項目三 動力電池熱管理系統(tǒng)檢修

項目三動力電池熱管理系統(tǒng)檢修新能源汽車電池及管理系統(tǒng)檢修項目三動力電池熱管理系統(tǒng)檢修動力電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動力電池熱管理系統(tǒng)檢修任務(wù)一動力電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)項目三動力電池熱管理系統(tǒng)檢修一、動力電池熱管理的意義由于車輛裝載電池的空間有限，正常運行所需的電池數(shù)目較大，電池會以不同倍率放電，并以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量，再加上時間累積以及空間影響將聚集大量熱量，從而導致電池運行環(huán)境溫度情況復(fù)雜多變。電池包內(nèi)溫度上升嚴重影響電池組的電化學系統(tǒng)的運行、循環(huán)壽命、充電可接受性、電池包功率和能量、安全性和可靠性等。一、動力電池熱管理的意義1.充電影響鋰離子電池的溫度水平直接影響其使用中的能量與功率性能。溫度較低時，電池的可用容量將迅速發(fā)送衰減，在過低溫度下對電池進行充電，可能引發(fā)瞬間的電壓過充現(xiàn)象，造成內(nèi)部析鋰而引發(fā)短路。交流慢充電時，電芯的溫度范圍在0-55℃之間才可以充電。當有溫度高于55℃或低于0℃時，電池管理系統(tǒng)將自動切斷充電回路，此時將無法充電。充電前檢測箱體內(nèi)部溫度，若有低于0℃，啟動加熱模式，待所有電芯溫度高于5℃時，停止加熱。一、動力電池熱管理的意義2.安全性動力電池的熱相關(guān)問題直接影響電池的安全性。生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的缺陷或使用過程中的不當操作都可能造成電池局部過熱，并進而引起連鎖放熱反應(yīng)，最終造成冒煙、起火，甚至爆炸等嚴重的熱失控事件。3.使用壽命動力電池的工作或存放溫度影響其使用壽命。電池的適宜溫度在10-30℃之間，過高或者過低的溫度都將引起電池壽命的較快衰減。動力電池的大型化使得其表面積與體積之比相對減小，電池內(nèi)部熱量不易散出，更可能出現(xiàn)內(nèi)部溫度不均、局部溫升過高等問題，從而進一步加速電池衰減，縮短電池壽命。二、電池熱管理系統(tǒng)的功能動力電池熱管理系統(tǒng)是保證動力電池使用性能、安全性和壽命的關(guān)鍵技術(shù)之一。熱管理系統(tǒng)的主要功能包括：（1）電池溫度的準確監(jiān)測，在電池溫度較高時進行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；（2）在低溫環(huán)境下，對電池組進行加熱處理，確保低溫下的充電、放電性能和安全性；（3）減小電池組內(nèi)的溫度差異，保證電池溫度場的均勻分布，抑制局部熱區(qū)的行成，防止高溫位置處電池過快衰減，降低電池組整體壽命。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理（一）冷卻方式目前動力電池主要采用風冷和液冷兩種冷卻方式。1.風冷系統(tǒng)風冷動力電池冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1-1所示。冷卻空氣在動力電池模塊中的流動有串行、并行通風等幾種方式。（1）串行通風結(jié)構(gòu)如圖3-1-2所示為串行通風結(jié)構(gòu)，在該散熱模式下，冷空氣從左側(cè)吹入從右側(cè)吹出?？諝庠诹鲃舆^程中不斷地被加熱，所以右側(cè)的冷卻效果比左側(cè)要差，電池箱內(nèi)電池組溫度從左到右依次升高。目前該技術(shù)應(yīng)用在第一代豐田Prius等車型。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理（2）并行通風結(jié)構(gòu)并行通風結(jié)構(gòu)如圖3-1-3所示，并行通風方式可以使得空氣流量在電池模塊間更均勻地分布。需要對進排氣通道、電池布置位置進行很好的設(shè)計。其楔形的進排氣通道使得不同模塊間縫隙上下的壓力差基本保持一致，確保吹過不同電池模塊的空氣流量的一致性，從而保證了電池組溫度場分布的一致性。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理以豐田普銳斯的動力電池冷卻為例，其動力電池布置于汽車后備箱中，風冷系統(tǒng)如圖3-1-4所示。