新能源汽車電池的認知

任務導入：

新能源汽車上裝有高壓動力電池和低壓電池，作為新能源汽車檢修或管理人員，應從車型、電池外觀上識別低壓電池和高壓電池，并識別高壓動力電池類型，熟悉高壓動力電池的特點，掌握高壓動力電池的組成，才能安全地檢修或更換電池。

1.任務目標1.知識目標

（1）了解低壓電池和高壓動力電池的作用；

（2）熟悉低壓電池和高壓動力電池的類型及特點；

（3）掌握高壓動力電池的組成。

2.能力目標

（1）能識別高、低壓電池，并在車上找到安裝位置；

（2）能識別高、低壓電池類型，并能描述其結構、特點；

（3）能識別高壓動力電池部件，并在電池組上找出相應部件；

（4）能描述高壓動力電池主要部件的功用。一、新能源汽車電池外觀認知

新能源汽車低壓蓄電池

新能源汽車電池按高、低壓級別不同有低壓輔助電池和高壓動力電池兩類

（一）低壓輔助蓄電池認知（二）高壓動力電池認知

高壓動力電池比亞迪刀片電池動力電池高低壓接口

動力電池高低壓接口動力電池高低壓接口及電纜

二、低壓蓄電池和高壓動力電池的作用

（一）低壓蓄電池的作用

1.起動發動機時，給起動機、發電機勵磁繞組供電；

2.車載發電機不工作時，給車上低壓電器供電；

3.喚醒整車控制器VCU，控制高壓動力電池給高壓電器供電。

（二）高壓動力電池的作用

1.儲存器、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；

2.為新能源汽車車載充電提供高壓直流電。（一）低壓蓄電池的類型及特點1.類型普通鉛酸蓄電池、干式荷電蓄電池、免維護蓄電池。其中最常用的是免維護蓄電池（如圖所示）。免維護蓄電池

1.特點

新能源汽車，特別是純電動汽車，低壓蓄電池電池的容量較小，其結構和類型與傳統燃油汽車有所區別，以比亞迪秦低壓蓄電池為例主要區別如下：（1）起動用正極與車身電器供電用正極分開。（2）電池內有智能控制模塊（BMS）對電池智能控制，當電池電壓低時，關閉多媒體系統。

（二）動力電池的類型

新能源汽車動力電池從系統角度分，可分為化學電池、物理電池、生物電池三大類。

其中，化學電池和物理電池較常見。

（1）化學電池

化學電池類型如圖所示。

鉛酸電池

鎳-鎘電池

鎳氫電池

鋰離子電池氫燃料電池氫燃料電池

目前，新能源汽車應用最為廣泛的動力電池是鋰離子電池（簡稱鋰電池），其中，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池最為常用。鋰電池具有較長的循環使用壽命。

（2）物理電池

物理電池如圖所示。太陽能電池

超級電容飛輪電池

飛輪電池

鉛酸電池幾種電池燃料電池超級電容器

飛輪電池太陽能電池鎳氫電池鋰離子電池思考：說出以下電池的系統類型？

2.

動力電池的特點

1）鎳氫電池

鎳氫電池主要由氫離子和金屬鎳合成，每個電池單體的額定低壓為1.2V。鎳氫電池電量儲備比鎘電池多30%，比鎘電池更輕，使用壽命更長。

鎳氫電池只要是混合動力汽車使用，如豐田普銳斯、雪佛蘭Malibu、福特Escapc等。

2）鋰離子電池常見的鋰電池有磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、鎳酸鋰電池、三元鋰電池等。

磷酸鐵鋰電池與它鋰電池相比，有以下優點：

①安全性能好。②壽命長。鉛酸電池循環壽命300~500次，磷酸鋰電池壽循環命達2000次以上。③高溫性能好。磷酸鐵鋰電池熱峰值可達350~500℃，錳酸、鈷酸鋰電池200℃左右。④大容量。磷酸鐵鋰電池的單體容量為5~1000A.h.⑤無記憶效應。

可充電池經常在充滿電不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現象叫記憶效應。磷酸鐵鋰電池因為無記憶效應，因此，可隨充隨用，不需先放完電再充電。⑥環保。鋰電池不含重金屬、無毒、無污染。

