵靠近聽一下有無漏氣聲音。在檢查漏氣過程中,避免往手套里面吹氣,這樣會影響手套的絕緣性,如圖1-2-7所示。圖1-2-6絕緣手套檢查圖1-2-7禁止往手套里吹氣(1)絕緣手套的使用事項①用戶購進手套后,如發現在運輸、儲存過程中遭雨淋、受潮濕發生霉變,或有其他異常變化,應到法定檢測機構進行電性能復核試驗。②在使用前必須進行充氣檢驗,發現有任何破損則不能使用。③作業時,應將衣袖口套入筒口內,以防發生意外。④使用后,應將內外污物擦洗干凈,待干燥后,撒上滑石粉放置平整,以防受壓受損,且勿放于地上。⑤應儲存在干燥通風室溫-15℃~+30℃相對濕度50%~80%的庫房中,遠離熱源,離開地面和墻壁20cm以上。避免受酸、堿、油等腐蝕品物質的影響,不要露天放置避免陽光直射,勿放于地上。⑥使用6個月必須進行預防性試驗。(2)絕緣靴采用特種的橡膠或乳膠制成的,作用是使人體與大地絕緣,防止跨步電壓,分20kV和6kV兩種。使用中不能用防雨膠靴代替。(3)絕緣靴子使用事項①應根據作業場所電壓高低正確選用絕緣鞋,低壓絕緣鞋禁止在高壓電氣設備上作為安全輔助用具使用,不論是穿低壓或高壓絕緣鞋(靴),均不得直接用手接觸電氣設備。②布面絕緣鞋只能在干燥環境下使用,避免布面潮濕。③絕緣鞋(靴)的使用不可有破損。④穿用絕緣靴時,應將褲管套入靴筒內。穿用絕緣鞋時,褲管不宜長及鞋底外沿條高度,更不能長及地面,保持布幫干燥。⑤非耐酸堿油的橡膠底,不可與酸堿油類物物質接觸,并應防止尖銳物刺傷。低壓絕緣鞋若底花紋磨光,露出內部顏色時則不能作為絕緣鞋使用。⑥在購買絕緣鞋(靴)時,應查驗鞋上是否有絕緣永久標記。比如紅色閃電符號,鞋底有耐電壓多少伏等表示;鞋內有否合格證,安全鑒定證,生產許可證編號;等等。(2)絕緣桿

絕緣桿又稱絕緣救援鉤,是一種十分有用的工具,適用于各種工作場所,可以將受傷的工人拖出危險區域。在有限空間內,在地下室內或者電氣柜和開關柜附近,這些場所都必備這種工具。手柄為泡沫填充玻璃鋼制成,絕緣性能突出。帶涂層的鉤子經過熱處理開口為457mm。操作桿可提供的標準長度為1.8m和2.4m。如圖1-2-8所示。為保證操作時有足夠的絕緣安全距離,絕緣操作桿的絕緣部分長度不得小于0.7m;要求它的材料要耐壓強度高、耐腐蝕、耐潮濕、機械強度大、質輕、便于攜帶,一個人能夠單獨操作;三節之間的連接應牢固可靠,不得在操作中脫落;在使用過程中,由監督人員勾住操作人員的腋下,對操作人員進行安全保護。絕緣桿使用事項:①使用前必須對絕緣操作桿進行外觀檢查,不能有裂紋、劃痕等外部損傷。②必須是經校驗后合格的,不合格的嚴禁使用。③必須適用于操作設備的電壓等級,且核對無誤后才能使用。④雨雪天氣必須在室外進行操作的要使用帶防雨雪罩的特殊絕緣操作桿。⑤操作時在連接絕緣操作桿的節與節的絲扣時要離開地面,不可將桿體置于地面進行,以防雜草、土進入絲扣中或粘縛在桿體的外表上,絲扣要輕輕擰緊,不可將絲扣未擰緊就使用。⑥使用時要盡量減少對桿體的彎曲力,以防損壞桿體。⑦對絕緣操作桿要有專人保管。⑧半年要對絕緣操作桿進行一次交流耐壓試驗,不合格的要立即報廢,不可降低其標準使用。⑨使用后要及時將桿體表面的污跡擦拭干凈,并把各節分解后裝入一個專用的工具袋內,存放在屋內通風良好、清潔干燥的支架上或懸掛起來,盡量不要靠近墻壁,以防受潮,破壞其絕緣。(3)防護眼鏡

防護眼鏡(如圖1-2-9所示)是一種起特殊作用的眼鏡,使用的場合不同需求的眼鏡也不同。比如醫院用的手術眼鏡,電焊時用的焊接眼鏡,激光雕刻中的激光防護眼鏡,等等。防護眼鏡分為安全眼鏡和防護面罩兩大類,作用主要是防護眼睛和面部免受紫外線、紅外線和微波等電磁波的輻射,粉塵、煙塵、金屬和砂石碎屑以及化學溶液濺射的損傷。本節注意針對HV蓄電池的電解液,具有高堿性,所以我們必須選用防化學眼鏡,其鏡片耐酸堿,耐腐蝕,這是其他眼鏡所不具備的。因此,每一個需戴防護鏡作業的工人,都應了解自己作業環境的有害因素,佩戴合適的安全防護眼鏡,不可亂戴一通。圖1-2-9防護眼鏡(4)絕緣膠墊

