新能源汽车动力电池及电源管理.ppt

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1、新能源汽车动力电池及管理系统,新能源汽车技术培训,镍氢动力电池,锂离子动力电池,议题,碱性动力电池-镍氢电池,镍氢电池的姐姐-镍镉电池,正极：球形氢氧化镍，充电时为NiOOH,放电时为Ni(OH)2负极：海绵状金属镉或氧化镉粉以及氧化铁粉，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，增加极板的容量电解液：氢氧化纳或氢氧化钾溶液,方形镍镉电池结构示意图,圆柱形镍镉电池结构示意图,镍氢电池-更环保的碱性动力电池,优点：环境友好不存在重金属污染历史：1988年开始实用化，1990年在日本开始规模生产负极：储氢合金；正极：氢氧化镍电解液：KOH水溶液，并加入少量的LiOH应用：一般用于混合动力汽车，能满

2、足混合动力电动汽车高能量、高功率、长寿命和足够宽的工作温度范围要求,普锐斯混合动力汽车动力电池,镍氢动力电池在电动汽车上的应用,由于镍氢电池满足混合动力电动汽车高功率密度的要求，该类电池目前在混合动力电动汽车尤其是在日系车型中应用广泛，如丰田凯美瑞混合动力车、普锐斯、雷克萨斯CT200.本田思域CIVIC等。福特公司推出的Escape混合动力汽车也采用了额定电压在300V左右的镍氢电池组。,丰田PRIUS动力电池由28个镍氢电池模块组成（2个模块1组，共15根电压监测线缆）。总电压是201.6V，容量6.5Ah。丰田凯美瑞混合动力车也采用了镍氢电池组。,镍氢电池工作原理,镍氢电池正极的活性物质

3、为NiOOH(放电时)和Ni(OH)2(充电时)，负极板的活性物质为H2(放电时)和H2O(充电时)，电解液采用30%的氢氧化钾溶液电化学反应如下：负极反应式 正极反应式 电池反应式,镍氢电池的失效,储氢合金既承担着储氢的作用，又起到催化剂作用，在电池出现过充和过放电时，可以消除由正极产生的O2和H2。从而使电池具有耐过充、过放电的能力。但随着充、放电循环的进行，储氢合金的催化能力逐渐退化，电池的内压就会上升，最终导致电池漏液失效。,电池模组,每个电池模块6个单体,单体电池,丰田混合动力汽车镍氢动力电池系统,温度传感器,电池智能控制单元,电池模组,接线盒总成,28个模块，每块7.2V，总压20

4、1.6V,丰田混合动力汽车镍氢动力电池系统,冷却风机,电池系统保护壳体,丰田混合动力汽车镍氢动力电池系统,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,严格按照维修手册要求进行维护和维修操作。拆检动力电池系统时必须佩带绝缘手套。所使用的工具必须具有绝缘功能，如绝缘扳手、绝缘旋具等。维护和拆检前必定要熟悉电路图,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,必须要熟悉混合动力蓄电池系统ECU各端子的功能,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,根据端子配线颜色、端子描述、测试条件和标准值对端子进行测试,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,在拆检前先检查DTC，并根据故障诊断代码表确认

5、故障信息，初步判定故障部位,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,凯美瑞混合动力汽车蓄电池系统,蓄电池组中某个单体出现故障时一般不对蓄电池单体进行拆检，而是对整组电池更换，并将更换下来的蓄电池置于通风、干燥、安全的位置存放。,丰田混合动力汽车蓄电池系统检测与维护,维护准备每种电动汽车、动力电源系统均有其自身特点，系统的结构设计、安装位置等不同车辆有很大差别。在车辆检修和电源系统维护的过程中，需要做好以下准备工作：专用工具的准备配置和准备专用的检测仪器（如丰田普锐斯配置有智能测试仪）、常用仪表（如电压表、欧姆表、绝缘测试仪等）、专用工具（带绝缘措施的起子、扳手等）、常用物料（如绝缘胶带、扎带等）、其他（

