项目5 电动汽车动力电池系统维护保养ppt课件.pptx

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1、电动汽车维护与保养,5,电动汽车动力电池系统维护保养,动力电池基本检查,项目4 电动汽车充电系统维护保养,学习目标1. 了解电动汽车动力电池系统的结构及功用。2. 了解电动汽车动力电池的技术参数含义。3. 了解电动汽车动力电池安全设计思路和安 全策略。4. 掌握动力电池的基本检查项目和内容。,学习准备1.北汽新能源汽车2.动力电池示教台3.电池举升车4.学习指导书,1,一、电动汽车动力电池系统,1. 动力电池系统组成及功能,动力电池系统主要由动力电池模组、电池管理系统BMS、动力电池箱体及其他辅助元器件等四部分组成。动力电池系统接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外部充电装置提供

2、的高压直流电，并且为电驱动系统及电辅助系统提供能量。,一、电动汽车动力电池系统,1. 动力电池系统组成及功能,（1） 动力电池模组,动力电池模组是由多个电池模块串联组成的一个组合体。电池模块由若干个单体电池并联而成，该组合额定电压与电池单体的额定电压相等，是电池单体在物理结构和电路上连接起来的最小分组，可作为一个单元替换。单体电池 (也称电芯)是构成动力电池模块的最小单元。 如北汽EV200所用的SK电池模组由3个额定电压为3.7V的单体电池并联为一个电池模块，由91个电池模块串联组成整辆汽车的电池模组。,一、电动汽车动力电池系统,1. 动力电池系统组成及功能,（2） 动力电池箱,动力电池箱用

3、来支撑、固定、包围电池系统的组件，主要包含上盖和下托盘，还有过渡件，护板，螺栓等辅助器件。 动力电池箱有承载及保护动力电池组及电气元件的作用。电池箱体螺接在车身地板下方，其防护等级为IP67，螺栓拧紧力矩为80100Nm。整车维护时需观察电池箱体螺栓是否有松动，电池箱体是否有破损严重变形，密封法兰是否完整，确保动力电池可以正常工作。,一、电动汽车动力电池系统,1. 动力电池系统组成及功能,（3） 电池管理系统BMS,电池管理系统BMS是电池保护和管理的核心部件，在动力电池系统中，它的作用就相当于人的大脑。它不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命，作为电池和整车控制

4、器以及驾驶者沟通的桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，并向VCU上报动力电池系统的基本参数,一、电动汽车动力电池系统,1. 动力电池系统组成及功能,（3） 电池管理系统BMS,BMS的组成按性质可分为硬件和软件；按功能分为数据采集单元和控制单元。 BMS的硬件包括主板、从板及高压盒，还包括采集电压线、电流、温度等数据的电子器件。BMS的软件包括监测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值，通过与VCU、充电机的通讯，来控制动力电池系统的充放电。,一、电动汽车动力电池系统,1. 动力电池系统组成及功能,（4） 辅助元器件,辅助元器件包括动力电池系统内部的电子电器元件，如熔断器，继电

5、器，分流器，接插件，紧急开关，烟雾传感器等，维修开关以及电子电器元件以外的辅助元器件，如密封条，绝缘材料等。,一、电动汽车动力电池系统,2. 电动汽车动力电池主要性能指标,纯电动汽车的能量来源是动力电池组，其主要性能指标有电池容量、荷电状态、比能量、能量密度、比功率和循环寿命等，这些参数表达了动力电池性能的优劣及对车辆续航能力的影响。,（1） 电池容量,表征电池储存能量的能力，单位是Ah.电池容量的测量方法是在恒定的温度下，以恒定的放电速率，对电池放电，当电池电压降到截止电压时，电池放出的容量。,电池的能量是在按一定标准所规定的放电制度下，电池所输出的电能，单位为瓦时（W . h）或千瓦时（K

6、 W . h ） 。,（2） 电池的能量,一、电动汽车动力电池系统,2. 电动汽车动力电池主要性能指标,（3）放电率,（4） 电池的能量,单体电池或电池放电过程中的电流。,单位质量或单位体积的电池释放的能量，单位Wh/kg或Wh/L。,（5）比功率,单位质量或单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速率 ，单位是W/kg或W/L。,一、电动汽车动力电池系统,2. 电动汽车动力电池主要性能指标,（6） 荷电状态（ State of Charge ）SOC,（7）放电深度（Depth of Discharge）DOD,剩余容量与总容量的百分比，描述电池剩余量。,蓄电池从开始放电到放电结束， SOC的变化

7、量。,（8）循环寿命,电池容量降低（衰减）到某一规定值之前，电池能经受多少次充电与放电循环。一般把电池的额定容量降到额定值的80%作为一个循环。,一、电动汽车动力电池系统,2. 电动汽车动力电池主要性能指标,电池主要参数表,一、电动汽车动力电池系统,3. 动力电池系统的安装,大部分电动汽车动力电池组一般安装在汽车底盘，这样会使整车重量分布均衡，重心下降，行驶更加平稳并且释放大量空间，提高了轿车的实用性能。,二、动力电池安全设计,1. 动力电池系统安全性管控,动力电池系统产品的安全包含电气安全、机械安全、功能安全和化学安全四个方面。电气安全方面有过电流/外部短路保护、绝缘阻抗和抗电强度、直接接触

8、和间接接触（等电位）、高压标识等。机械安全方面有密封（IP等级）、耐振动、耐冲击、碰撞防护、防爆等。功能安全方面有过电压、欠电压保护、过温保护、过电流保护、碰撞过程中断开高压、ASIL等级等。化学安全方面有材料阻燃等级、电芯安全要求、危险物品的标识等。,二、动力电池安全设计,1. 动力电池系统安全性管控,（1）模组材料安全,所有模组材料皆耐高温、耐腐蚀、防火等级高，一般模组上盖、外壳采用绝缘性、高低温特性和阻燃特性好的非金属材料，底板（盘）采用强度、刚度和疲劳特性好的铝合金材料。,（2）结构安全,网状、笼状的模组框架牢牢锁住电池单元体。模组通过加强板固定在箱体承重结构上，确保突发状态下电池单体

9、或模组不会脱落。托盘采用加强筋设计和壁厚冗余设计以加强安全性。,二、动力电池安全设计,1. 动力电池系统安全性管控,（3）防爆安全,主动防爆通道设计，确保电池单体喷发的气、液能迅速排出，防止短路或局部过热导致的燃烧事故。箱体增加泄气阀设计及密封保压测试装置。,（4）HV连接可靠性,模组内电压采集线通过稳固螺栓与极片连接，设计专用的走线通道，用于隔离电压回路，防止高低压回路的短接事故。单体电池间的极连采用先进的激光焊接连接方式，确保高压回路稳定可靠。,二、动力电池安全设计,1. 动力电池系统安全性管控,（5）BMS主动安全,通过模糊温度控制技术，使系统内任一模组内部温度差在2之内。BMS紧急情况

10、的主动保护功能，如单体电池过充、过放、绝缘、温度过高，温差大等状态。,二、动力电池安全设计,2. 纯电动汽车的能量管理系统,(1)电池剩余电量估算：在电池管理系统中占据重要的地位，是电池管理系统中软件处理的核心部分。(2) 预测行驶里程：驾驶人员通过智能预测系统来选择自己所要行驶里程及运行工况，方便驾驶人员操作。(3)电池故障诊断系统：主要针对电池组中的单个蓄电池进行诊断，以便用户适时维护、更换，使汽车保持良好的运行工况。(4) 短路保护：电动汽车工作电压较高，一般为337V左右，因此电池管理系统应具有监控主回路供电状况的功能，以防止短路给设备及人造成伤害。(5) 显示报警功能：经ECU运算处

11、理后，把电池运行工况、等相关信息发送到显示单元，进行人机交换处理。(6) 实时跟踪监测电池系统运行状态参数。,功能：,二、动力电池安全设计,3. 电池系统热管理系统,过高或过低的温度都将直接影响动力电池的使用寿命和性能，并有可能导致电池系统的安全问题，并且电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体间性能的不均衡，因此电池热管理系统对于电动车辆动力电池系统而言是必需的。,电池组热管理系统有如下5项主要功能:,(1) 电池温度的准确测量和监控。(2) 电池组温度过高时的有效散热和通风。(3) 低温条件下的快速加热。(4) 有害气体产生时的有效通风。(5) 保证电池组温度场的均匀分布。,二

12、、动力电池安全设计,4. 电安全管理系统,电安全管理系统主要包括烟雾报警、绝缘检测、自动灭火、过电压和过电流控制、过放电控制、防止温度过高、在发生碰撞的情况下关闭电池等功能。,5. 电池的能量管理数据处理、通信和显示,由电池组的数据检测和采集系统采集到的数据，包括电池充放电时的功率，SOC的估算，温度变化的限值等，通过电池管理系统的CPU，按照控制电池充放电的算法逻辑，作为电池组充放电的规则，来限制电池组或电池模块充放电的电流保持均衡和安全。,三、动力电池系统检查和维护,1. 绝缘检查（内部）,2. 模组连接件检查,为了防止电箱内部短路需要进行绝缘检查（内部）。方法: 将电箱内部高压盒插头打开

13、，用绝缘表测试总正、总负对地，阻值500/V；（1000V）。 工具：绝缘表。,为了防止螺丝松动，造成故障需要进行模组连接件检查。方法：用做好绝缘的扭力扳手紧固（转矩：35N.M），检查完成后，做好极柱绝缘。工具：扭力扳手。,三、动力电池系统检查和维护,5. 电压采集线检查,6.标识检查,为了防止电压采集破损，导致测试数据不准需要进行电压采集线检查。方法：将从板接插件打开安装1次。,为了防止标识脱落需要进行标识检查。方法：目测,三、动力电池系统检查和维护,7. 熔断器检查,8.电箱密封检查,为了检查熔断器状态是否良好，与事故时可正常工作需要进行熔断器检查。 方法：用万用表二极管挡测量通断。工具

14、：万用笔。,为了保证电箱密封良好，防止水进入需要进行电箱密封检查。方法：目测密封条或更换密封条。,三、动力电池系统检查和维护,9. 继电器测试,10.高低压接插件可靠性检查,为了防止继电器损坏，车辆无法正常上高压需要进行继电器测试。方法：用监控软件启动关闭总正、总负继电器。工具：万用表、笔记本、CAN 卡。,为了确保接插件正常使用需要进行高低压接插件可靠性检查。方法：检查是否松动、破损、腐蚀、密封等情况。工具：目测、万用表、绝缘表。,三、动力电池系统检查和维护,11. 其他电箱内零部件检查,12. 电池包安装点检查,为了保证辅助性的部件正常使用需要进行其他电箱内零部件检查。方法：检查是否松动、

15、破损、脱落等情况。工具：螺钉旋具、扭力扳手。,为了防止电池包脱落需要进行电池包安装点检查。方法：目测检查每个安装点焊接处是否有裂纹。,三、动力电池系统检查和维护,13. 电池包外观检查,14. 保温检查,为了确保电池包未受到外界因素影响需要进行电池包外观检查。方法：目测电池无变形、无裂痕、无腐蚀、无凹痕。,为了确保冬季电池包内部温度需要进行保温检查。方法：目测检查电池包内部边缘保温棉是否脱落、损坏。,三、动力电池系统检查和维护,15电池包高低压线缆安全检查,16. 电芯防爆膜、外观检查,为了确保电池包内部线缆是否破损、漏电需要进行高低压线缆安全检查。方法：目测电池包内部线缆是否破损、挤压。,为

16、了防止电芯损坏、漏电需要进行电芯防爆膜、外观检查。方法：目测可见电芯防爆膜、电芯外观绝缘是否破损。,三、动力电池系统检查和维护,17. CAN 电阻检查,18. 电池包内部干燥性检查,为了确保通信质量需要进行CAN 电阻检查。方法：下电情况：用万用表欧姆挡测量CAN1（3）高对CAN1（3）低电阻。工具：万用表。,为了确保电池箱内部无水渍需要进行电池包内部干燥性检查。方法：打开电池包，目测观察电池箱内部是否有积水，测量电池包绝缘。工具：绝缘表。,三、动力电池系统检查和维护,19. 电池加热系统测试,为了确保加热系统工作正常，避免冬季影响充电需要进行电池加热系统测试。方法：电池箱通12V，打开监

17、控软件，启动加热系统，目测风扇是否正常； 工具：12V 电源、笔记本、CAN 卡。,四、动力电池系统故障,1. 一级故障,动力电池系统故障包括有一级故障、二级故障、三级故障。,表明动力电池在此状态下功能已经丧失，请求其他控制器立即（1s内）停止充电或放电。如果其他控制器在指定时间内未做出响应，电池管理系统将在2s后主动停止充电或放电（即断开高压继电器）。其他控制器响应动力电池二级故障的延时时间建议少于60s，否则会引发动力电池上报一级故障。,四、动力电池系统故障,2. 二级故障,表明动力电池在此状态下功能已经丧失，请求其他控制器停止充电或者放电；其他控制器应在一定的延时时间内响应动力电池停止充

18、电或放电请求。,3. 三级故障,表明动力电池性能下降，电池管理系统降低最大允许充/放电电流。,四、动力电池系统故障,动力电池的故障在仪表上只显示动力电池故障、动力电池绝缘故障及动力电池系统断开三种故障信息，只能很粗略判断故障位置，并不能精确定位。,动力电池故障的仪表显示,五、电动汽车长期停放时电池系统的维护,1. 低压蓄电池维护,（1） 当车辆需停放较长时间(7 天以上) 时，需要断开低压蓄电池负极桩头。（2） 停放超过7 天以上的车辆，需每周进行一次车辆上高压(上高压四小时左右，直至READY 绿灯点亮)，通过车上动力电池给低压蓄电池充电。,五、电动汽车长期停放时电池系统的维护,2.动力电池

19、维护,1） 当车辆停放7 天以上时，应保证车辆的剩余电量大于50%。2） 车辆停放超过3个月应该做一次充放循环(将车辆行驶放电至剩余电量30% 以下，使用慢充将动力电池充电至100%元后，再将车辆行驶放电至50%-80% 后维续停放。3）当车辆停放时，动力电池也将发生一定的放电，当电量低于30%时，需要及时补充电，防止动力电池过度放电，对动力电池性能产生影响。,知识拓展,电池的荷电状态SOC,1. 影响电池的荷电状态SOC的因素,电池荷电状态SOC（State of charge）是指电池在接受充电后的电池内部电荷的变化状态，用于描述电池内电量的变化和所余存电量的百分比。,（1） 电池的活性物

20、质的性能,不同类型的动力电池是用不同的活性物质和不同的电解质制成，特点表现为：电池的结构形式不同、储存电能的电压和容量不同、充放电的机理不同、电池的循环次数和使用的寿命不同、单体电池之间的“不一致性”、电池的“老化”速度不同等，它们都对电池的荷电状态SOC有重要影响。,知识拓展,1. 影响电池的荷电状态SOC的因素,（2） 充放电和自放电特性,动力电池在充放电的过程中，电池能够充放电的能力是受到SOC所限制，以不同倍率充电时，充入的电量是与充电的电流成反比，充电的电流愈大，充入的电量愈小。同样以不同倍率放电时，放出的电量是与放电的电流成反比，放电的电流愈大，放出的电量愈小，SOC只能是控制在允

21、许的SOCmax与SOCmin之间。任何一次过充电或过放电，都可能对动力电池的活性物质造成一定的损害。另外动力电池的自放电不仅对电池的SOC变化有影响，而且是以“无功”放电形式造成电能的损耗，因此长期不使用电池的电能，会因自放电造成SOC的下降或电能的殆尽。,知识拓展,1. 影响电池的荷电状态SOC的因素,（3） 电池的温度,温度对动力电池的充放电容量有较大的影响，通常以25时的容量作为参考标准，随着温度变化，电池的荷电状态SOC也变化。电动汽车要对动力电池组的温度进行剑客和管理，控制动力电池组的周边温度保持在较低的温度范围内，同时要求多个单体电池的温度基本保持均衡。,知识拓展,2.动力电池SOC的计算方法、应用范围以及优缺点,知识拓展,2.动力电池SOC的计算方法、应用范围以及优缺点,