絕緣膠墊又稱為絕緣毯、絕緣墊、絕緣橡膠板、絕緣膠板、絕緣橡膠墊、絕緣地膠、絕緣膠皮、絕緣墊片等,是具有較大體積電阻率和耐電擊穿的膠墊。用于配電房、高電壓等工作場合的臺面或鋪地絕緣材料。如圖1-2-10所示。圖1-2-10絕緣膠墊(5)其他鉗類工具

修理汽車電路的過程常常使用鉗類工具剪細導線或修剪焊接各處多余的線頭,常用的鉗類工具有斜口鉗及剝線鉗兩種。如圖1-2-11所示。(a)斜口鉗絕緣耐壓為1000V剪斷較粗的金屬絲

(b)剝線鉗絕緣耐壓為500V快速剝去導線外面塑料包線圖1-2-11其他鉗類工具鉗類使用注意事項:①操作前,夾鉗表面應用清潔的干布擦干凈;②操作時帶絕緣手套,穿絕緣靴及護目鏡,且必須在切斷負載的情況下進行操作。③雨雪或潮濕天氣操作應使用專門的防雨夾鉗。④按規定進行定期檢查。如圖1-2-12所示為使用鉗類工具時的特別提醒。圖1-2-12禁止戴金屬飾品作業(5)絕緣工具套裝

絕緣工具套裝是對純電動汽車維修常用的工具套裝,猶如我們對維修常規能源汽車的常用工具是一個性質。樣式跟常用維修工具套裝基本相同,如圖1-2-13所示。圖1-2-13絕緣工具套裝(6)絕緣萬用表

絕緣萬用表又稱為復用表、多用表、三用表、繁用表等,一般以測量電壓、電流和電阻為主要目的。是一種多功能、多量程的測量儀表,一般萬用表可測量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、電阻和音頻電平等,有的還可以測交流電流、電容量、電感量及半導體的一些參數(如β)等。一般分為指針式和數字式(如圖1-2-14所示)。另外電流表、電壓表、歐姆表它們有單獨的儀表;可以利用萬用表中的電流電壓擋、歐姆擋進行測量。下面也將做簡單介紹。圖1-2-14數字萬用表(新能源汽車專用)(7)絕緣檢測儀

在現代實際測試需求中,數字絕緣測試儀(如圖1-2-15所示)基本取代普通兆歐表的作用,可以實現更方便直觀的測量過程。采用全新設計以及大規模集成電路和數字電路相組合,完成絕緣電阻、直流電壓,交流電壓等參數測量;功能更全,準確度更高,性能穩定,操作方便可靠。適用于測量變壓器、電機、電纜、開關、電器等各種電氣設備及絕緣材料的絕緣電阻,對各種電氣設備進行維修保養、試驗及檢定。圖1-2-15絕緣測試儀1)絕緣測試儀測量孔的定義:(以優利德UT500系列為例)LINE:絕緣電阻測試高壓輸出孔V:電壓測量輸入正插孔G:電壓測量輸入負插孔EARTH:絕緣電阻測試取樣插孔2)絕緣電阻的測量如圖1-2-16所示,測量絕緣電阻時,兩只表筆嚴禁短接,切勿絞放在一起被測元器件嚴禁帶電測量,根據被測元件的絕緣要求,按功能旋鈕選擇測試電壓250V/500V/1000V/2500V中之一,電動汽車的元器件一般不低于500V測試電壓。①在測量絕緣電阻前,待測電路必須完全放電,并且與電源電路完全隔離。②將紅測試線插入“LINE”輸入端口,黑測試線插入“EARTH”輸入端口。③將紅、黑鱷魚夾接入被測電路,正極電壓是從LINE端輸出的。功能旋鈕選擇測試電壓250V/500V/1000V/2500V其中之一后,按下TEST鍵后,此鍵自鎖進行連續測量,輸出絕緣電阻測試電壓,同時測試燈發出紅色警告,在測試完畢以后,按下TEST鍵,解除自鎖停止測量。圖1-2-16絕緣電阻的測量(8)放電工裝

放電工裝主要是對純電動汽車在下電的時候,對高壓系統存在余電或是高壓系統在放電過程出現故障不能自主放電的情況下對高壓系統進行的一種人工放電的設備。如圖1-2-17所示。圖1-2-17放電工裝(9)安全護欄,安全警示標識

安全護欄主要是用來分隔操作區域,避免非操作人員的進入,保障維修工作的正常進行和非操作人員的錯誤操作帶來的不安全行為。如圖1-2-18所示。圖1-2-18安全護欄如表1-2-2所示,安全警示標識主要是用來警告和提醒非操作人員進入或是所在場地的具有較大的危險性。標識需要標明的車輛狀態可執行的操作

