模塊五-混合動力汽車儲能裝置與管理系統(tǒng)

2024/10/1混合動力汽車結(jié)構(gòu)與檢修全國交通運輸職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會朱學(xué)軍張俊停張宏坤全國交通運輸職業(yè)教育高職新能源汽車運用與維修專業(yè)規(guī)劃教材組織編寫主

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審2024/10/1混合動力汽車概述混合動力汽車發(fā)動機和驅(qū)動電機系統(tǒng)混合動力汽車變速裝置和動力控制系統(tǒng)混合動力汽車電子電力輔助系統(tǒng)混合動力汽車儲能裝置與管理系統(tǒng)模塊一模塊二模塊三模塊四模塊五模塊六混合動力汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

模塊五混合動力汽車儲能裝置與管理系統(tǒng)混合動力汽車儲能裝置的定義與分類混合動力汽車動力電池混合動力汽車電池管理系統(tǒng)123混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修技能實訓(xùn)45儲能技術(shù)是通過介質(zhì)將能量儲存起來，以便日后需要時利用的技術(shù)?；旌蟿恿ζ噧δ苎b置可以分為二次電池、超級電容和飛輪電池這三類，目前混合動力汽車上常用的儲能裝置為二次電池。

二次電池是一種能量轉(zhuǎn)化與儲存的裝置，它主要通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。混合動力汽車上使用的二次電池也可以稱為動力電池，動力電池使得混合動力汽車具有了儲存電能和釋放電能的能力，混合動力汽車上最常見的動力電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池和鋰離子電池三類。1混合動力汽車儲能裝置的定義與分類1混合動力汽車儲能裝置的定義與分類電壓（V）電池容量(Ａｈ)能量(Ｗｈ、ｋＷｈ)放電速率(放電率)混合動力汽車動力電池的主要性能參數(shù)1混合動力汽車儲能裝置的定義與分類2混合動力汽車動力電池(一)鉛酸電池鉛酸電池主要由正極板、負極板、電解液、隔板、槽和蓋等組成，正、負極板都浸在一定濃度的硫酸水溶液中，隔板為電絕緣材料，將正、負極隔開，正極活性物質(zhì)是氧化鉛(ＰｂＯ２)，負極活性物質(zhì)是海綿狀金屬鉛，電解液是硫酸，正、負兩極活性物質(zhì)在電池放電后都轉(zhuǎn)化為硫酸鉛(ＰｂＳＯ４)，這就是雙硫酸鹽化理論。2混合動力汽車動力電池(一)鉛酸電池鉛酸電池充放電時主要發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng):2混合動力汽車動力電池(一)鉛酸電池鉛酸電池優(yōu)點和缺點:鉛酸電池優(yōu)點有：1）自放電率小，自放電率小于２％/月。2）電池壽命較長。3）價格低廉制造及維護成本低。4）無“記憶效應(yīng)”。5）電池失效后的回收利用技術(shù)比較成熟。鉛酸電池缺點有：1）比能量低，一般為３０~５０Ｗｈ/ｋｇ。2）制造和使用過程中會產(chǎn)生污染。2混合動力汽車動力電池(二)鎳氫電池鎳氫電池是新型環(huán)保的二次堿性電池，與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比具有更高的比能量和循環(huán)壽命。鎳氫電池正極活性物質(zhì)為ＮｉＯＯＨ(放電時)和Ｎｉ(ＯＨ)２

(充電時)稱為氧化鎳電極。負極活性物質(zhì)為Ｈ２(放電時)和Ｈ２Ｏ(充電時)稱為儲氫合金(電極稱為儲氫電極)，電解液為３０％濃度的氫氧化鉀。2混合動力汽車動力電池(二)鎳氫電池鎳氫電池充放電時主要發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng):2混合動力汽車動力電池(二)鎳氫電池鎳氫電池優(yōu)點和缺點:鎳氫電池優(yōu)點有：1）充放電循環(huán)次數(shù)多。2）自放電率很小。3）成本低。4）不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。鎳氫電池缺點有：1）有記憶效應(yīng)。2）充電速率較慢。2混合動力汽車動力電池(三)鋰離子電池鋰離子電池采用了一種鋰離子嵌入和脫嵌的金屬氧化物或硫化物作為正極，無機鹽體系作為電解質(zhì)，碳材料作為負極。充電時，鋰離子從正極脫出嵌入負極晶格，正極處于貧鋰態(tài)。放電時，鋰離子從負極脫出并嵌入正極，正極為富鋰態(tài)。2混合動力汽車動力電池(三)鋰離子電池鋰離子電池充放電時主要發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng):2混合動力汽車動力電池(三)鋰離子電池2混合動力汽車動力電池(三)鋰離子電池鋰離子電池優(yōu)點和缺點:鋰離子電池優(yōu)點有：1）工作電壓高。2）無記憶效應(yīng)。3）能量密度大。4）不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。鋰離子電池缺點有：1）成本高。2）安全性差。2混合動力汽車動力電池(三)鋰離子電池不同類型動力電池的性能比較:3