6、如充电机等）。个人防护准备电动汽车使用高压电路，在检修前必须做好个人防护措施：佩带绝缘手套，穿防护鞋、工作服等；手腕、身上不能佩带金属物件（如金属手链、戒指、手表、项链等）,检修注意事项,电动汽车使用高压电路，不正确的操作可能导致电击或漏电。所以，在检修过程中（如安装拆卸零件、检查、更换零件等），必须注意一下事项。检修前必须熟悉车辆说明书和电源系统说明书。对高压系统操作时断开电源。断开前需注意先检查读取故障码，避免系统故障代码被清除。断开电源后放置5分钟。需要对车辆系统内的高压电容器进行放电。佩带绝缘手套，并确保绝缘手套没有破损，不要戴湿手套。高压电路的线束和连接器通常为橙色，高压零部件通常贴

7、有“高压”警示，操作这些线束和部件时需要特别注意。对高压系统进行操作时，在旁边放置“高压工作，请勿靠近”的警告牌。不要携带任何类似卡尺或测量卷尺等的金属物体，避免掉落导致短路拆下任何高压配线后，立刻用绝缘胶带将其绝缘。一定要按照规定扭矩将高压螺钉端子拧紧。扭矩不足或过量都会导致故障完成对高压系统的操作后，应再次确认在工作平台周围没有遗留任何零件或工具以及确认高压端子已拧紧和连接器已连接。,车辆使用注意事项,每天出车前先检查电量是否正常（纯电动汽车是否充足电），仪表显示是否正常，刹车性能是否良好，螺钉是否松动等，有故障应及时修理排除，检查完成确定没有故障时才能出车。经常在凹凸不平的道路上行驶或经

8、常负载运输，应每天检查车身受力部位和重要焊接点，发现异常情况，应及时进行修理。每次停车都必须关闭电源开关，拔下钥匙，将档位开关扳至空挡位置，并将手刹拉起。儿童在车内玩耍时要拔掉钥匙开关，以免造成危险。充电应在儿童无法接触到的地方进行因事故或其他原因造成起火时应立即关闭总电源开关,电源系统的常规维护,常规维护时对影响电源使用过程中的安全隐患进行检查和排除，避免发生危险性事故，通过制定常规的预防性维护计划，可以更好地了解所使用电池的健康状况和终止寿命，确定电池的更换或重点维护计划。常规维护一般每月进行一次。,电源系统的常规维护程序,动力电源系统在使用1-2个月后，维护人员需要对动力电源系统的外观和

9、绝缘进行保养和维护动力电源系统在使用三个月后，有条件的话对动力电源进行一次充放电维护。维护人员在进行操作时必须戴好绝缘手套等防护用品，使用前必须熟悉动力电源产品的结构、工作原理和使用说明书在进行充放维护时，将动力电源系统按正常工作要求连接到位，接通管理系统的电源，监测电池的装调，根据监测的数据判断电池所处的环境温度、电池温度及电池电压等状态是否正常进行充放维护前，操作者应先检查电源系统各部分的情况，在确保各部分正常的情况下才能进行充放维护。维护均应在温度1530，相对湿度45%75%，大气压86106kPa的环境中进行,电源系统的常规维护程序,在进行充放维护过程中，检查管理系统的功能是否运转正

10、常在充放维护过程中，检查风扇是否在规定的温度下开启和关闭，是否运转正常产品在充放维护结束后，检测对蓄电池包的绝缘电阻，测得的绝缘电阻应满足指标的要求。用电压表分别测试蓄电池包的正极端子、负极端子与蓄电池包的最大电压，同时测得的电压值应不超过上限要求维护后如果动力电源系统的功能都正常，然后再进行使用，如果有异常情况和故障出现，应立即排除，无法排除的故障应及时与厂家联系。,维护内容,检查动力电源系统的状态检查管理系统的功能是否正常、对电池进行充放维护外观维护：对电源系统的外观进行检查，如果有问题应及时排除，如果无法排除，请及时与厂家联系。检查电池包箱体是否完好，有无损坏或腐蚀检查各紧固件螺栓、螺母

11、是否松动检查电池包之间的连接线是否松动检查插头是否完好，各种线束有无擦伤、有无金属部分外漏检查电池包的冷却通道是否异常。,维护内容,绝缘断开电池组与整车的高压连接，用数字电压表测量各个电池包的总正、总负端子对车体的电压，是否小于上限值。如发现电压偏高，应测量电池包箱体与车体是否绝缘，如有问题，应由专业人员进行维修。通常可以根据总正和总负对于车体的电压大致确定多个电池包组成的电源系统中哪一个对车体绝缘出现问题；通过测量电池包总正、总负对电池包外壳的电压大致确定电池包内绝缘故障的电池模块例如：由60只镍氢电池组成的电池包，电池包正常电压为75V，若总正对电池包壳体的电压为28V，则大致可判断是从总