高壓電氣系統已經接通,且高壓觸電暴露在外只能由車輛技術電氣專業人員(高壓電專業技師)操作

高壓電氣系統已經斷路僅由受過培訓的普通維修人員在車輛上進行操作未經指定人員驗證,不得重新接通電源

高壓電氣系統已經接通,沒有高壓觸電暴露在外僅由受過培訓的人員在車輛上進行操作特別留意點火形狀的位置,如果閉合開關,高壓部件可能意外啟動表1-2-2安全警示標識3.新能源汽車作業十不準(1)非持證電工如圖1-2-19所示,不準裝接電動汽車高壓電氣設備。圖1-2-19持證電工(2)任何人不準玩弄如圖1-2-20所示電氣設備和開關。圖1-2-20禁玩電氣設備和開關(3)破損的電氣設備應及時調換,不準使用如圖1-2-21所示絕緣損壞的電氣設備。(4)暫不準利用如圖1-2-22所示車身電源對電動汽車外部的用電設備供電。圖1-2-21禁用絕緣損壞的電氣設備圖1-2-22禁用車身電源對電動汽車外部的用電設備供電(5)任何人不準啟動如圖1-2-23所示掛有警告牌的電氣設備。圖1-2-23禁用掛有警告牌的電氣設備(6)不準用水沖洗揩擦電氣設備。(7)熔斷絲熔斷時,不準調換容量不符的熔絲。(8)不經技術部門或主管部門審批,不準私自改動和加裝。(9)發現有人觸電,應立即切斷電源進行搶救,未脫離電源前不準直接接觸觸電者。如圖1-2-24所示。(10)雷雨天氣,禁止在室外對車輛充電和維修維護,如圖1-2-25所示。圖1-2-24搶救觸電者禁忌

圖1-2-25雷雨天在室外匆充電和維修任務3高壓系統的安全操作1.熟悉高壓系統斷電流程;2.掌握高壓系統斷電操作流程及注意事項。一、純電動汽車高壓系統的斷電操作流程

在對純電動汽車進行維修和檢測之間,需要對純電動汽車的高壓系統進行斷電處理,除非特定情況下需要控制系統進行帶電檢測時才不要進行斷電處理。否則每一次檢測和維修之前都要進行斷電操作。下面我們一起來學習對高壓系統的斷電操作流程。1.作業前準備(1)操作人員:需要兩個專業人員進行同時操作。可以分工合作或設主要操作人員和監護人員。圖1-3-1操作人員(2)場地準備安全準備:放置隔離欄,放置安全警示牌,檢查滅火器。如圖1-3-2所示。

放置隔離欄

放置安全警示牌檢測、準備滅火器

測量絕緣地墊絕緣值操作準備:檢查防護套具,護目鏡是否破損,安全帽是否破損檢查絕緣手套的密封性

及絕緣等級。如圖1-3-3所示。圖1-3-3操作準備注意事項:檢查絕緣手套時要嚴格遵守檢查要求,以免發生不安全事故。圖1-3-4檢查絕緣手套(3)絕緣工具的檢查及準備如圖1-3-5所示為絕緣工具的檢查及準備。檢查工具套裝

檢查測量工具(包括絕緣表)

放電工裝圖1-3-5絕緣工具的檢查及準備2.車輛初步檢查(1)作業前實施車輛防護,如圖1-3-6所示。圖1-3-6把快慢充電口用封口帶封住,禁止作業時進行充電(2)登記車輛信息,檢查車輛外表狀況。(3)檢查汽車周邊是否存在安全隱患,檢查手剎是否拉好,汽車系統是否能正常上電及運行。如圖1-3-7所示。圖1-3-7檢查車輛周邊及手剎(4)

關閉點火開關,拔下點火鑰匙,并安全放置好鑰匙,以防給其他人員接觸而誤啟動車輛。如圖1-3-8所示。圖1-3-8安全放置鑰匙(5)

放置車輛保護三件套及翼子板套,如圖1-3-9所示。圖1-3-9裝上三件套3.斷電操作(1)用專業工具拆下蓄電池負極(這時可以不戴絕緣手套),并做好絕緣保護(用絕緣膠布包住),并等待15分鐘或以上。如圖1-3-10所示。

拆下蓄電池負極

對蓄電池負極做絕緣保護圖1-3-10斷電操作(一)(2)用常用工具拆下中間護手儲物箱,并取出存物箱。伸手進入并拆下維護開關;維護開關為雙級保護開關,不能硬拔,要先拆一級保護,打開后再拆下二級保護,才能把開關完全拔出來。如圖1-3-11把維護開關放置好(最好是所在工具箱里面),以防其他人拿到。并放置如圖1-3-12高壓斷電警示標志。

(a)一級保護

(b)二級保護圖1-3-11斷電操作(二)4.驗電(1)舉升車輛,拆下動力電池母線正負極,用專業高壓萬用表測量動力電池正負極電壓,電壓為零或接近零,說明下電成功,可以進一步進行操作;如果電壓高于人體安全電壓一直降不下來說明系統下電不成功,需要進一步對系統進行檢查。這時候需要放置高壓斷電警示標志,說明已經沒有高壓電了。(2)下電成功后,對動力電池母線正負極進行絕緣保護(絕緣膠布包裹住)。完成以上操作步驟,下電操作就完成了。如要對車輛進一步維修或檢測,在下電完成之后就可以進行了。此時操作(動力電池除外的系統)就不再需要戴絕緣手套和護具了。注意:對動力電池的拆裝和分體過程中還是要帶上絕緣手套和護具的,因為動力電池內部還是有電壓的,只是把內部電壓分成幾部分而已(以E5為列)。二、純電動汽車高壓系統的上電操作流程高壓系統的上電流程和高壓系統的下電流程剛好是反向操作。1.動力電池高壓母線的安裝:把之前用絕緣膠布包好的高壓母線的正負極線拆下,并安裝到動力電池的輸出口端。安裝時要注意要把正負極端口的保險扣扣好。2.安裝維護開關

(1)收好高壓斷開指示牌。

(2)把維護開關從工具箱里取出,把維護開關安裝到開關座,并鎖上安全扣。

(3)裝上存物箱,上好存物箱鎖緊螺栓。3.裝上蓄電池負極,并擰緊鎖緊螺栓。4.打開點火開關,并啟動汽車,看看汽車能不能正常上電,如果能正常上電,說明高壓系統上電正常;如果車輛不能正常上電,那么就要重新檢測整個高壓系統或高壓控制直至車輛能正常上電。項目二