混合動力汽車電池管理系統(tǒng)(一)混合動力汽車電池管理系統(tǒng)的定義混合動力汽車動力電池組由數(shù)百節(jié)單體電池通過串并聯(lián)方式組合而成，總電壓高達幾百伏，充放電電流達幾百安。混合動力汽車電池管理系統(tǒng)(ＢＭＳ)作為混合動力汽車核心組成部分之一，不僅擔(dān)負著保持電池安全平穩(wěn)運行的職責(zé)，還需要避免電池的過充過放以延長電池使用壽命。3

混合動力汽車電池管理系統(tǒng)(二)混合動力汽車電池管理系統(tǒng)的組成和作用混合動力汽車電池管理系統(tǒng)主要包括溫度管理子系統(tǒng)、電池組管理子系統(tǒng)和線路管理子系統(tǒng)組成。3

混合動力汽車電池管理系統(tǒng)(三)混合動力汽車電池組管理子系統(tǒng)的組成和作用動力電池組管理子系統(tǒng)主要承擔(dān)動力電池組的全面管理，一方面顯示動力電池組的狀態(tài)并在出現(xiàn)故障時及時報警，使駕駛?cè)穗S時都能掌握動力電池組的情況。另一方面要對人身和車輛進行安全保護，避免因電池引起的各種事故。4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(一)混合動力汽車電池系統(tǒng)維修注意事項

混合動力汽車內(nèi)有超過３００Ｖ的電器零件和電路，如果采用不適當(dāng)方法或在工作中疏忽對待，會有嚴重電擊或身體傷害的潛在危險。動力電池電解液為高堿性的氫氧化鉀，當(dāng)處理被損壞車輛時，有電擊或暴露在高堿性化學(xué)物質(zhì)中的可能性，需要準備好防護裝備。4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(一)混合動力汽車電池系統(tǒng)維修注意事項防護裝備注意包括安全手套、護目鏡、安全鞋、絕緣膠布和絕緣工具。對安全手套的要求，第一在進行任何有關(guān)高壓組件或線路的操作時，需要使用橡膠制成的絕緣手套，這些手套通常被認為是電工手套，能夠承受６５０Ｖ的工作電壓。第二抗堿性的合成橡膠手套在工作中接觸高堿性的氫氧化物時，可以避免氫氧化物對人體組織造成傷害。4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(一)混合動力汽車電池系統(tǒng)維修注意事項4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(一)混合動力汽車電池系統(tǒng)維修注意事項所有高壓電路的線束和連接器都是橙色，動力電池組等高壓零部件都貼有高壓警示標志，在未完成整車高壓斷電前，不要觸碰所有高壓電路的線束和連接器。4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(二)混合動力汽車電池系統(tǒng)故障檢修步驟在混合動力汽車的行駛過程中，加速時動力電池反復(fù)放電，而制動時候的被充電。電池管理系統(tǒng)ECU會根據(jù)電壓、電流和溫度測算動力電池的荷電狀態(tài)（SOC），然后將SOC的結(jié)果送給控制ECU，控制ECU根據(jù)SOC執(zhí)行充放電控制。如果發(fā)生故障，電池管理系統(tǒng)ECU執(zhí)行安全保護功能，依據(jù)不同故障程度切斷動力電池的輸出。4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(二)混合動力汽車電池系統(tǒng)故障檢修步驟混合動力汽車電池系統(tǒng)上電流程，SMR為混合動力汽車電池系統(tǒng)內(nèi)部的主繼電器，電池系統(tǒng)共有三個繼電器（負極1個，正極2個），在混合動力汽車啟動時，控制ECU首先控制SMR1和SMR3閉合，和SMR1相連接的電阻保護回路避免啟動時候產(chǎn)生過大初始電流，然后控制SMR2閉合，最后斷開SMR1。4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(二)混合動力汽車電池系統(tǒng)故障檢修步驟豐田卡羅拉混合動力汽車為例，全車高壓線束和高壓連接器采用橙色進行標記，全車高壓線束如圖所示。4

混合動力汽車電池系統(tǒng)故障診斷和維修(二)混合動力汽車電池系統(tǒng)故障檢修步驟混合動力汽車電池系統(tǒng)故障檢修基本步驟。（1）車輛送入修理車間（2）檢查輔助蓄電池電壓（3）檢查DTC和定格數(shù)據(jù)（4）故障癥狀確認（5）癥狀模擬，檢查CAN通信系統(tǒng)（6）檢查CAN通信系統(tǒng)（7）檢查DTC（8）查看故障癥狀表，（9）總體分析和故障排除（10）進行維修或更換（11）確認測試，維修結(jié)束5

技能實訓(xùn)(一)混合動力汽車高壓斷電操作混合動力汽車與傳統(tǒng)的汽車不同，使用電機和發(fā)動機來提供驅(qū)動力。混合動力汽車的維修和保養(yǎng)的程序和傳統(tǒng)的車輛也不同。為了使得受到身體傷害或電擊的風(fēng)險最小，在對混合動力汽車進行保養(yǎng)和檢修的時候需要將高壓系統(tǒng)斷開。豐田卡羅拉混合動力汽車采用的是鎳氫電池。6個額定電壓為1.2V的鎳氫電池單元串聯(lián)組成一個7.2V的電池模塊，28組電池模塊串聯(lián)構(gòu)成動力電池組，總電壓為201.6V?；旌蟿恿ζ噧?nèi)有超過300V的電器零件和電路，如果采用不適當(dāng)方法或在工作中疏忽對待，會造成嚴重電擊或身體傷害的潛在危險。以豐田卡羅拉混合動力汽車為例介紹高壓斷電過程。5