磷酸鐵鋰電池的缺點：

能量密度低、低溫性能差、制造成本高。

三元鋰電池的優點：能量密度高。

三元鋰電池的缺點：

安全性能、耐高溫性能、大功率放電性能差，壽命短，不環保。

四、高壓動力電池的基本結構

動力電池系統主要由電池箱、電池模組、電池管理系統、熱管理系統、輔助元器件幾大部分構成。

1.電池箱

（1）作用保護電池。

（2）結構由上箱體（頂殼）、下箱體（底殼）構成。上箱體一般采用玻璃鋼材質，下箱體為鑄鐵或鑄鋁。

（3）組裝要求

電池箱組裝時，上下箱體應用密封墊、密封膠進行密封處理，防止動力電池冷卻液或外來水分進入電池箱體內。

（4）電池的標簽

動力電池的電池箱殼體外貼有兩類標簽：電池信息標簽和高壓警示標簽。如圖所示。

2.電池模組

（1）電池單體

電池單體是構成動力電池模塊的最小單元，

一般由正極、負極、

電解質及外殼等構成，

可實現電能與化學能之間的直接轉換。

磷酸鐵鋰電池單體的電壓為3.2V左右，三元鋰電池單體的電壓為3.75V左右。電池單體的并聯可以提高容量，單體電池的串聯可以提高電壓。

（2）電池模塊

把多個電池單體與框架結構、電池連接系統、絕緣組件等部件連接組裝在一起，就組裝成不同的電池模塊，如圖所示。

（3）電池模組

如圖所示，將多個電池模塊或單體電芯串并聯組合，加裝電流檢測、數據收集、固定保護電芯等作用的裝置后形成模塊化的統一的整體就是電池模組。

動力電池的成組方式

（1）串聯電池組

如圖a所示串聯電池組適用于輸出電流不太大,而輸出電壓要求較高的場合。

（2）并聯電池組

如圖b所示。并聯電池組適用于每個電池的電動勢能夠滿足負載所需的電壓、而單個電池的輸出電流小于負載所需的電流的情況。

圖a圖b

電池模組、電池箱、輔助元器件組合后構成電池組總成（電池包）如圖所示：小貼士：

動力電池的額定電壓=單體電芯的額定電壓×單體電芯的串聯數；

動力電池的額定容量=單體電芯容量×單體電芯并聯數量；

動力電池系統總能量=動力電池額定電壓×動力電池容量；

動力電池質量比能量=動力電池總能量÷動力電池質量。

3.

電池管理系統（BMS或BMC）

3.

電池管理系統（BMS或BMC）

BMS的作用：

1）是電池和整車控制器VCU以及駕駛員溝通的橋梁，通過控制接觸器控制動力電池的充、放電，并向整車控制器上報動力電池系統的基本參數及故障信息。2）保證電池安全可靠使用，充分發揮電池的能力和延長電池的使用壽命，是電池保護和管理的核心部件。

4.

輔助元器件動力電池輔助元器件主要包括電池系統內部電子元器件及接口，如熔斷器、接觸器（繼電器）、電流傳感器、溫度傳感器、維修開關、密封條、絕緣材料等；所示。

接觸器

熔斷器

電流傳感器維修開關

（1）接觸器（繼電器）主要用來實現危險電壓自動切斷。在碰撞、絕緣故障、HVIL失效等事件發生時，主動進行電隔離措施，將危險電壓隔離在電池組內，不出現在外部電路或部件中。

（2）熔斷器用來保護汽車高低壓電路，防止流過電路的電流過大造成電氣設備燒壞或引起火災。

（3）電流傳感器用來監測動力電池充、放電電流的大小。

（4）溫度傳感器溫度傳感器（PTC）用來檢測電池模組或單體的溫度。

（5）電壓傳感器用于檢測電池模組或電池單體電壓。

（6）維修開關

動力電池手動維修開關（MSD）又稱維修塞。

維修開關的作用：

保護電源，并在出現緊急情況、進行高壓系統維修保養或對動力電池拆裝時，避免維修人員操作不當引發電擊，確保維修人員的人身安全。

電動汽車對動力電池的要求：

1.比能量高

為了提高電動汽車的續駛里程,要求電動汽車上的動力電池盡可能儲存多的能量,但電動汽車又不能太重,其安裝電池的空間也有限,這就要求電池具有高的比能量。

2.比功率大

為了能使電動汽車在加速行駛、爬坡能力和負載行駛等方面能與燃油汽車相競爭,就要求電池具有高的比功率。

3.循環壽命長

循環壽命越長,則電池在正常使用周期內支撐電動汽車行駛的里程數就越多,有助于降低車輛使用期內的運行成本。

4.均勻一致性好

對于電動汽車而言,電池組的工作電壓大多均應達到數百伏,這就要求至少有幾十到上百只電池串聯。為達到設計容量要求,有時甚至需要更多的單體的并聯。由于電池組的使用性能會受到性能最差的某些單節電池的制約,因此設計上要求各電池單體在容量、內阻、功率特性和循環特性等方面具有高度的均勻一致性。

5.高低溫性能好、環境適應性強

電動汽車作為一種交通工具,要求電池既要在北方冬天極冷的氣溫下,又要在南方夏天炎熱環境中長期穩定地工作。在最惡劣的氣候條件下,電池的工作溫度可能要從一40℃變到60℃,甚至80℃。因此,要求電池應當具有良好的高低溫特性。

6.安全性好

能夠有效避免因泄漏、短路、撞擊、顛簸等引起的起火或爆炸等危險事故發生,確保汽車在正常行駛或非正常行駛過程中的安全。

7.價格低廉

包括材料來源豐富,電池制造成本低,以降低整車價格,提高電動汽車的市場競爭力。

8.綠色、環保

要求電池制作的材料與環境友好、無二次污染,并可再生利用。課堂練習一、填空 1.新能源汽車電池按功能不同有

和

。2.新能源汽車上的車燈、喇叭、音響等由車上的

供電；驅動電機、空調壓縮機等由

供電。3.新能源汽車動力電池從系統角度可分為

、

、

三大類。4.目前新能源汽車普遍使用的化學電池是

，其中最常用的是

、

。5.動力電池主要由

、

、

、

幾部分組成。6.電池單體是構成

的最小單元，一般由

、

、

組成。7.電池模組是通過將多個

或

串并聯組合。8.電池管理系統是

和

及

溝通的橋梁，通過控制接觸器控制動力電池的充放電，并向整車控制器上報動力電池系