動力電池1.了解動力電池的作用、類型與特點;2.掌握純電動汽車的動力電池結構;3.掌握拆裝動力電池的操作方法和注意事項;4.增強安全質量意識和工作責任心。1.知識能力:掌握純電動車動力電池的結構;2.技能能力:掌握動力電池的拆裝方法和步驟,能正確使用專業絕緣工具;3.社會能力:具備安全操作的能力及職業素養。

電池、電機和電控系統是新能源汽車的三大關鍵組成部分。其中動力電池是最關鍵的一環,可以說動力電池是新能源汽車的“心臟”。那么,你知道純電動汽車動力電池維護內容有哪些嗎?對動力電池進行哪些保養維護?在維護時有什么注意事項?任務1

動力電池的性能了解動力電池的內部結構、組成部件。了解動力電池的工作原理、控制原理等。一、動力電池的性能1.動力電池的定義

動力電池,又稱動力蓄電池、高壓電池包,是純電動汽車和油電混合動力汽車的重要能量存儲動力源,在電動汽車上發揮著非常重要的作用。

動力電池即為工具提供動力來源的電源,多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭,關鍵就是要開發出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。2.動力電池的作用

動力電池的作用是接收和儲存由車載充電機、發電機、制動能量回收裝置或外置充電裝置提供的高壓直流電,并且為電動汽車提供高壓直流電。動力電池是純電動汽車的核心部件,也是新能源汽車上價格最高的部件之一。動力電池的性能好壞直接決定了這輛車的實際價值。應用在電動汽車上的儲能技術主要是電化學儲能技術,即鉛酸、鎳氫、鋰離子等電池儲能技術。作為電動汽車的動力源,動力電池技術是電動汽車的核心技術,更是電氣技術與汽車行業的關鍵結合點,一直制約著電動汽車的發展。近年來,隨著電動汽車動力電池技術的研發受到各國能源、交通、電力等部門的重視,電池的多種性能得到了提高,如我國就在鋰離子電池技術方面取得了突破性進展。3.動力電池的類型

新能源汽車上所使用的動力電池種類繁多,外形差別較大,按其工作性質和使用特征的不同,可分為一次電池、二次電池、儲備電池和燃料電池等。其中儲備電池和燃料電池屬于特殊的一次電池。(1)一次電池(原電池)一次電池是放電后不能用充電的方法使它復原的電池。這種類型的電池只能使用一次,放電后電池只能被遺棄。這類電池不能再充電的原因,或是電池反應本身不可逆,或是條件限制使可逆反應很難進行,如鋅錳干電池、鋅汞電池、銀鋅電池。(2)二次電池(蓄電池)二次電池是放電后可用充電的方法使活性物質復原而可以再次放電,且可反復多次循環使用的電池。這類電池實際上是一個化學能量儲存裝置,用直流電將電池充足,這時電能以化學能的形式儲存在電池中,放電時,化學能再轉換為電能,如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋅空氣電池等。(3)儲備電池(激活電池)儲備電池是正、負極活性物質和電解液不直接接觸,使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的電池。這類電池的正、負極活性物質化學易變質或自放電,因與電解液的隔離而基本上被排除,從而使電池能長時間儲存,如鎂銀電池、鈣熱電池、鉛高氯酸電池。(4)燃料電池(連續電池)燃料電池是只要活性物質連續地注入電池,就能長期不斷地進行放電的一類電池。它的特點是電池自身只是一個載體,可以把燃料電池看成是一種需要電能時將反應物從外部送入的一種電池,如氫燃料電池。需要說明的是,上述分類方法并不意味著某一種電池體系只能分屬一次電池、二次電池、儲備電池或燃料電池。某一種電池體系可以根據需要設計成不同類型的電池。如鋅銀電池,可以設計成一次電池,也可以設計成二次電池或儲備電池。目前電動汽車上二次電池的主要類型有鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池。4.動力電池的工作原理

以下介紹動力電池主要類型,即鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池的工作原理。(1)鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池,是一種電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的蓄電池,如圖2-1-1所示。圖2-1-1鉛酸蓄電池(2)鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池是由氫離子和金屬鎳合成,電量儲備比鎳鎘蓄電池多30%,比鎳鎘電池更輕,使用壽命也更長。1)鎳氫蓄電池的原理鎳氫蓄電池的充放電反應如下所示。正極:NiOOH+H2O+e-放電充電??＝Ni(OH)2+OH-

