學(xué)習(xí)情境3-動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修

新能源汽車故障診斷與檢測(cè)技術(shù)任務(wù)1拆裝動(dòng)力電池任務(wù)2更換動(dòng)力電池內(nèi)部組件任務(wù)3檢修動(dòng)力電池故障學(xué)習(xí)情景3

動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修學(xué)習(xí)情景3

動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修任務(wù)1拆裝動(dòng)力電池學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解動(dòng)力電池的作用、類型與特點(diǎn)；2.掌握鋰離子電池是如何工作的；3.掌握磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的結(jié)構(gòu)組成；4.掌握拆裝動(dòng)力電池和更換內(nèi)部組件的操作方法和注意事項(xiàng)；5.拓展學(xué)習(xí)TESLA的拆解學(xué)習(xí)領(lǐng)域2電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修任務(wù)1拆裝動(dòng)力電池任務(wù)1客戶委托:拆裝動(dòng)力電池【情境描述】4S店技術(shù)主管在經(jīng)過(guò)各項(xiàng)檢測(cè)之后，判斷張先生的EV200汽車是動(dòng)力電池故障，確定需要對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行解體，此時(shí)需要你作為維修人員協(xié)助技術(shù)主管按照規(guī)范程序，從車上拆卸動(dòng)力電池，技術(shù)主管完成維修后，需要你對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行安裝，并確認(rèn)其工作狀態(tài)正常。電能都取決于純電動(dòng)汽車的——?jiǎng)恿﹄姵叵到y(tǒng)一、動(dòng)力電池系統(tǒng)的作用提示：車輛行駛過(guò)程中，隨著電量的消耗，SOC表上指針指示的數(shù)值會(huì)逐漸減小。當(dāng)SOC減小到

30%以下時(shí)，SOC表上的電量不足指示燈會(huì)點(diǎn)亮，提示用戶盡快對(duì)車輛進(jìn)行充電二、動(dòng)力電池系統(tǒng)的類型及優(yōu)缺點(diǎn)二、動(dòng)力電池系統(tǒng)的類型及優(yōu)缺點(diǎn)目前常用的五種動(dòng)力電池/newspage/data/landingsuper?context=%7B%22nid%22%3A%22news_10946539814087951746%22%7D&n_type=0&p_from=1先了解幾個(gè)重要的概念比能量和比功率比能量（能量密度）是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位Wh/kg比能量高的動(dòng)力電池就像龜兔賽跑里的烏龜，耐力好，可以長(zhǎng)時(shí)間工作，續(xù)駛里程長(zhǎng)；比功率（功率密度）是描述電池在瞬間能放出能量的能力，單位W/kg比功率高的動(dòng)力電池就像百米賽跑里的博爾特，速度快，可以提供很高的瞬間電流，以保證汽車的加速性能。動(dòng)力電池系統(tǒng)的類型及優(yōu)缺點(diǎn)動(dòng)力電池系統(tǒng)的類型及優(yōu)缺點(diǎn)TeslaRoadster使用18650型鈷酸鋰電池鋰離子電池的基本電性能參數(shù)1.開路電壓：是指電池沒(méi)有負(fù)荷時(shí)正、負(fù)極兩端之間的電壓。一般情況下，Li-ion電池充滿電后開路電壓為4.15—4.2V左右。通過(guò)對(duì)電池開路電壓的檢測(cè)，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。

工作電壓又稱閉路電壓，是指電池有負(fù)荷時(shí)正、負(fù)極兩端的電壓。因電池在放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過(guò)電池內(nèi)部時(shí)，需克服電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所造成的阻力，故工作電壓總是低于開路電壓。2.電池容量：它表示在一定條件下（放電率、溫度、終止電壓等），電池能放出的電量，即電池的容量，常用mAh表示。3.放電終止電壓：電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為放電終止電壓。如正極為鈷酸鋰，錳酸鋰和三元材料或其混合物時(shí)，放電終止電壓為3.0V，正極為磷酸鐵鋰時(shí)，放電終止電壓為2.0V。4.

充電終止電壓：電壓上升到不宜再繼續(xù)充電的最高工作電壓稱為充電終止電壓。如正極為鈷酸鋰，錳酸鋰和三元材料或其混合物時(shí)，充電終止電壓為4.2V，正極為磷酸鐵鋰時(shí)，充電終止電壓為3.65V。5.充放電倍率（Charge-Rate/Discharge-Rate）

C：用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流大小的比率，即倍率。

如1500mAh的電池，0.2C表示用300mA的電流充放電（1500mAh的0.2倍率），1C表示用1500mA的電流充放電（1500mAh的1倍率）。6.內(nèi)阻：電池正、負(fù)極兩端之間的電阻叫內(nèi)阻。由歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池的內(nèi)阻越小，電池的性能越好。電池內(nèi)阻值大，會(huì)導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響，是衡量電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。注：一般以半電態(tài)內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量電池的內(nèi)阻需用專用內(nèi)阻測(cè)試儀。7.自放電率：又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，電池所儲(chǔ)存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池的制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件等因素的影響，是衡量電池性能的重要參數(shù)。注：在GB規(guī)定Li-ion滿電后在20±2℃條件下開路擱置28天，可允許電池有15%的容量損失。8.循環(huán)壽命：電池在一定的條件下進(jìn)行全充全放電循環(huán)，初始容量記100%，當(dāng)連續(xù)三次的放電容量降到初始容量的80%時(shí)，所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)為電池的循環(huán)壽命。