技能實訓(xùn)(一)混合動力汽車高壓斷電操作

1）檢查絕緣手套在戴絕緣手套前面，總是要確認手套是干燥的，無潮濕、無損壞和正確的大小。5

技能實訓(xùn)(一)混合動力汽車高壓斷電操作2）放置警告標志在車頂在對高壓系統(tǒng)進行作業(yè)時，需要告訴其他人員?？梢酝ㄟ^放置標志，設(shè)置隔離區(qū)域的方法，比如放置警告標志在車頂上。5

技能實訓(xùn)(一)混合動力汽車高壓斷電操作3）將換檔桿切換到P檔位首先，踩下剎車，按下P檔按鍵，如果，沒辦法卻換到P檔，使用駐車檔塊防止車輛移動。5

技能實訓(xùn)(一)混合動力汽車高壓斷電操作4）拔下車鑰匙5）斷開輔助電池的負極端子打開行李箱，尋找12V輔助電池，移開乘客側(cè)裝飾，斷開電池的負極，固定接地線，以防止負極端子移動回電池負極。5

技能實訓(xùn)(一)混合動力汽車高壓斷電操作6）拆下維修開關(guān)（1）在高壓電池上找到維修開關(guān)位置，拆下HV電池維修開關(guān)。當(dāng)處理橙色高壓組件和線路時，保帶著絕緣橡膠手套將拆下的維修插銷放在口袋中以防止其他人將它安裝回車上去，并將裸露的維修開關(guān)槽使用絕緣膠布封住。（2）當(dāng)出現(xiàn)意外事故或類似情況，HV電池的維修開關(guān)無法取下，可以通過將在發(fā)動機室內(nèi)的HV保險絲取下，達到斷開高壓線路的目的。5

技能實訓(xùn)(一)混合動力汽車高壓斷電操作7）等待5分鐘維修開關(guān)被拆下后，必需要等待5分鐘，使得高壓器件比如變頻器中的電容器進行放電，才可進行作業(yè)，等待5分鐘后高壓斷電過程完成。5

技能實訓(xùn)(二)智能診斷儀在混合動力汽車電池系統(tǒng)上的應(yīng)用1）安裝車內(nèi)及車外車輛防護套件2）打開駕駛側(cè)車門，確認駐車制動3）安裝診斷接頭4）按下啟動開關(guān)，使車輛處于READY狀態(tài)5

技能實訓(xùn)(二)智能診斷儀在混合動力汽車電池系統(tǒng)上的應(yīng)用5）打開智能診斷儀，進入電池系統(tǒng)6）讀取并記錄DTC7）讀取并記錄電池數(shù)據(jù)流8）關(guān)閉啟動開關(guān)，拔出車鑰匙，斷開診斷儀接口5

技能實訓(xùn)(三)混合動力汽車電池系統(tǒng)絕緣電阻測試1）安裝車內(nèi)及車外車輛防護套件2）打開駕駛側(cè)車門，確認駐車制動3）安裝診斷接頭4）按下啟動開關(guān)，使車輛處于READY狀態(tài)5）打開智能診斷儀，進入電池系統(tǒng)6）讀取并記錄DTC7）完成高壓斷電5

技能實訓(xùn)(三)混合動力汽車電池系統(tǒng)絕緣電阻測試8）拆卸電池右側(cè)蓋(注意佩戴絕緣手套)9）斷開電池接線盒總成連接線束(注意佩戴絕緣手套)5

技能實訓(xùn)(三)混合動力汽車電池系統(tǒng)絕緣電阻測試10）始終保持使用絕緣膠布隔離高壓系統(tǒng)的接線端和連接器11）檢查電池高壓線束上是否有電弧痕跡如果有電弧痕跡，更換故障零件。5

技能實訓(xùn)(三)混合動力汽車電池系統(tǒng)絕緣電阻測試12）檢查電池高壓線束絕緣性(注意佩戴絕緣手套)絕緣電阻測量時選擇1000V量程，開始測試后待顯示數(shù)值穩(wěn)定后讀取，測試時間建議30～60s，測量部件絕緣電阻時，須將表筆或夾頭牢固接觸測試點。5

技能實訓(xùn)(三)混合動力汽車電池系統(tǒng)絕緣電阻測試13）安裝電池的高壓線束和右側(cè)蓋14）安裝維修開關(guān)，安裝輔助電池的負極端子，恢復(fù)電池供電15）收起車內(nèi)及車外車輛防護套件5

技能實訓(xùn)(四)混合動力汽車電池系統(tǒng)無法輸出電壓故障診斷1）讀取并記錄ＤＴＣ顯示READY圖標未出現(xiàn)，數(shù)據(jù)顯示電池電