E0=+0.52V負極:MHab+OH-放電充電??＝M+H2O+e-

E0=-0.82V電池:NiOOH+MHab放電充電??＝Ni(OH)2+M

E0=1.34V2)混合動力汽車鎳氫電池結構

搭載在混合動力汽車的鎳氫電池是將84~240個容量為6~6.5A·h的單體電池以串聯方式連接后使用的。迄今為止已開發出圓形和方形的混合動力汽車用的鎳氫電池,如圖2-1-2所示,近年來其輸出功率密度正在逐年上升。盡管混合動力汽車用鎳氫電池的電能量(容量)還不到電動汽車用鎳氫電池的1/10,但是要求其具有與電動汽車相同的輸出功率和再生恢復性能。因此,正在通過多種技術領域致力于對單體電池或電池模塊(由多個單體電池以串聯方式連接而成的電池組)的研究開發工作。圖2-1-2普銳斯動力電池(鎳氫蓄電池)(3)鋰離子電池1)鋰離子電池基本原理與結構鋰電池(LithiumBattery)是指電化學體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池。鋰離子電池是鋰離子在電極之間移動而產生電能的,這種電能的存儲和放出是通過正極活性物質中放出的鋰離子向負極活性物質中移動完成的,并不伴隨化學反應,這是鋰離子電池的最大特點。鋰離子電池反應的這種特點,使鋰離子電池比傳統的二次電池具有更長的壽命。圖2-1-3是鋰離子電池的示意圖,它由作為氧化劑的正極活性物質、作為還原劑的負極活性物質、作為鋰離子導電的電解液以及防止兩個電極產生短路的隔板組成,利用正極與負極之間鋰離子的移動來進行充電和放電。其工作原理如圖2-1-4所示。一般的圓柱形鋰離子電池的結構示意圖如圖2-1-5所示,正極和負極的活性物質是利用一種被稱為Binder的樹脂膠粘劑固定在金屬箔上,然后在其中間夾入隔板后收卷而成。方形鋰離子電池的結構示意圖如圖2-1-6所示。圖2-1-3鋰離子二次電池圖2-1-4磷酸鐵鋰電池工作原理圖2-1-5圓柱形鋰離子二次電池的結構

圖2-1-6方形鋰離子電池結構示意圖(３)鋰離子電池１)鋰離子電池基本原理與結構

鋰電池是指電化學體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池.鋰離子電池是鋰離子在電極之間移動而產生電能的,這種電能的存儲和放出是通過正極活性物質中放出的鋰離子向負極活性物質中移動完成的,并不伴隨化學反應,這是鋰離子電池的最大特點.鋰離子電池反應的這種特點,使鋰離子電池比傳統的二次電池具有更長的壽命.

此外,電極材料種類選擇較多也是鋰離子電池的一大特點,再加上鋰離子電池本身就具有小型化、輕量化和高電壓化的特點,通過材料的選擇和結構的設計可實現高輸出功率和高容量,因此可以設計出與實際用途完全相符的結構及特性,這也是鋰離子電池的優勢之一.圖２-１-３所示的是鋰離子電池的示意圖,它由作為氧化劑的正極活性物質、作為還原劑的負極活性物質、作為鋰離子導電的電解液以及防止兩個電極產生短路的隔板組成,利用正極與負極之間鋰離子的移動進行充電和放電.其工作原理如圖２-１-４所示.一般的圓柱形鋰離子電池的結構示意圖如圖２-１-５所示,正極和負極的活性物質是利用一種被稱為Binder的樹脂膠黏劑固定在金屬箔上,然后在其中間夾入隔板后收卷而成.方形鋰離子電池的結構示意圖如圖２-１-６所示.圖２-１-３圖

2-1-4磷酸鐵鋰電池工作原理圖

2-1-5圓柱形鋰離子二次電池的結構

圖

2-1-6方形鋰離子電池結構示意圖

２)鋰離子電池的基本特性①電池的電能.電池輸出的電能E等于從電池中所能取出的電量Q與電池電壓U的乘積,即:E＝QU

在充電上限電壓到放電下限電壓的范圍內所放出的電量即為電池的容量.多數情況下電池電壓是用平均電壓值來代替的,平均電壓(額定電壓)的定義是達到總電能１/２放電量時的電壓值.例如,額定電壓為3.7V、公稱容量為2.4Ah的18650規格(直徑183mm×65mm)的鋰離子電池的總能量為89Wh,體積能量密度為520Wh/L、質量為44g時的質量能量密度為201Wh/kg.②剩余電量的估算.關于電池的充電狀態,多數以SOC形式來表示,SOC采用剩余容量與設計容量的比率表示,充電時電量達到充滿狀態時即為SOC１００％,放電容量與設計容量的比率采用放電深度(DOD)表示:DOD和SOC的關系為:DOD＝1－SOC對于一般電池的SOC和DOD,多根據電壓值進行估算,對于鋰離子電池而言,電壓平坦域的具體觀察將視不同的電極材料而定,有時難以根據電壓來估算SOC.(３)鋰離子電池的常見類型①按照正極材料進行分類:鈷酸鋰,錳酸鋰,鎳酸鋰,磷酸鐵鋰,三元材料[鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O２].②按照電解質進行分類:液態鋰離子電池,簡稱LIB(liquidionbattery);聚合物鋰離子電池,簡稱LIP(polymerlithiumionbattery).分類對比見表2-2-1所示.表

2-1-1鋰離子電池分類對比正極材料平均輸出電池(V)能量密度(mA·h/g)LiCoO23.7140Li2Mn2O44.0100LiFePO43.3130Li2FePO4F3.6115③其他性能對比:能量密度:１８６５０電池(鈷酸鋰)＞磷酸鐵鋰＞錳酸鋰價格優勢:１８６５０電池(鈷酸鋰)＞錳酸鋰＞磷酸鐵鋰安全性:磷酸鐵鋰＞錳酸鋰＞１８６５０電池(鈷酸鋰)循環壽命:磷酸鐵鋰＞錳酸鋰＞１８６５０電池(鈷酸鋰)５