12、正数第2223只电池之间出现了漏电，拆包进行检查，检查漏电点并消除。若同一电池包出现多个漏电点，则电池包内部可能出现部分电池放电严重，可以按照上面的方法逐个进行消除。如果绝缘性能检测正常，再进行充放维护。,电池及管理系统检测,接通电池管理系统，采集并记录开路状态下电池组的总电压、各个模块的电压及各个电池模块的温度按照厂家推荐的充放电制度对系统进行充放电测试在充放电过程中检查电池管理系统显示是否正常；否则进行故障排除接通辅助电源，运行车辆直至冷却系统工作，观察冷却通道是否通畅检查管理系统与各部分连接是否松动冷却系统 检查进出风通道是否畅通，风机是否能正常工作。清除防尘网上的灰尘及杂物，或更换防尘

13、网,注意事项,动力电源系统在使用时，必须正确识别正负极，不得接反，不得短路；动力电源系统充电按照指定的充电条件进行建议在0-30度环境温度下进行充电动力电源系统在使用时，应严格控制放电终止电压不低于放电最低电压，否则会引起电池性能和循环寿命下降等动力电源系统的连接均应牢固可靠，动力电源系统应避免在倒置的状态下工作避免对动力电源系统长时间过度充电环境温度过高或过低均会对动力电源系统的充电效率、放电容量、电压的稳定及使用寿命等有不良影响动力电源系统在使用中发生异常情况，应立即断开电源，并及时与厂家联系进行维修严禁用金属或导线同时接触动力电源系统的正负极，以免造成短路。充足电的动力电源系统要防止短路

14、，否则会严重损坏电池，甚至产生危险。在运输和使用时，不要损坏或拆卸电池组，以免电池组短路动力电源系统应贮存在干燥通风、温度不高于35度的环境中，请勿接近火源，并避免酸性或其他腐蚀性气体接触。,电源系统重点维护,重点维护时对电源系统进行较详细的测试及检查，目的是保证电源系统满足继续使用的要求，消除系统存在的安全隐患，延长电源系统的使用寿命。重点维护一般68个月进行一次。重点维护前先按照常规维护进行检查1、拆卸将电池包从车上拆卸下来。若电池包在车上安装位置合适，利于开包检查和维护，可不进行拆卸2、开包观察电池包外观，看是否有燃烧、漏液、撞击等痕迹拧下电池包上盖固定螺钉，将电池包上盖取下，打开电池包

15、注意避免上盖与电池接触，勿损伤电池包,电池拆卸专用举升平台-适用于底盘安装电池,电源系统重点维护,3、电池包内部状况检查及处理绝缘检测 用数字电压表测量各个电池包的总正、总负端子对车体的电压，是否小于规定值。如发现电压偏高，查找漏电点，更换绝缘部件或采取补救措施，消除安全隐患检查电池包底盘和支架是否有电解液、积水等异常情况，如果存在这些异常，需更换电池，同时清理电池包安装部位，确保电池包与底盘的绝缘观察电池外观的整洁程度，是否有液体、腐蚀等现象。同时使用毛刷、干抹布清洁电池表面及零部件检查电池之间的连接是否有松动、锈蚀等现象，清理或更换检查系统输出端子的连接、电池管理系统各接插件是否牢靠，如发

16、现松动即刻紧固清理防尘网上的灰尘或杂物；对于采用外进风的冷却系统，电源系统较长时间应用，电池包内可能积存大量灰尘；必须进行清理，清理后再次进行绝缘检测检查各电池外观，是否有损坏、漏液、严重变形等现象，对这些电池进行标记，并进行更换检查每只电池电压，对电压异常电池进行维护或更换数据采集系统的检查：检查各连线是否连接牢固，检查各焊点是否有松动、脱焊现象，否则进行补焊。,贮存维护,贮存维护是对长期贮存（时间超过3各月）的电源系统进行测试及检查。目的是避免电池因长期不使用引起的性能衰减，同时消除电池组存在的安全隐患1、环境要求环境温度范围：1530度环境相对湿度范围：最大80%2、维护方法有条件的话对