其工作原理是：散熱風扇將車廂內(nèi)部的空氣吸入，通過位于后窗臺裝飾板上的進氣管流入風道，向下流經(jīng)動力電池，為動力電池降溫，然后再流經(jīng)BMS電池管理器、總繼電器等電器元件，對其進行散熱后，空氣汽車后備箱內(nèi)的排風管輸送至排風口，排出車外。該車動力電池的風冷系統(tǒng)的進風口位置如圖3-1-5所示。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理2.液冷系統(tǒng)（1）普通水冷式冷卻系統(tǒng)通過冷卻液的強制循環(huán)把熱量帶走，冷卻效果相對于風冷式要好的多，而且通過冷卻液的循環(huán)可以使電池組的溫度更加均勻，但是循環(huán)的冷卻液對電池包的密封性提出更高的要求，如果采用水這類導電液體，需用水套將冷卻液和電池單體隔開。如圖3-1-6所示為普通水冷式冷卻系統(tǒng)示意圖。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理（2）空調(diào)循環(huán)冷卻式冷卻系統(tǒng)

空調(diào)循環(huán)冷卻式是在普通水冷式的基礎(chǔ)上，與空調(diào)系統(tǒng)連通的制冷劑循環(huán)回路，散熱效果可以調(diào)節(jié)，如圖3-1-7所示。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖3-1-8所示帝豪EV300汽車的電池包內(nèi)的冷卻循環(huán)路徑，該車配備的是空調(diào)循環(huán)冷卻式冷卻系統(tǒng)。當動力電池需要冷卻時，冷卻液在熱交換器內(nèi)被空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑冷卻后從進水口流入電池包，經(jīng)過每個電池模組，帶走動力電池模組的熱量，同時冷卻液溫度升高，高溫的冷卻液從出水口流出電池包，再次進入熱交換器，完成熱交換（降溫）后，再次進入電池包進水口，如此循環(huán)則可以實現(xiàn)動力電池的溫度控制。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.風冷與液冷的比較動力電池冷卻系統(tǒng)的風冷與液冷各有其特點，如表3-1-1所示。項目風冷液冷優(yōu)點1.結(jié)構(gòu)簡單，重量相對較輕。2.沒有發(fā)生漏液的可能。3.有害氣體產(chǎn)生時能有效通風。4.成本較低。5.空氣在電池組內(nèi)的分布復(fù)雜。1.傳熱更有效。2.電池組溫度均勻性好。3.可與車輛冷卻系統(tǒng)整合在一起。4.與電池壁面間的熱交換系數(shù)高，5.冷卻、加熱速度快。6.體積小。缺點1.與電池壁面間的熱交換系數(shù)低，冷卻、加熱速度慢。2.吸入的空氣必須小心塵和土。3.受環(huán)境溫度影響大。1.存在液漏可能。2.重量相對較大。維修和保養(yǎng)復(fù)雜。3.需要水套、熱交換器等部件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理（二）加熱方式1.液體循環(huán)加熱法目前主要的方式是采用液體與外界進行熱交換，把熱量送入電池組，可在模間布置管線或圍繞模塊布置夾套，或把模塊沉浸在液體中。圖3-1-9所示為帝豪EV300汽車動力電池的加熱循環(huán)。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理PTC（PositiveTemperatureCoefficient）的意思是可變電阻加熱元件。由于使用安全、熱轉(zhuǎn)換效率高、升溫迅速、無明火、自動恒溫等特點而被廣泛使用。PTC加熱器如圖3-1-10所示，主要由上端蓋、下端蓋、主控板、發(fā)熱模塊、載熱鋁體組成，在PTC加熱器上還裝有水溫傳感器。PTC加熱器利用動力電池的高壓直流電源使發(fā)熱模塊發(fā)熱，從而加熱在此循環(huán)的冷卻液，為動力電池加熱提供熱源。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理2.加熱片式加熱加熱片式加熱是指在動力電池適當位置添加電加熱片，電池包需要加熱時，電加熱片通電，加熱片的部分熱量通過熱傳導方式直接傳給電池。圖3-1-11所示為北汽EV160汽車的動力電池加熱片布局。動力電池采用加熱片式加熱，時間較長，加熱后動力電池組溫度分布不均勻，出現(xiàn)溫差較大，目前已經(jīng)較少動力電池采用這種加熱方式了。三、電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理以帝豪EV300汽車為例。在放電模式和智能充電模式下，當電池溫度高于38℃時，動力電池水冷循環(huán)開啟，低于32℃時，動力電池水冷循環(huán)關(guān)閉；在快充模式下，當電池溫度高于32℃時，動力電池水冷循環(huán)開啟，低于28℃時，水冷循環(huán)關(guān)閉。動力電池高溫時制冷控制如圖3-1-12所示。四、電池熱管理系統(tǒng)的控制同樣的，在放電模式和智能充電模式下，當電池溫度低于0℃時，動力電池加熱循環(huán)開啟，高于3℃時，加熱循環(huán)停止；在快充模式下，當電池溫度低于10℃時，動力電池加熱循環(huán)開啟，高于12℃時，加熱循環(huán)停止，動力電池低溫時加熱控制如圖3-1-13所示。四、電池熱管理系統(tǒng)的控制任務(wù)二動力電池熱管理系統(tǒng)檢修項目三動力電池熱管理系統(tǒng)檢修一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝（一）拆裝比亞迪E5汽車的電池包冷卻水泵1.進行整車下電操作，舉升車輛至合適位置；2.用鯉魚鉗拆下電池包冷卻水泵上的進水管和出水管卡箍，拔下水管，如圖3-2-1所示，水管內(nèi)有冷卻液體，提前預(yù)備好專用容器用于回收電池包冷卻液。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝3.拔下冷卻水泵低壓插接鏈接線束和冷卻水泵固定螺栓，取下冷卻水泵，所拆卸的動力電池包冷卻水泵如圖3-2-2所示。4.安裝電池冷卻水泵。安裝電池包冷卻水泵固定螺栓，如圖3-2-3所示。插上電池包冷卻水泵低壓插頭，連接電池包冷卻水泵上進水管和出水管，擰緊水管卡箍。如圖3-2-4所示。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝5.管路檢查，確保冷卻管路連接完整，加注冷卻液。如圖3-2-5所示。6.將車輛啟動，連接診斷儀，選擇車型（比亞迪E5）—診斷—動作測試—電池冷卻內(nèi)循環(huán)控制—打開電池冷卻內(nèi)循環(huán)控制，如圖3-2-6所示。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝7.擰開膨脹罐蓋，再次緩慢加注冷卻液，直至膨脹罐內(nèi)冷卻液量達到容積80%左右，且液位不再下降為止。如圖3-2-7所示。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝（二）拆裝比亞迪E5電池包三通水閥總成1.使用套筒扳手拆卸三通水閥的固定螺栓。如圖3-2-8所示。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝2.拔下三通水閥的低壓插接頭，取下三通水閥。如圖3-2-10所示。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝3.安裝電池包三通水閥總成。放置三通水閥，安裝三通水閥的低壓插接頭。4.使用鯉魚鉗把三通水閥水管卡扣拔到能鎖緊三通水管的位置，如圖3-2-11所示。5.使用套筒扳手安裝三通水閥的固定螺栓，如圖3-2-12所示，安裝完成。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝（三）拆裝吉利EV450汽車PTC總成1.關(guān)閉汽車啟動開關(guān)，打開前機艙蓋，斷開低壓蓄電池負極，等待3分鐘；2.斷開動力電池正負極母線（使用萬用表對動力電池正負極母線進行驗電檢測），使用絕緣測試儀檢測車輛是否處于絕緣狀態(tài)；對動力電池正負極母線插接件及線束端插接件用絕緣膠帶進行絕緣密封，防止動力電池正負極母線插接件及線束端插接件短路及進入異物；一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝3.打開冷卻液膨脹罐蓋子，如圖3-2-13所示；拆卸加熱器PTC總成和水泵連接的水管，排放冷卻液至回收容器內(nèi)，如圖3-2-14所示。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝4.斷開加熱器PTC總成高壓線束插接器，如圖3-2-15所示，斷開加熱器PTC總成低壓線束插接器，如圖3-2-16所示，拆除加熱器PTC總成搭鐵線。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆裝5.拆卸加熱器PTC總成進、出水管箍和脫開加熱器PTC總成進、出水管，如圖3-2-17所示。拆卸加熱器PTC總成固定螺母，取下加熱器PTC總成。如圖3-2-18所示。一、動力電池熱管理系統(tǒng)部件拆