常見車型動力電池的安裝位置、類型和特點

電動汽車的動力電池一般位于車輛底部前、后橋及兩側縱梁之間,安裝在這些位置能使其具有較高碰撞安全性,可以降低車輛重心,車輛操控性更好.將電動汽車的動力電池安裝在駕駛室后方的車架縱梁之上,不但使得拆裝操作更加簡單,避免了動力電池安裝分散,減少動力電池之間高壓連接線束的使用,避免了線路連接過多的問題,而且節約了成本.動力電池盡可能安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方,并避免陽光直射,遠離加熱器或其他輻射熱源.動力電池應當直立安裝放置,不可傾斜,動力電池組間應有通風措施,以避免因動力電池損壞所產生的可燃氣體引起爆炸和燃燒.北汽新能源純電動汽車為具有代表性車型動力電池的安裝位置.北汽E150EV純電動汽車的動力電池采用磷酸鐵鋰電池,安裝在車輛底部,如圖2-1-9所示.圖2-1-9北汽新能源純電動汽車動力電池二、動力電池的各性能參數解析１電壓(V)

開路電壓,即電池外部不接任何負載或電源,測量電池正負極之間的電位差,即為電池的開路電壓.工作電壓與開路電壓相對應,即電池外接上負載或電源,有電流流過電池,測量所得的正負極之間的電位差.由于電池內阻的存在,放電狀態時(外接負載),工作電壓低于開路電壓,充電時(外接電源)的工作電壓高于開路電壓.２電池容量(Ah)

能夠容納或釋放的電荷Q,Q＝It,即電池容量(Ah)＝電流(A)×放電時間(h),單位一般為Ah(安時)或mAh(毫安時).比如車內蓄電池標注16Ah,那么在工作時電流為1A時,理論上可以使用16h.３電池能量(Wh)電池儲存的能量,單位為Wh(瓦時),能量(Wh)＝電壓(V)×電池容量(Ah).圖2-1-10所示為標識為37V/10000mAh的電池,其能量為37Wh,如果把4節這樣的電池串聯,就組成了一個電壓是148V,容量為10000mAh的電池組,雖然沒有提高電池容量,但總能量提高了4倍.４能量密度(Wh/L&Wh/kg)

單位體積或單位質量電池釋放的能量.如果是單位體積,即體積能量密度(Wh/L),很多地方直接簡稱為能量密度;如果是單位質量,就是質量能量密度(Wh/kg),很多地方也叫比能量.如一節鋰電池重300g,額定電壓為37V,容量為10Ah,則其比能量為123Wh/kg.５功率密度(W/L&W/kg)

將能量除以時間,便得到功率,單位為W或kW.同理,功率密度是指單位質量(有時也直接叫比功率)或單位體積電池輸出的功率,單位為W/kg或W/L.比功率是評價電池是否滿足電動汽車加速性能的重要指標.比能量和比功率究竟有什么區別?舉個形象的例子:比能量高的動力電池就像龜兔賽跑里的烏龜,耐力好,可以長時間工作,保證汽車續航里程;比功率高的動力電池就像龜兔賽跑里的兔子,速度快,可以提供很高的瞬間電流,保證汽車加速性能.６電池放電倍率(C)

放電倍率是指在規定時間內放出其額定容量(Q)時所需要的電流值,它在數值上等于電池額定容量的倍數.即:充放電電流(A)/額定容量(Ah),其單位一般為C(Crate的簡寫),如0.5C,1C,5C等.舉個例子,對于容量為24Ah電池來說:用48A放電,其放電倍率為2C,反過來講,２C放電,放電電流為48A,0.5h放電完畢;用12A充電,其充電倍率為0.5C,反過來講,0.5C充電,充電電流為12A,2h充電完畢;電池的充放電倍率,決定了我們可以以多快的速度,將一定的能量存儲到電池里面,或者以多快的速度,將電池里面的能量釋放出來.７荷電狀態(％)

SOC,全稱是stateofcharge,荷電狀態也叫剩余電量,代表的是電池放電后剩余容量與其完全充電狀態的容量的比值.其取值范圍為０~１,當SOC＝０時表示電池放電完全,當SOC＝１時表示電池完全充滿.電0池管理系統(BMS)主要通過管理SOC并進行估算來保證電池高效工作,所以它是電池管理的核心.目前SOC估算主要有開路電壓法、安時計量法、人工神經網絡法、卡爾曼濾波法等,我們以后再詳細解讀.８內阻

內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部受到的阻力.包括歐姆內阻和極化內阻,其中:歐姆內阻包括電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻;極化內阻包括電化學極化電阻和濃差極化電阻.圖２Ｇ１Ｇ１１所示為某電池放電曲線,x軸表示放電量,y軸表示電池開路電壓,電池理想放電狀態為黑色曲線,紅色曲線是考慮到電池內阻時的真實狀態.圖２Ｇ１Ｇ１１某電池放電曲線OCV為開路電壓;Qmax為電池最大化學容量;Quse為電池實際容量;Rbat為電池的內阻;EDV為放電終止電壓;I為放電電流

從圖中可以看出,電池實際容量Quse＜電池理論上的最大化學容量Qmax.由于電阻的存在,電池的實際容量會降低.我們也可以看到,電池實際容量Quse取決于兩個因素:放電電流I與電池內阻Rbat的乘積,以及放電終止電壓EDV是多少.需要指出的是電池內阻Rbat會隨著電池的使用而逐漸增大.內阻的單位一般是毫歐姆(mΩ),內阻大的電池,在充放電的時候,內部功耗大,發熱嚴重,會使電池的老化加速和壽命衰減,同時也會限制大倍率的充放電應用.所以,內阻越小,電池的壽命越大,倍率性能就會越好.通常電池內阻的測量方法有交流和直流測試法.９自放電電池自放電,是指在開路靜置過程中電壓下降的現象,又稱電池的荷電保持能力.一般而言,電池自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響.自放電按照容量損失后是否可逆劃分為兩種:容量損失可逆,指經過再次充電過程容量可以恢復;容量損失不可逆,表示容量不能恢復。

