《動力蓄電池及管理系統檢修》 課件 任務二 電池單體充放電

任務二電池單體充放電《動力蓄電池及管理系統檢修》比亞迪電池組裝車間小王去到比亞迪電池組裝車間進行參觀學習，好奇的問李師傅：“李師傅，這么小的電池要怎么進行測試呢？電池在充電、放電過程中的變化是怎樣的呢？”李師傅對小王的問題進行了解答，答案就在本任務的學習內容中。單體電池是如何進行充放電的？電池組裝工李師傅、參觀學習學生小王單體電池是如何進行充放電測試的？能按照充放電標準流程，正確使用蓄電池充放電設備，規(guī)范完成電池單體充電和放電作業(yè)。能按照充放電標準流程，正確使用蓄電池充放電設備，規(guī)范完成不同倍率的電池充放電測試。電池工作原理電池是一種能量轉換裝置放電時，電池將化學能轉變?yōu)殡娔?；充電時，電池將電能轉變?yōu)榛瘜W能并貯存起來電池單體充放電操作充放電工作原理放電工作原理：以鋰離子電池為例，當電池放電時，電池與外部負載相連，電子從負極通過外部負載流向正極，此時負極被氧化，正極接受電子而被還原，在電解質中依靠陰離子和陽離子分別向負極和正極的移動而使整個電路連通起來。電池單體充放電操作充放電工作原理充電工作原理：電池在充電時的電流流動方向與放電時相反，正極發(fā)生氧化，負極接受電子而被還原，在電解質中依靠陰離子和陽離子分別向正極和負極的移動而使整個電路連通起來。電池單體充放電操作充放電工作原理表1

電池正、負極在充放電過程中的不同反應電池單體充放電操作電池電極放電充電正極得電子，發(fā)生還原反應失電子，發(fā)生氧化反應負極失電子，發(fā)生氧化反應得電子，發(fā)生還原反應充放電工作原理電池單體充放電操作以新能源汽車中常見的鋰離子電池為例，正極為具有鋰離子的化合物，負極為碳物質，中間為聚合物隔膜，內部還有電解質。充放電工作原理電池單體充放電操作鋰離子電池充電時，正極上的鋰原子會分解成鋰離子和電子，電子通過外電路到達負極，鋰離子通過隔膜到達負極。在負極，鋰離子與電子相遇，使鋰離子變成鋰原子。充放電工作原理電池單體充放電操作鋰離子電池放電時，負極中的鋰原子會分解為鋰離子和電子，電子會沿著外電路到達正極，鋰離子會通過隔膜到達正極。鋰離子在陽極遇到電子后會形成鋰原子。充放電工作原理電池單體充放電操作表2鋰離子電池充放電特性鋰電池正極材料鈷酸鋰錳酸鋰三元材料磷酸鐵鋰充放電倍率中低中中低中高溫性能較好差中好庫倫效應＞95%＞95%＞95%＞95%電池單體充放電特性基本術語放電電流：放電電流是指電池放電時電流的大小。放電電流一般用放電率表示，放電率是指電池放電時的時率，常用“時率”和“倍率”兩種形式表示。時率也稱為小時率，是以放電時間（h）表示的放電速率，或者說以一定的放電電流放完額定容量所需的小時數，常用C/n來表示，其中C為額定容量，n為一定的放電電流。例如，電池的額定容量為60A·h，以10A電流放電，則時率為60A·h/10A=6h，稱電池以6h率放電。電池單體充放電操作電池單體充放電特性基本術語倍率是指電池在規(guī)定的時間內放出其額定容量時所輸出的電流值，它在數值上等于額定容量的倍數。例如，2倍率（記為2C）放電，表示放電電流的數值是額定容量數值的2倍。若電池的容量為20A·h，那么放電電流為2×20A=40A。如果換算成小時率，則是20A·h/40A=1/2h。一般情況下，放電倍率在1/3C以下為低倍率，1/3C～3C為中倍率，3C以上為高倍率。電池單體充放電操作電池單體充放電特性基本術語充電電流：充電電流是指電池充電時電流的大小，其表示方式與放電電流相同。電池單體充放電操作電池單體充放電特性基本術語放電終止電壓：電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓，也稱為放電截止電壓。電池單體充放電操作電池單體充放電特性基本術語充電終止電壓：按規(guī)定的充電制度，電池由恒流充電轉入恒壓充電時的最大電壓值，也稱為充電限制電壓。電池單體充放電操作電池單體充放電特性基本術語電池容量：電池容量是指在一定放電條件下可以從電池獲得的電量，用符號C表示，單位為安時（A·h）或毫安時（mA·h）。電池單體充放電操作電池單體充放電特性基本術語電池內阻：電流通過電池內部時受到阻力，使電池的工作電壓降低，該阻力稱為電池內阻。電池單體充放電操作放電深度：放電深度（DOD）指蓄電池放電容量占額定容量的百分比。充放電方式電池單體充放電操作電池的充電方式有恒流充電和恒壓充電。目前，電動汽車用動力蓄電池多采用先恒流后恒壓的兩段式充電方式。首先以設定好的充電電流進行恒流充電至充電終止電壓，之后轉為恒壓充電，充電電流逐漸減小，當減小至0.05C時結束充電。充放電方式電池單體充放電操作電池的放電方式有恒流放電和恒阻放電。目前，電動汽車用動力蓄電池多采用恒流的放電方式，即以設定好的放電電流放電至放電終止電壓后放電停止。充放電特性的影響因素電池單體充放電操作充電特性的影響因素：影響充電特性的主要因素有充電電流、放電深度和充電溫度等。充電電流增大，充電時間減少，內阻能耗增大；放電深度增加，充電所需時間增加，恒流充電時間所占總充電時間比例增加，恒流充電容量占所需充入容量的比重增加；隨著環(huán)境溫度的降低，電池的可充入容量明顯降低，而充電時間明顯增加。充放電特性的影響因素電池單體充放電操作放電特性的影響因素：影響充電特性的主要因素有放電電流、放電終止電壓和放電溫度等。高倍率放電時，電極的極化增強，內阻增大，放電電壓下降較快，導致實際放出的容量較低；相應地，低倍率放電時，電極的極化較小，放電電壓下降緩慢，因此電池實際放出的容量較高，有時會高于額定容量。電池正常工作溫度范圍內（-20℃～60℃），電池溫度越高，端電壓越高，電池的可用容量越多。但是長期在高溫下工作會造成電池的容量迅速下降，從而影響電池的使用壽命。報數法任意指派一名學生開始從1-5依次報數報相同數目的同學為一組電池單體充電操作電池單體充電操作資料員負責查閱維修手冊和蓄電池充放電設備使用說明書。安全員檢查連接線纜是否正確。記錄員完成記錄充放電過程。完成單體電池充放電操作電池單體充電操作電池單體充電操作匯報時闡述操作步驟報告小組分工情況報告小組工作目標有動力蓄電池PACK教學實訓平臺的場地絕緣手套、護目鏡、安全帽、耐磨手套維修手冊、蓄電池充放電設備及使用說明書、萬用表、紙筆、直尺教學實訓平臺說明書電池單體充電操作注意佩戴安全防護裝備后再觸碰高壓。小心短路。檢查線纜連接無誤后再充放電。線路連接要牢固，不能出現虛接。連接完成后安全員檢查連接是否正確。全程監(jiān)督充放電過程。電池單體充電操作術語及定義電動汽車蓄電池容量：表征電池容量特性的專用術語有三個：理論容量、額定容量、實際容量。電池單體充放電測試理論容量：指根據參加電化學反應的活性物質電化學當量數計算得到的電量。12額定容量：指設計和制造電池時，規(guī)定或保證電池在一定的放電條件（如溫度、放電終止電壓、放電倍率等）下應該放出的最低限度的容量。3實際容量：指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。在電池實際工作中，在SOC=1時所能放出的全部電量。術語及定義電池的實際容量通常比額定容量大10%～20%。電池單體充放電測試電池容量的大小，與正、負極上活性物質的數量和活性有關，也與電池的結構和制造工藝與電池的放電條件（電流、溫度）有關。術語及定義影響電池容量因素的綜合指標是活性物質的利用率。換言之，活性物質利用得越充分，電池給出的容量也就越高。

電池單體充放電測試活性物質的利用率可以定義為：利用率=（電池實際容量/電池理論容量）×100%或利用率=（活性物質理論用量/活性物質實際用量）×100%。術語及定義蓄電池的實際容量指電池的實際容量主要受環(huán)境溫度、充放電倍率、使用壽命等因素的影響。電池單體充放電測試①溫度對電池容量的影響

隨著溫度的升高，電池的活性物質活性增強、電子擴散速率增加、電導率增加，電化學反應加快，電池所能放出的能量增加。術語及定義蓄電池的實際容量指電池的實際容量主要受環(huán)境溫度、充放電倍率、使用壽命等因素的影響。電池單體充放電測試②循環(huán)壽命對電池容量的影響

隨著電池循環(huán)次數的增加，活性鋰離子減少、負極上鈍化膜的形成等電池內部變化都將導致電池的容量減小。術語及定義蓄電池的實際容量指電池的實際容量主要受環(huán)境溫度、充放電倍率、使用壽命等因素的影響。電池單體充放電測試③放電倍率對電池容量的影響

放電倍率的單位為C，1C指電池在1h內進行恒流放電，放完所有電量所需要的電流大小。電池壽命（1）循環(huán)壽命蓄電池經歷一次充電和放電，稱為一個循環(huán)或一個周期。在一定的放電制度下，電池容量降低至某一規(guī)定值之前，電池所能耐受的循環(huán)次數，稱為蓄電池的循環(huán)壽命或使用周期。循環(huán)壽命受放電深度（DOD）、溫度、充放電電流的影響比較明顯，因此一般表示蓄電池循環(huán)壽命的同時還要指出循環(huán)條件，如循環(huán)壽命1000次（在100%DOD常溫、1C條件下）。蓄電池在出廠時，應注明其循環(huán)壽命及循環(huán)條件。電池單體充放電測試正常情況下電池組的壽命僅有單體電池壽命50%～80%循環(huán)壽命電池壽命電池的循環(huán)，表示的就是鋰離子全部跑到電池一極，然后又全部跑到另一極，才算一次循環(huán)。簡單說，一個循環(huán)就是電池滿充滿放一次。三元鋰電芯的理論壽命為800-1200次循環(huán)，磷酸鐵鋰約為2000-2500次循環(huán)，到達70%的容量。電池單體充放電測試并不是說電池要滿充滿放，淺充淺放才會使得鋰電池更耐用。）循環(huán)壽命電池壽命（2）貯存壽命貯存壽命的指電池自放電的大小通過容量下降到某一規(guī)定容量所經過的時間，也稱為擱置壽命。電池單體充放電測試自放電越小，貯存壽命越長。貯存壽命電池壽命（2）減少電池容量衰減的方法：

①保證電池在正常的溫度下工作(一般在0到40℃)，可以較少產生副反應；

②少用快充，快充時電壓大，容易導致電池過充，使鋰離子沉積在隔膜或電極表面，且快充時溫度相對較高，容易對三元鋰電池造成不可逆影響；

③避免急加速等動作，電池講究一個穩(wěn)，突然的電流變化很容易導致內部發(fā)生副反應，導致電池受損；

④淺充淺放，對于鋰電池來說，完全充放電反而會導致電池壽命下降，尤其三元鋰電池，適合剩余20%左右電量時充電，不可過度使用。電池單體充放電測試保證電池在正常的溫度下工作少用快充避免急加速等動作淺充淺放不同倍率充電測試方法電池單體充放電測試選定待測單體電池在動力蓄電池檢測教學平臺選定某一電池單體，記錄編號。調節(jié)萬用表將萬用表調整至合適檔位，連接在被測電池兩端，確保可以實時檢測電池電壓。設置參數在動力蓄電池檢測教學平臺設置充電電流、初始SOC、充電終止電壓等參數，并記錄。充電過程以0.5C的電流充電至充電終止電壓，靜置2min，對整個充電過程中萬用表的顯示界面進行錄像。充電結束根據錄像結果繪制充電過程中的電壓-時間曲線。重復步驟3～6分別測繪1C、5C、10C的充電曲線。不同倍率放電測試方法電池單體充放電測試選定待測單體電池在動力蓄電池檢測教學平臺選定某一電池單體，記錄編號。調節(jié)萬用表將萬用表調整至合適檔位，連接在被測電池兩端，確?？梢詫崟r檢測電池電壓。設置參數在動力蓄電池檢測教學平臺設置放電電流、初始SOC、放電終止電壓等參數，并記錄。放電過程以0.5C的電流放電至放電終止電壓，靜置2min，對放電過程中萬用表的顯示界面進行錄整個像。放電結束根據錄像結果繪制放電過程中的電壓-時間曲線。重復步驟3～6分別測繪1C、5C、10C的放電曲線。電池單體充放電測試資料員查閱教學平臺說明書，讀取動力蓄電池系統的基本信息，并告知組員。記錄員要正確繪制充放電曲線。完成電池單體充放電測試，繪制充放電曲線圖電池單體充放電測試電池單體充放電測試報告充放電的參數設置計劃。報告小組分工情況。報告任務目標動力蓄電池檢測教學平臺絕緣手套、護目鏡、安全帽、耐磨手套高壓安全防護用品、彩色鉛筆、直尺教學平臺說明書電池單體充放電測試注意觸碰高壓時佩戴安全防護裝備。小心工具落地。注意作