17、电源系统进行一次全充全放，以使电池性能得到活化。在没有放电设备条件下，通常进行充电维护，按照常规充电方法或厂家推荐的充电方法将电源系统充满电，对于经历长期贮存的电源系统/电池，首次充电必须采用较小电流进行。,锂离子动力电池,锂离子动力电池的类型,根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(Lithium Ion Battery，LIB)和聚合物锂离子电池(Polymer Lithium Ion Battery，LIP)两大类。按照结构形状分为方形、圆柱形等。,锂离子动力电池的工作原理,原理：锂离子浓差电池，Li+在正负电极间的往返嵌入和脱嵌形成电池的充电和放电过程正极：

18、锂化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4负极：锂碳层间化合物LiC6电解质：LiPF6和LiAsF6等有机溶液。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌人负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保持负极的电平衡。放电时则相反,锂离子动力电池的工作原理,钴酸锂离子电池工作原理,锂离子电池正极材料,具有能使锂离子较为容易地嵌入和脱出，并能同时保持结构稳定，依其空间结构的不同主要可分为以下三种类型。1.层状化合物LiCoO2 LiNiO22.尖晶石型结构LiMn2O43.橄榄石型结构LiFePO4,尖晶石型结构,层状结构,橄榄石型结构,锂离子电池负极材料,

19、锂离子电池的优点,1)工作电压高。钴酸锂3.6V，锰酸锂3.7V，磷酸铁锂3.2V。2)比能量高。理论比能量可达200Whkg以上，实际应用中也可达140Wh/kg。3)循环寿命长。深度放电循环次数可达1000次以上；低放电深度循环次数可达上万次。4)自放电小。月自放电率仅为总容量5 95)无记忆效应。6)环保性高。不包含汞、铅、镉等有害元素，是真正意义上的绿色电池。,锂离子动力电池的应用,纯电动汽车：日产LEAF、三菱i-MIEV、比亚迪E5和E6等增程式电动汽车：广汽传祺PHEV、通用VOLT等插电式混合动力：新款插电式普锐斯,日产Leaf纯电动汽车,共48组锂离子动力电池，功率90千瓦，

20、容量 24 千瓦时,三菱i-MiEV纯电动汽车,锂离子动力电池电池电压330V,雪佛兰Volt增程式电动汽车,T型锂离子电池组纯电续驶里程40英里,比亚迪E6,动力电池管理系统,动力电池管理系统的组成及作用,组成：数据采集模块、主控模块、从控模块、通讯模块、均衡模块、人机接口模块、故障诊断模块等组成。,动力电池管理系统的组成及作用,原理：数据采集电路采集电池状态信息数据后由电子控制单元进行数据处理和分析电池管理系统根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，并向外界传递参数信息。,功能上包括：数据采集、电池状态计算能量管理、安全管理、热管理、均衡管理通信功能人机接口,采集模块,主控模块,触

21、控显示屏,电流传感器,温度采集方法：热敏电阻、热电偶、集成温度传感器,电流采集方法：分流器、霍尔效应式电流传感器,电流的采集方法,分流式：成本低，频响好，必须接入电流回路，使用麻烦互感器：仅用于交流测量霍尔元件电流传感器：性能好，使用方便光纤传感器：价格昂贵,动力电池充电接口,动力电池均衡控制与管理,对性能不 一致的动力电池单体进行均衡，以提高寿命和续驶里程。分主动均衡和被动均衡,动力电池的电量管理,SOC 荷电状态估算的方法开路电压法容量积分法内阻法模糊逻辑推理与神经网络法卡尔曼滤波法,SOC指示,动力电池的热管理,按冷却介质分类：空冷、液冷和相变材料冷却按散热风道结构空冷系统又可分为：串行通风方式、并行运风方式,串行通风,并行通风,电池管理系统主要部件,电流传感器、温度采集、电压采集、放电直流接触器、充电直流接触器、直流充电接口、熔断器等,A,B,C,D,比亚迪E6电池结构,电流传感器,放电直流接触器,充电直流接触器,比亚迪E6电池结构,主直流接触器,继电器,比亚迪E6电池结构,维修开关,直流充电口,BMS主控单元,比亚迪E6电池结构,高压配电控制箱,电池总正,电池总负,放电负,比亚迪E6电池结构,放电熔断器,充电熔断器,比亚迪E5电池结构,放电正,充电正,充电负,从控模块,从控模块,从控模块,从控模块,从控模块,北汽EV160电池系统,