目前對電池自放電原因研究理論比較多,總結起來分為物理原因(存儲環境,制造工藝,材料等)以及化學原因(電極在電解液中的不穩定性,內部發生化學反應,活性物質被消耗等),電池自放電將直接降低電池的容量和儲存性能.。10壽命電池的壽命分為循環壽命和日歷壽命兩個參數.循環壽命指的是電池可以循環充放電的次數.即在理想的溫濕度下,以額定的充放電電流進行充放電,計算電池容量衰減到80％時所經歷的循環次數.日歷壽命是指電池在使用環境條件下,經過特定的使用工況,達到壽命終止條件(容量衰減到80％)的時間跨度.日歷壽命與具體的使用要求緊密相關,通常需要規定具體的使用工況、環境條件、存儲間隔等.循環壽命是一個理論上的參數,而日歷壽命更具有實際意義.但日歷壽命的測算復雜,耗時長,所以一般電池廠家只給出循環壽命的數據.圖2-1-12所示為三元鋰電池的充放電特性,可以看出,不同的充放電方式對電池的壽命影響不一樣,根據圖示數據,以25%-75%充放電的壽命可以達到2500次,即我們所說的電池淺充淺放.電池壽命這個話題我們以后還會深入討論11化成

化成主要和電池的制造工藝有關.電池制成后,需要對電芯進行小電流充電,將其內部正負極物質激活,在負極表面形成一層鈍化層———SEI(solidelectrolytelnterface)膜,使電池性能更加穩定,這一過程稱為化成,電池經過化成后才能體現其真實的性能.化成過程中的分選過程能夠提高電池組的一致性,最終使電池組的性能提高,化成容量是篩選合格電池的重要指標.三、動力電池的主要技術參數及性能比較１磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池.它具有循環壽命可達800次以上、使用安全、可大電流快速放電、熱穩定性好、高溫性能好等優點.但低溫性能差是其致命性缺點,無法滿足冬天使用的需求.北汽EV160純電動汽車采用的是磷酸鐵鋰電池,如圖2-1-13所示.２三元鋰電池三元鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰離子電池.它具有能量密度大、單體電壓高、循環使用壽命高、熱穩定性好等優點.但也具有容易熱解的特性,因此在應用過程中應對其加強過充電保護、過放電保護、過溫保護和過電流保護.特斯拉采用的是1865三元鋰電池,如圖2-1-14所示。３錳酸鋰電池錳酸鋰是比較有前景的鋰離子正極材料之一,它具有常溫和低溫下循環性能佳、原材料豐富、制備技術成熟、材料環保、安全性能好等優點.但也具有高溫性能差、循環性能差、儲存性能較差等缺點,另外,高性能材料的制備技術尚不普及也制約著錳酸鋰電池的發展.日產聆風和啟辰晨風采用的是錳酸鋰電池,如圖2-1-15所示。圖2-1-13磷酸鐵鋰電池

圖2-1-14三元鋰電池

圖2-1-15錳酸鋰電池表2-1-2所示為動力電池的性能比較：電池類型電壓/V比能量/Whkg－１循環壽命/次安全性熱穩定性原料成本鈷酸鋰電池３６~３７＞１５０＞６００低不穩定昂貴錳酸鋰電池３６~３７＞１００＞６００較高較穩定較低三元鋰電池３６~３７＞１４０＞６００較高較穩定較低磷酸鐵鋰電池３２~３３＞７０＞８００高穩定低４

動力電池性能表2-1-3所示為動力電池的性能.性能工作電壓動力電池接上負載后處于放電狀態下的電壓放電終止電壓動力電池正常放電時所規定的放電終止時的負載電壓開路電壓動力電池在開路狀態下的端電壓充電上限電壓動力電池充滿電時的電壓標稱容量用來鑒別動力電池是否適用的近似容量值實際容量動力電池在一定放電條件下所能輸出的電量額定容量在規定條件下測得的并由制造商標明的電池容量值理論容量根據動力電池活性物質的特性計算出的最高理論值任務２動力電池的結構１

了解動力電池的內部結構;２掌握動力電池的組成部件;３掌握各組成部件的作用及工作原理.一、動力電池的結構１

動力電池整體結構

動力電池整體外部如圖2-2-1所示,主要包括電池單體、BMS系統、接觸器、控制電路、檢測器、冷卻水管、加熱器等.如圖2-2-2所示.

圖2-2-2動力電池組成圖2-2-1動力電池整體外部２動力電池控制系統

BMS是電池保護和管理的核心部件,它不僅要保證電池安全可靠地使用,而且要充分發揮電池的性能和延長使用壽命.在動力電池系統中,它的作用相當于人的大腦.在電池系統中,電池管理控制系統(以下簡稱BMS)是核心.BMS的基本功能是電壓采集、溫度采集、電流采集、均衡、SOC估算、絕緣監測、熱管理和保護控制,測量(采集)是這一切的基礎.現有技術的測量(采集)為總電流、單體電壓、選擇的溫度監控點、絕緣電阻,部分BMS還監測總電壓.總電流的采集是過流和短路保護的依據,也是估算SOC的基礎,如圖2-2-3所示,電流的采集通過電流傳感器來實現.單體電壓的采集是過充過放保護的依據,也是電池一致性監控和均衡管理的原始依據,單體電壓的采集通過單體電池的電壓采集線實現.溫度采集主要是為了熱管理,其數據也能用于電池壽命分布估算,或者熱失控等安全事故的預警,溫度的采集通過布置在電池組間的溫度傳感器實現.總電壓由所有單體電壓加和得到,絕緣監測和預充電保護模塊需要直接采集總電壓,總電壓的采集通過總正總負的電壓采集線實現;而絕緣監測需要在總電壓采集的基礎上附加接地點采集.