3.7V系列的鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)在500次以上。

3.2V系列的鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)在1000次以上。循環(huán)壽命：電池容量降低（衰減）到某一規(guī)定值之前，電池能經(jīng)受多少次充電與放電，（充電一次放電一次稱為一個(gè)周期或一次循環(huán)）?！俺浞烹娧h(huán)”，不等于“充電次數(shù)”，循環(huán)指的是，電池從滿電到用光，這是一個(gè)循環(huán)，如果你的電池從滿電狀態(tài)，用了十分之一的電量，然后又充滿了，這是十分之一個(gè)循環(huán)，這樣充10次，才基本算一個(gè)循環(huán)。同樣，從滿電，用了一半然后充滿，再用到一半再充滿，這也是一個(gè)循環(huán)，這時(shí)你是充了兩次電。所以，循環(huán)僅僅是取決于“從電池累計(jì)放出多少電”，而跟“充電次數(shù)”沒(méi)有直接關(guān)系。常見電池分類一次電池（不可充電電池）金屬鋰電池：鋰錳電池、鋰亞電池、鋰鐵電池干電池：鋅錳干電池、堿性鋅錳電池二次電池（可充電電池）可充電電池：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋅空氣電池、液態(tài)鋰離子電池、聚合物鋰離子電池其它電池（只能發(fā)電，不能儲(chǔ)電）燃料電池：氫氧燃料電池、直接甲醇燃料電池太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池、光敏化學(xué)太陽(yáng)能電池鋰電池技術(shù)背景定義：鋰電池的全稱應(yīng)該叫鋰離子電池（簡(jiǎn)稱LIB），在20世紀(jì)90年代初索尼公司將鋰電池產(chǎn)業(yè)化。它以碳為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極；在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池名稱的由來(lái)。2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

鋰離子電池由正極、負(fù)極、電解液和隔膜等組成。正極：由含鋰的過(guò)渡金屬氧化物組成，常用的材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰。負(fù)極：石墨、石墨化碳材料、改性石墨、石墨化中間相碳微粒電解液：一種有機(jī)電解液，大部分是由六氟磷酸鋰（LiPF6）加上有機(jī)溶劑配成。（六氟磷酸鋰由五氯化磷和溶解在無(wú)水氟化氫中的氟化鋰反應(yīng)結(jié)晶而成）

隔膜：一種特殊的復(fù)合膜，它的功能是隔離正負(fù)極，阻止電子穿過(guò)，同時(shí)能夠允許鋰離子通過(guò)，從而完成在電化學(xué)充放電過(guò)程中鋰離子在正負(fù)極之間的快速傳輸。目前主要是聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）微孔膜。鋰離子電池的分類鋰電池與其他二次電池的對(duì)比項(xiàng)目鎳鎘電池鎳氫電池鉛酸電池鋰離子電池聚合物鋰離子電池工作溫度（℃）-40~60-20~60-40~60-20~60-20~60維護(hù)要求30~60天60~90天3~6月不需不需典型價(jià)格(相對(duì)值)506025100100環(huán)境影響含有毒金屬輕微毒性環(huán)境污染環(huán)境友好環(huán)境友好記憶效應(yīng)有輕微無(wú)無(wú)無(wú)耐濫用性高高低低中等運(yùn)輸問(wèn)題無(wú)限制無(wú)限制受限制受限制受限制三、鋰離子電池的工作原理充電放電工作原理：

當(dāng)外部電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上,鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。當(dāng)電池放電時(shí)，機(jī)理與充電是剛好是相反的，以LiFePO4為例，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：鋰離子電池不能過(guò)充過(guò)放的原因放電時(shí)鋰離子不能完全移向正極，必須保留一部分鋰離子在負(fù)極，以保證下次充電時(shí)的鋰離子暢通嵌入通道，否則，電池壽命就相當(dāng)短。為了保證碳層中放電后留有部分鋰離子，也就是鋰離子電池不能過(guò)放電，這就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓；同時(shí)，根據(jù)鋰離子工作原理最高充電應(yīng)限制不能過(guò)充，否則會(huì)因正極材料中的Li離子拿走太多時(shí)，造成晶型癱塌，而使電池表現(xiàn)出壽命終結(jié)狀態(tài)。由此可見，鋰離子充/放電控制精度要求相當(dāng)高，既不能過(guò)充，也不能過(guò)放，否則都將影響電池壽命，這是由鋰離子電池工作機(jī)理所決定的。枝晶鋰簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是石墨中所嵌入的鋰的含量超過(guò)了它所承受的范圍，多余的鋰離子就會(huì)和負(fù)極中穿梭而來(lái)的電子結(jié)合，在負(fù)極表面上開始沉積。在給電池充電的過(guò)程中，外界給予電池一個(gè)電壓，使得正極材料內(nèi)部的鋰離子得以脫出進(jìn)入電解液介質(zhì)中，同樣電解液中的鋰離子會(huì)在外界電壓差的條件下向碳層移動(dòng)，由于石墨是具有層狀通道的，鋰便會(huì)進(jìn)入通道與碳形成碳鋰化合物，形成LiCx（x=1~6）這類石墨層間化合物。枝晶鋰是從負(fù)極表面向著隔膜的方向生長(zhǎng)的，如果鋰金屬不斷地沉積，最終會(huì)刺穿隔膜造成電池短路，引發(fā)電池安全問(wèn)題。影響枝晶鋰的形成因素主要有：負(fù)極表面的粗糙程度、鋰離子濃度梯度、電流密度等，此外，SEI膜、電解液的種類、溶質(zhì)濃度、正負(fù)極之間有效距離等都對(duì)枝晶鋰的形成有一定影響。

鋰電池分類：聚合物鋰電池和鋰離子電池主要區(qū)別在電解質(zhì)，鋰離子電池的電解質(zhì)是液態(tài)的，聚合物電池的電解質(zhì)是膠體型、或者固態(tài)聚合物。聚合物鋰電池的反應(yīng)原理和鋰離子電池一樣，一般以軟包的形式，形狀可塑性強(qiáng)；鋰離子電池一般做成圓柱形或者方形。從安全角度來(lái)講，聚合物鋰電池比鋰離子電池更安全。四、拆裝動(dòng)力電池拆裝步驟：（1）準(zhǔn)備拆動(dòng)力電池前應(yīng)關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)；（2）拆下低壓蓄電池負(fù)極；（3）車輛舉升到需要的高度時(shí)，舉升機(jī)要鎖止安全鎖；（4）電池舉升車上升接觸到電池包底部再進(jìn)行拆卸工作。（5）拆下電池總正、總負(fù)和低壓線束插頭（6）拆下電池10只安裝螺栓；安裝步驟相反注意：螺栓標(biāo)準(zhǔn)力矩：95-105Nm注意：螺栓標(biāo)準(zhǔn)力矩：95-105Nm（1）安裝前需對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行檢查以下項(xiàng)目：1）電源線、插頭、延長(zhǎng)線、保護(hù)器是否破裂或損壞。2）是否有過(guò)熱、冒煙、冒火花的跡象。3）是否有電池系統(tǒng)損壞（如破裂）、電池漏電。4）動(dòng)力電池系統(tǒng)、電源線是否出現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象。5）高低壓接插件是否與說(shuō)明書不一致或不能正常對(duì)接6）是否有的異常情況等。如發(fā)現(xiàn)上述情況，請(qǐng)停止安裝該電池，并立即通知售后檢修人員。安裝完畢后，觀察電池箱體螺栓是否還有松動(dòng)，電池箱體是否有破損嚴(yán)重變形，密封法蘭是否完整，確保動(dòng)力電池可以正常工作。四、拆裝動(dòng)力電池（2）安裝步驟與拆卸動(dòng)力電池步驟相反（3）安裝動(dòng)力電池后，需檢查動(dòng)力電池能否正常運(yùn)行。1）將鑰匙打開至“READY”，查看儀表盤有無(wú)異常報(bào)警；2）使用解碼儀進(jìn)入整車查看有無(wú)故障碼，如圖3-14所示。若無(wú)，表示運(yùn)行正常。若有故障顯示，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行檢查。圖3-14故障碼界面四、拆裝動(dòng)力電池拓展：快換電池箱體，你了解嗎？如圖3-15所示，快換電池箱體采用鈑金箱體，箱體密封達(dá)到IP67.箱體內(nèi)部安裝絕熱材料。箱體安裝快換接插件?？鞊Q插接件圖3-15

快換電池學(xué)習(xí)情景3

動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修任務(wù)2更換動(dòng)力電池內(nèi)部組件學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部的組成部分及部件功能；2、掌握更換動(dòng)力電池內(nèi)部組件的操作方法和注意事項(xiàng)。學(xué)習(xí)領(lǐng)域2電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修任務(wù)2更換動(dòng)力電池內(nèi)部組件【任務(wù)描述】4S店技術(shù)主管在經(jīng)過(guò)各項(xiàng)檢測(cè)之后，判斷張先生的EV200汽車是動(dòng)力電池故障，確定需要對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行解體，此時(shí)需要你作為維修人員協(xié)助技術(shù)主管按照規(guī)范程序，從車上拆卸動(dòng)力電池，技術(shù)主管完成維修后，需要你對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行安裝，并確認(rèn)其工作狀態(tài)正常。電池管理系統(tǒng)BMS電池模組動(dòng)力電池箱輔助元器件電池管理系

統(tǒng)BMS電池模組動(dòng)

力電

池箱輔

助元

器件動(dòng)力電池系統(tǒng)由四部分組成：1、動(dòng)力電池箱2、電池模組3、電池管理系統(tǒng)BMS：高壓盒、從控盒、主控盒4、輔助元器件：主繼電器、預(yù)充繼電器及電阻、加熱繼電器與保險(xiǎn)、電流傳感器與保險(xiǎn)等組成。一、動(dòng)力電池系統(tǒng)組成部件和功能讓我們先來(lái)了解4個(gè)重要參數(shù)的意義：1.動(dòng)力電池系統(tǒng)的額定電壓動(dòng)力電池系統(tǒng)的額定電壓=單體電芯額定電壓×單體電芯串聯(lián)數(shù)；2.動(dòng)力電池系統(tǒng)的容量電池容量是電池性能的重要指標(biāo)之一，它表示電池存儲(chǔ)電量的大小，即電池放電電荷的總量為電池容量，單位Ah，影響到整車的續(xù)駛里程；動(dòng)力電池系統(tǒng)的容量=單體電芯容量×單體電芯并聯(lián)數(shù)量；3.動(dòng)力電池的總能量W=QU=UIt動(dòng)力電池的總能量為電池對(duì)外做功所能輸出的電能，單位是Wh；動(dòng)力電池系統(tǒng)總能量=動(dòng)力電池系統(tǒng)的額定電壓×動(dòng)力電池系統(tǒng)的容量；4.能量密度：?jiǎn)挝毁|(zhì)量/體積的電芯儲(chǔ)存的能量，單位Wh/Kg、Wh/L項(xiàng)目SK三元鋰電池-30.4kWhPPST磷酸鐵鋰電池-25.6kWh零部件號(hào)E00008302E00008417額定電壓332V320V電芯容量91.5Ah80Ah額定能量30.4kWh25.6kWh連接方式3P91S1P100S電池系統(tǒng)供應(yīng)商BESKPPST電芯供應(yīng)商SKIATLBMS供應(yīng)商SK

innovationE-power總質(zhì)量291kg295kg總體積240L240L工作電壓范圍250～382V250～365V能量密度107Wh/kg91.4Wh/kg體積比能量127Wh/L107Wh/L動(dòng)力電池性能參數(shù)額定電壓/串聯(lián)數(shù)=單體電壓3P91S表示3個(gè)電芯并聯(lián)成1個(gè)獨(dú)立單體電池，再由91個(gè)獨(dú)立單體電池串聯(lián)成動(dòng)力電池總成純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)示意圖純電動(dòng)汽車底盤電池包：由動(dòng)力電池箱、電池模組、電池管理系統(tǒng)、輔助元器件（電器件及高低壓連接器等）組成。接收和儲(chǔ)存由車載充電機(jī)、發(fā)電機(jī)、制動(dòng)能量回收裝置或外部充電裝置提供的高壓直流電，并且為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及電輔助系統(tǒng)提供能量。純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成主要由動(dòng)力電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱、控制系統(tǒng)等部分組成。物料追溯編碼出貨檢驗(yàn)標(biāo)簽簽產(chǎn)品銘牌電池包序號(hào)號(hào)低壓航插總負(fù)總正1）動(dòng)力電池箱1.磷酸鐵鋰動(dòng)力電池電池包的額定電壓電池包的額定能量電池包的重量電池組條形碼備注：動(dòng)力電池系統(tǒng)銘牌包括動(dòng)力電池型號(hào)、生產(chǎn)日期、電池材料、額定電壓、額定能量、重量等信息。電池單體：構(gòu)成動(dòng)力電池模塊的最小單元。 電池模塊：一組并聯(lián)的電池單體的組合。模組：由多個(gè)電池模塊或電池單體串聯(lián)組成的一個(gè)組合體。

動(dòng)力電池總成：把每個(gè)模組串聯(lián)起來(lái)形成動(dòng)力電池總成。2）動(dòng)力電池模組例：1P100S100塊電池單體串聯(lián)，共分為9個(gè)模組。例：3P91S表示：3個(gè)單體并聯(lián)組成一個(gè)模塊，再由91個(gè)模塊組成若干個(gè)模組串聯(lián)成動(dòng)力電池總成。例如：特斯拉Roadster純電動(dòng)汽車的電池組由6831節(jié)18650型鋰離子電池組成，其中每69節(jié)并聯(lián)為一組，再將9組串聯(lián)為一層，最后串聯(lián)堆疊11層構(gòu)成。3）輔助元器件

主要包括動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部的電子電器元件，如熔斷器，繼電器，分流器，接插件，緊急開關(guān)，煙霧傳感器等，維修開關(guān)以及電子電器元件以外的輔助元器件，如密封條，絕緣材料等。（1）主繼電器主繼電器主要包含主正繼電器和主負(fù)繼電器，主正繼電器如圖3-19所示，

在普萊德電池中，主正繼電器由BMS控制，主負(fù)繼電器由VCU控制。它的作用是控制回路的通斷。主正繼電器預(yù)充電阻預(yù)充繼電器（2）預(yù)充繼電器與電阻

“預(yù)充流程”在充、放電初期閉合預(yù)充繼電器進(jìn)行預(yù)充電，預(yù)充完成后斷開預(yù)

充繼電器：BMS控制預(yù)充繼電器閉合或斷開。充電模式給各單體電芯進(jìn)行預(yù)充電，確定單體電芯無(wú)短路后閉合總正極繼電器。放電模式低電壓、小電流給各控制器電容充電。電容兩端電壓接近電池總電壓時(shí)，閉合總正繼電器。（3）加熱繼電器與保險(xiǎn)充電過(guò)程當(dāng)電芯溫度低于設(shè)定值，BMS控制加熱繼電器閉合通過(guò)保險(xiǎn)接通加熱膜電路：加熱保險(xiǎn) 加熱繼電器（4）電流傳感器與保險(xiǎn)“電流傳感器”監(jiān)測(cè)充、放電電流的大小，保險(xiǎn)防止能量回收過(guò)壓過(guò)流或放電過(guò)流.保險(xiǎn)規(guī)格250A電壓500V型號(hào)300A75mv（5）高低壓插接件如圖3-26所示，為動(dòng)力電池的高低壓插接件的端子定義，動(dòng)力電池系統(tǒng)通過(guò)使用可靠地高壓插接件“總正”“總負(fù)”與高壓控制盒相連，低壓接插件連接“CAN”總線與VCU或車載充電機(jī)之間進(jìn)行通訊。（6）高低壓線束如圖3-27所示所示橙色波紋管為高壓動(dòng)力線束；黑色波紋管為低壓線束。

通過(guò)電壓、電流傳感器采集動(dòng)力電池組的串聯(lián)模塊電壓、總電壓和總電流，控制動(dòng)力電池組的充放電，監(jiān)控電池的狀態(tài)，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命；作為電池和整車控制器以及駕駛者溝通的橋梁，并向整車控制器VCU上報(bào)動(dòng)力電池系統(tǒng)的基本參數(shù)、剩余電量及故障信息；具有高壓回路絕緣檢測(cè)功能，檢測(cè)電池組與箱體、車體等之間的絕緣狀況；通過(guò)對(duì)溫度檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池過(guò)高溫和過(guò)低溫保護(hù)，具有控制動(dòng)力電池的加熱功能；4）BMS

電池保護(hù)和管理的核心部件，提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。普萊德動(dòng)力電池BMS的組成：按性質(zhì)可分為硬件和軟件，按功能分為數(shù)據(jù)采集單元和控制單元；BMS的硬件：高壓盒、從控盒、主控盒，還包括采集電壓線、電流、溫度等數(shù)據(jù)的電子器件；BMS的軟件：監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、SOC值、絕緣電阻值、溫度值，通過(guò)與VCU、充電機(jī)的通訊，來(lái)控制動(dòng)力電池系統(tǒng)的充放電。在普萊德電池中，BMS由高壓盒、從控盒和主控盒組成。（1）高壓盒（BCU）

高壓盒“監(jiān)控”動(dòng)力電池的總電壓、電流、絕緣性能。監(jiān)控動(dòng)力電池的總電壓（主繼電器內(nèi)外4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，內(nèi)部320V，外部0v————檢測(cè)）檢測(cè)充放電電流高壓系統(tǒng)絕緣性能監(jiān)控高壓連接情況將以上項(xiàng)目監(jiān)控到的數(shù)據(jù)反饋給主控盒圖3-30動(dòng)力電池內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)和外部監(jiān)測(cè)點(diǎn)（2）從控盒電池低壓管理系統(tǒng)是“監(jiān)控”動(dòng)力電池的單體電壓、電池組的溫度，主要功能如下：監(jiān)控每個(gè)單體電壓反饋給主控盒監(jiān)控每個(gè)電池組的溫度反饋給主控盒電量（SOC）值監(jiān)測(cè)將以上項(xiàng)目監(jiān)控到的數(shù)據(jù)反饋給主控盒圖3-32“監(jiān)控”動(dòng)力電池單體電壓和動(dòng)力電池組溫度（3）主控盒主控盒是一個(gè)連接外部通訊和內(nèi)部通訊的平臺(tái)，主要功能如下：接收從控盒反饋的實(shí)時(shí)溫度和單體電壓（并計(jì)算最大值和最小值）接收高壓盒反饋的總電壓和電流情況與整車控制器vcu的通訊控制主正繼電器控制電池加熱控制充/放電電流2．三元鋰動(dòng)力電池1）動(dòng)力電池箱體SK的動(dòng)力電池箱體與普萊德電池箱體在防護(hù)等級(jí)IP67、安裝方式和擰緊力矩一致，但在制作材料上有區(qū)別，SK電池箱體的上蓋板為SMC復(fù)合材料，是優(yōu)良的絕緣材料，而下蓋板為了增加硬度和耐磨性材料為鈑金。2）電池模組北汽EV200所用的SK電池其連接方式為3P91S，具體含義如下：三元鋰電池的單體電芯額定電壓為3.7V左右。主正繼電器主負(fù)繼電器預(yù)充繼電器預(yù)充電阻外部電壓檢測(cè)點(diǎn)內(nèi)部電壓檢測(cè)點(diǎn)3）輔助元器件（1）繼電器集成器（PRA）與普萊德電池相比，SK動(dòng)力電池的繼電器集成器（PRA）如圖所示，它是將主正繼電器、主負(fù)繼電器、預(yù)充繼電器和預(yù)充電阻進(jìn)行了集成，其各個(gè)功能與之前所述相同。（2）電流傳感器SK動(dòng)力電池的電流傳感器與普萊德電池的作用相同，采用了霍爾式電流傳感器。按照安培定律原理做成，在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量霍爾電勢(shì)的大小間接測(cè)量載流導(dǎo)體電流的大小，使電流的非接觸測(cè)量成為可能。由于三元鋰電池的特性，低溫性能更好，密度更大，減少了加熱片、加熱繼電器與加熱保險(xiǎn)。保護(hù)電源，在出現(xiàn)緊急情況、進(jìn)行高壓系統(tǒng)維修保養(yǎng)或進(jìn)行電池維護(hù)安裝時(shí)，能夠及時(shí)斷開手動(dòng)維修開關(guān)，將電池包的電流斷開，有效避免因?yàn)榫S修人員操作不當(dāng)而引發(fā)的電擊情況，保護(hù)維修人員安全。內(nèi)部裝有250A熔斷器，保護(hù)高壓系統(tǒng)安全。（3）維修開關(guān)和熔斷器注意區(qū)別：與普萊德電池相比，SK電池的BMS采用了高壓盒、從控盒和主控盒集成的方式。它的主要功能：?與外部通訊（VCU、充電機(jī)、快充樁）?控制負(fù)極繼電器?檢測(cè)內(nèi)、外部總電壓?檢測(cè)充、放電電流?監(jiān)測(cè)單體電壓和電芯溫度?保護(hù)電池壽命和安全?控制預(yù)充繼電器注意區(qū)別：普萊德動(dòng)力電池的正極繼電器由BMS中的高壓盒控制，負(fù)極繼電器由VCU控制；SK動(dòng)力電池的正極繼電器由VCU控制，負(fù)極繼電器由BMS控制；電壓采集板，壓裝在模組上用來(lái)采集單體電壓。溫度采集板，壓裝在模組上用來(lái)采集單體電芯溫度。二、更換動(dòng)力電池內(nèi)部組件1.更換電池最小單體操作步驟及注意事項(xiàng)（1）拆卸電池模塊1）根據(jù)電池檢測(cè)儀器顯示的故障電芯采樣點(diǎn)，對(duì)應(yīng)電芯位置示意圖確定故障電芯位置及需要拆卸的電池模塊。2）用斜口鉗子將電池模塊連接大線端部固定護(hù)套的扎帶剪斷，如圖3-46所示，并置于指定位置內(nèi)，利用六角扳手將連接大線處螺栓旋出，并將拆下的螺栓，如圖3-47所示，平彈墊，端部護(hù)套等零件置于指定位置，以備安裝時(shí)使用。最后將拆卸后的大線端部用絕緣膠帶進(jìn)行防護(hù)，如圖3-48所示。3）拆卸故障電芯所在模塊上的采集單元及連接線束并將拆卸后的采集單元，螺栓，緊固輔料等零件置于指定位置，如圖3-49所示。最后用絕緣膠帶將線束固定到原理操作區(qū)域的位置，以免操作時(shí)對(duì)線束造成意外傷害。4）如圖3-50所示拆卸電池模塊壓板，如圖3-51所示利用拆裝工具將固定螺栓旋出，并置于指定容器。將電池模塊移出箱體，置于指定操作位置。（2）拆卸最小單池單體1）將故障電池處上蓋拆下，然后利用十字螺絲刀將采樣線固定螺栓拆下，并將其置于指定位置，如圖3-52所示。2）利用工具將故障電芯連接排緊固件旋出，拆下連接排，將連接排，平墊，彈墊置于指定位置，如圖3-53所示。3）依次將故障電芯的護(hù)套，上護(hù)套拆下，如圖3-54所示，拔出連接片，如圖3-55所示，如果連接片折斷在護(hù)套安裝孔內(nèi)需用斜口鉗子對(duì)上下護(hù)套安裝口進(jìn)行清潔。4）標(biāo)記故障電芯條碼，故障現(xiàn)象，更換時(shí)間等信息后，將其置于返修容器內(nèi)，以備返廠維修。（3）更換最小電池單體1）安裝電芯上下護(hù)套，注意如有損傷，需更換新護(hù)套進(jìn)行安裝，安裝后電芯應(yīng)于護(hù)套貼合緊密，不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。2）將更換電芯安裝到電池模塊內(nèi)，擺放位置要正確。連接片，側(cè)護(hù)套等零件如有損壞，需更換新零件進(jìn)行安裝。3）利用連接排連接電芯極柱，極柱表面如有焊點(diǎn)利用砂紙將焊點(diǎn)打磨平整，確保連接排下表面與極柱上表面貼合緊密。應(yīng)用扭力扳手將法蘭螺母或鋁螺栓固定到電芯極柱上，法蘭螺母力矩設(shè)為5.6N*M，鋁螺釘設(shè)定為3N*M。確定螺栓緊固后，對(duì)緊固件加點(diǎn)螺紋緊固劑。4）將采樣線OT頭利用螺栓緊固到連接排安裝孔上，緊固后彈墊壓平無(wú)翹起現(xiàn)象。對(duì)螺栓加點(diǎn)防松膠。向指定位置注入導(dǎo)熱硅膠，注意不要將安裝孔住滿，注入三分之二為宜。之后將溫度采樣線插入安裝孔內(nèi)。溫傳線下端應(yīng)于護(hù)套平行。最后用熱熔膠將線體固定到電芯上護(hù)套上，注意加熱熔膠前確保護(hù)套上表面清潔無(wú)塵，加點(diǎn)熱熔膠面積應(yīng)大于熱硅脂面積。（4）電池模塊入箱及線束連接1）安裝電池蓋，將電池模塊安裝到箱體內(nèi)，注意：如向前清理箱體，確定箱體內(nèi)保溫層無(wú)損壞。2）安裝電池模塊壓板，利用內(nèi)六角扳手將壓板壓緊，確保緊固后螺栓彈墊平整無(wú)翹起。3）安裝電池采集單元，確保采集單元的安裝位置，端口朝向安裝要正確，原有綁線扣的位置要重新加裝綁線扣。4）將暫時(shí)固定線束的絕緣膠布拆下，將插線按照標(biāo)記插入相應(yīng)的斷口中。注意安裝BVT線束要注意插件插入順序。線束連接完成后，用扎帶將線束固定到綁線口上。注意端口處線束要留有一定余量。5）拆下大線端部絕緣防護(hù)，將大線銅鼻子固定到模塊輸出排上，用內(nèi)六角板手緊固螺栓，緊固后平墊平整無(wú)翹起，檢測(cè)扭矩值為5.6N*M以上。最后安裝護(hù)套用扎帶固定，護(hù)套必須完全覆蓋連接點(diǎn)。（5）操作后整理現(xiàn)場(chǎng)1）將扎帶多余部分剪斷，置于指定容器內(nèi)。2）清點(diǎn)工具及輔料，避免遺漏在電池箱體內(nèi)。3）清理操作后箱體內(nèi)殘留的灰塵及輔料碎屑。2）更換動(dòng)力電池BMS操作步驟及注意事項(xiàng)（1）拆卸故障BMS連接線束1）將故障BMS周圍固定線束的扎帶剪斷，確保插件處線束松弛不受限制，將剪斷的扎帶放置于指定的容器內(nèi)避免遺漏在電池箱體內(nèi)。

2）將故障BMS端口處插件拔出，如圖3-56所示，注意：拆卸插件時(shí)需一只手輕按住BMS外部鋁殼，另一只手摁住插件緩緩將其拔出，禁止以提拉線束的方式拔出插件。3）將拆卸后線束領(lǐng)用絕緣膠帶暫時(shí)固定在遠(yuǎn)離故障BMS的地方，如圖3-57所示，避免操作過(guò)程中對(duì)線束造成意外傷害。（2）更換BMS1）利用套筒將BMS固定點(diǎn)螺母旋出，如圖3-58所示，并將拆卸后的螺母，平墊，彈墊，綁線扣等零件置于指定容器內(nèi)。圖3-58

旋出BMS固定點(diǎn)螺母2）將故障BMS拆下并置于BMS返修的容器內(nèi)，如圖3-59所示。3）將新BMS擺放于安裝板上，確保與安裝板貼合緊密無(wú)間隙，插件口朝向正確無(wú)誤。4）手動(dòng)將螺母旋入安裝板鉚螺柱上，需加裝平彈墊，原有安裝綁線扣處重新安裝綁線扣，旋入后螺母下表面應(yīng)于安裝板平行。在螺母旋至鉚螺柱底部時(shí)，利用套筒對(duì)螺母進(jìn)行緊固，緊固完成后應(yīng)確保螺栓彈墊平整無(wú)翹起，螺母下表面與平墊及BMS固定孔上表面應(yīng)貼合緊密無(wú)縫隙。（3）連接BMS線束1）拆下暫時(shí)固定的膠帶，置于指定的容器內(nèi)，避免遺漏在電池箱內(nèi)。2）按照線束標(biāo)號(hào)將插件插入相應(yīng)的BMS端口內(nèi)。注意：插件插接時(shí)，應(yīng)按住插件兩側(cè)將插件插入端口插件處。3）利用扎帶將線束固定到綁原有線扣處，線束固定要牢固。插件處線束要留有一定余量不宜受力過(guò)大。固定后將扎帶多余部分清楚，并置于指定位置避免遺漏在電池箱體內(nèi)。（4）操作后整理現(xiàn)場(chǎng)1）清理操作后箱體內(nèi)殘留的灰塵及輔助碎屑。2）清點(diǎn)工具及輔料，避免遺漏在電池箱體內(nèi)。3）標(biāo)記故障BMS相關(guān)信息，以備返廠檢修。3.更換動(dòng)力電池加熱繼電器、預(yù)充繼電器操作步驟及注意事項(xiàng)拆卸繼電器集成器如圖3-60所示。圖3-60

拆卸繼電器集成器（1）拆卸先將有故障的繼電器上的線圈的觸點(diǎn)連接插拔下，如圖3-61所示，然后用套筒扳手將固定在電氣安裝板上的繼電器拆下，最后將損壞的繼電器標(biāo)明故障原因單獨(dú)放置。拆卸預(yù)充繼電器圖3-61

拆卸預(yù)充繼電器（2）安裝將電氣性能完好和外觀完好的繼電器安放在電氣安裝板的鉚螺釘上，然后將平墊，彈墊安放在繼電器上，最后用套筒扳手將螺母緊固在鉚螺釘上。（3）連接按照該電池電氣圖紙要求將1點(diǎn)和2點(diǎn)的二極管插接在繼電器的觸點(diǎn)上，然后將二極管，插接在繼電器的線圈上。4．更換動(dòng)力電池正負(fù)極繼電器操作步驟及注意事項(xiàng)（1）拆卸先將有故障的接觸器上的線圈連接插拔下，用套筒扳手將接觸器觸點(diǎn)的螺母采樣線和大線拆下（大線銅鼻子要做好絕緣防護(hù)），然后利用套筒扳手將固定在電氣安裝板上的接觸器拆下，如圖3-62所示，最后將損壞的接觸器標(biāo)明故障原因單獨(dú)放置。圖3-62

拆卸正極繼電器（2）安裝將電氣性能和外觀完好的接觸器安放在電氣安裝板的鉚螺釘上，然后將平，彈墊安放在接觸器上，最后利用套筒扳手將螺母緊固在鉚螺釘上。（3）連接按照該電池電氣圖紙要求將電池大線銅鼻子分別放在接觸器的螺柱上，然后將采樣線，平墊彈墊分別安放在接觸器的螺柱上，并用套筒扳手將螺母緊固在螺柱上，最后將內(nèi)部線束接插在連接器的線圈上。5.更換動(dòng)力電池預(yù)充電阻操作步驟及注意事項(xiàng)（1）拆卸先將有故障的預(yù)充電阻兩端的螺母用的扳手拆下，并將平彈墊和采樣線同時(shí)拆下，然后利用套筒扳手將固定在電氣安裝板上的預(yù)充電阻拆下，最后將損壞的預(yù)充電阻接觸器標(biāo)明故障原因單獨(dú)放置。（2）安裝將電氣性能和外觀完好的的預(yù)充電阻安放在電氣安裝板的鉚螺釘上，然后將平墊，彈墊安放在鉚螺釘上，最后用套筒扳手將螺母緊固在鉚螺釘上。（3）連接：按照該電池電氣圖紙要求將電池預(yù)充電阻連接線連接在預(yù)充電阻兩端，然后將平墊和彈墊分別安放在預(yù)充電阻兩端的螺柱上，并用扳手將螺母緊固在螺柱上。6.檢查和調(diào)試動(dòng)力電池使用動(dòng)力電池專用檢測(cè)儀對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行檢查和調(diào)試。學(xué)習(xí)情景3

動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修任務(wù)3檢修動(dòng)力電池故障學(xué)習(xí)目標(biāo)?掌握動(dòng)力電池系統(tǒng)的工作原理；?了解BMS的結(jié)構(gòu)與工作原理；?掌握動(dòng)力電池的故障顯示和常見故障；?掌握檢修動(dòng)力電池的方法。學(xué)習(xí)領(lǐng)域2電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修任務(wù)3檢修動(dòng)力電池故障【任務(wù)描述】北汽4S店技術(shù)主管在經(jīng)過(guò)各項(xiàng)檢測(cè)之后，判斷張先生的EV200汽車是動(dòng)力電池故障，此時(shí)需要你作為維修人員協(xié)助技術(shù)主管按照規(guī)范程序，協(xié)助技術(shù)主管完成維修。一、動(dòng)力電池系統(tǒng)工作原理動(dòng)力電池模組放置在一個(gè)密封并且屏蔽的動(dòng)力電池箱里面，動(dòng)力電池系統(tǒng)使用可靠的高壓接插件與高壓控制盒相連，如圖3-77所示，動(dòng)力電池輸出的直流電由電機(jī)控制器轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣鞲邏弘?，?qū)動(dòng)電機(jī)工作。系統(tǒng)內(nèi)的BMS實(shí)時(shí)采集各電芯的電壓、各溫度傳感器的溫度值、電池系統(tǒng)的總電壓值和總電流值等數(shù)據(jù)，時(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的工作狀態(tài)，并通過(guò)低壓插接件連接CAN總線與VCU或充電機(jī)之間進(jìn)行通訊，如圖3-78所示，對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行充放電等進(jìn)行綜合管理。以普萊德動(dòng)力電池為例，我們來(lái)說(shuō)明其動(dòng)力電池內(nèi)部的工作原理。主要從電池內(nèi)部充電、電池內(nèi)部放電和絕緣監(jiān)測(cè)三個(gè)方面。

動(dòng)力電池內(nèi)部工作原理充電充電初期—預(yù)充充電之前—加熱動(dòng)力電池絕緣監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池內(nèi)部放電原理動(dòng)力電池內(nèi)部充電原理

放電

放電初期--預(yù)充1.動(dòng)力電池內(nèi)部充電原理（1）充電之前-加熱當(dāng)充電初期，從控盒—電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到每個(gè)電池組的溫度，并反饋給主控盒。主控盒接收來(lái)自從控盒反饋的實(shí)時(shí)溫度，并計(jì)算出最大值與最小值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電芯溫度低于設(shè)定值時(shí)，主控盒控制加熱繼電器閉合，通過(guò)加熱元件、加熱熔斷器接通電路，進(jìn)行加熱。途徑路線：慢充時(shí)：快充時(shí)：（2）充電初期-預(yù)充電在充電初期，VCU喚醒BMS，BMS進(jìn)行自檢和初始化，完成后上報(bào)給VCU。VCU控制主負(fù)繼電器閉合，BMS控制預(yù)充繼電器閉合，對(duì)各單體電芯進(jìn)行預(yù)充電，確定單體電芯無(wú)短路后，BMS將斷開預(yù)充繼電器，預(yù)充完成。途徑路線：慢充時(shí)：

快充時(shí)：（3）充電預(yù)充電完成之后，BMS斷開預(yù)充繼電器，閉合主正繼電器，對(duì)電池組進(jìn)行充電。途徑路線：慢充時(shí)快充時(shí)：2.動(dòng)力電池內(nèi)部放電原理（1）放電初期-預(yù)充VCU喚醒BMS，BMS進(jìn)行自檢和初始化，完成后上報(bào)給VCU。VCU發(fā)出高壓上電指令，BMS開始按順序控制繼電器的閉合和斷開。因電路中電機(jī)控制器和空調(diào)壓縮機(jī)控制器等含有電容，在放電模式初期，BMS控制預(yù)充繼電器進(jìn)

行閉合，需低電壓、小電流給各控制器電容充電，當(dāng)電容兩端電壓接近電池總電壓時(shí)，斷開預(yù)充繼電器。途徑路線：2.動(dòng)力電池內(nèi)部放電原理（2）放電預(yù)充電完成之后，BMS斷開預(yù)充繼電器，并閉合主正繼電器，電池組進(jìn)行放電。途徑路線：電池組正極端：電池組-緊急開關(guān)-主熔斷器-電池組正極-主正繼電器-高壓插接件-車載充電機(jī)-電機(jī)及輔助電器元件。電池組負(fù)極端：電池組負(fù)極-電流傳感器-主負(fù)繼電器--高壓插接件-車載充電機(jī)-電機(jī)及輔助電器元件。構(gòu)成回路，完成放電。3.絕緣監(jiān)測(cè)

動(dòng)力電池BMS具有高壓回路絕緣監(jiān)測(cè)功能，監(jiān)測(cè)電池組與箱體、車體等路線：電池組正之間的絕緣狀況，如圖3-82所示。途徑極端-絕緣監(jiān)測(cè)電阻-絕緣繼電器-接地；電池組負(fù)極端-絕緣監(jiān)測(cè)電阻-絕緣繼電器-接地；二、電池管理系統(tǒng)BMS結(jié)構(gòu)及原理電池管理系統(tǒng)（BMS），即BatteryManagementSystem，通過(guò)檢測(cè)電池組中各單體電池的狀態(tài)來(lái)確定整個(gè)電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并根據(jù)它們的狀態(tài)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制調(diào)整和策略實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)及各單體的充放電管理以保證動(dòng)力電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。如圖3-83所示，為一種典型電池管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D，主要分為主控模塊和從控模塊兩大塊，通過(guò)采用內(nèi)部CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)各模塊之間及外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)信息通訊。基于各個(gè)模塊的功能，BMS能實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行熱管理、均衡管理、高壓及絕緣檢測(cè)等，并且能夠計(jì)算動(dòng)力電池剩余容量、充放電功率以及SOC&SOH狀態(tài)。寶馬i3，i8電池管理系統(tǒng)，如圖3-84所示，硬件由德國(guó)普瑞電子（寧波均勝電子）提供，應(yīng)用層由寶馬自行開發(fā)。普瑞電子負(fù)責(zé)寶馬硬件系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)采用分布式，及由主板和從板構(gòu)成。TESILA電池管理系統(tǒng)，如圖3-85所示，pack由6831個(gè)18650電芯組成，每個(gè)sheet均有一個(gè)檢測(cè)單元，如圖3-86所示。每個(gè)sheet均

有

一

個(gè)檢測(cè)單元11個(gè)sheet分別采用69p9s的結(jié)構(gòu)根據(jù)電池類型和布置不同，