電池管理系統對于電池的保護,是通過發出降低使用電流的要求,讓負載控制智能模塊進行輸出調整,或者切斷充放電通路來實現的,避免電池超出許可的使用條件.切斷充放電通路由總正總負繼電器實現.BMS的主要功能包括數據采集、狀態分析、均衡控制、熱管理和安全保護.(１)數據采集

實時采集純電動汽車動力電池中的每個電池模塊的端電壓、充放電電流、電池組總電壓及溫度等.在實際使用過程中,電池在不同溫度下的電化學性能不同,導致電池所放出的能量是不同的.BMS可以通過軟件分析單體電池狀態,有效預測單體電池的供電性能,及時發現性能劣化的故障電池,為電池組精細維護提供測量依據,保證電池使用的安全性、可靠性.(２)狀態分析

能夠準確地對電池的剩余電量(SOC)和電池健康狀態(SOH)這兩個方面進行估測.隨時預報純電動汽車儲能電池的SOC,使電池的SOC值控制在３０％~７０％的工作范圍內,讓駕駛人獲得直接的信息,清楚剩余的電量對續航里程的影響.(３)均衡控制

受到生產制造和工作環境的影響,單體電池之間在電壓、容量和內阻等性質上會有所差別,導致它們在實際使用過程中有效容量和充放電電量是不一樣的,因此,為保證動力電池系統的整體性能和延長使用壽命,減少單體電池之間的差異性,對電池進行均衡控制是十分必要的.均衡控制包括主動均衡和被動均衡,兩者都是為了調節電池之間電量和剩余容量的一種方式.其主要區別如表2-2-1所示.區別被動式均衡又稱耗散型均衡,通過在每一個單體電池并聯一個電阻分流的方式,將容量多的電池中多余的能量消耗掉,實現整組電池電壓的均衡.其優點是成本低、技術難度不高、較容易實現;缺點是將電能轉化為熱能消耗掉,造成部分能量浪費主動式均衡又稱非耗散型均衡,通過將能量高的單體電池中的能量轉移到能量低的單體電池上,或用整組能量補充到能量最低的單體電池上,以達到能量均衡的目的.其優點是轉換效率高;缺點是結構復雜、成本高圖2-2-4所示為均衡過程分析.①

被動均衡演示(充電過程):圖2-2-5所示為被動均衡演示充電過程.②主動均衡演示(充電過程):如圖2-2-6所示為主動均衡演示充電過程.(４)熱管理控制由于車輛空間有限,電池工作中產生的熱量累積,會造成各處溫度不均勻而影響電池單體的一致性,而降低電池充放電循環效率,影響電池的功率和能量發揮,嚴重時還將導致熱失控,影響系統的安全性與可靠性.為了使電池組發揮最佳的性能和壽命,需要對電池進行熱管理,將電池包的溫度控制在合理的范圍內,如圖2-2-7所示.(５)安全保護如圖2-2-8所示,安全保護主要有過充過放保護、過電流保護、過溫保護、絕緣監控.１)動力電池內部條件①儲電能量＞１０％(SOC);②電池溫度在－２０℃~４５℃;③單體電芯溫度差小于２５℃;④實際單體最低電壓不小于額定單體電壓０.４V;⑤單體電壓差小于３００mV;圖２Ｇ２Ｇ８安全保護⑥絕緣性能大于２０MQ⑦動力電池內部低壓供電、通信正常;⑧電動電池監測系統工作正常(電壓、電流、溫度、絕緣).備注:動力電池報一級故障時無法放電.２)動力電池外部條件①BMS常電供電正常(１２V正、負極);②ON信號正常;③VCU喚醒信號正常;④CAN線通訊正常(新能源CAN線);⑤高壓線束連接正常;⑥高壓線束及電氣設備絕緣性能大于２０MQ;⑦充電連接確認信號線或充電喚醒信號無短路(VCU到充電機或充電連接線束).備注:動力電池報一級故障時無法放電.３動力電池包主要控制系統圖2-2-9所示為動力電池主要控制系統.(１)主正電路圖2-2-10所示為動力電池主輸出正極電路,主要保證動力電池的高壓正常輸出能力.(２)主負電路如圖2-2-11所示為動力電池主輸出負極電路,主要保證動力電池的高壓正常輸出能力.圖2-2-10主正電路圖2-2-11主負電路(３)預充電路①預充電路組成如圖2-2-12所示.預充繼電器:與預充電電阻組成預充電保護回路.在高電壓上電過程中需對整個高壓回路容性負載進行上電防瞬態沖擊保護(統稱預充電保護),該繼電器負責預充電保護回路的通斷.繼電器的通斷由BMS監管控制.預充電阻:與預充電繼電器組成預充電保護回路.通常選擇范圍為33--100Ω的功率型預充電阻.②預充電路的保護作用: