純電動(dòng)汽車構(gòu)造與檢修課件：電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池檢修

電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池檢修項(xiàng)目二

電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池檢修任務(wù)描述動(dòng)力蓄電池是純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)能量的唯一來源，動(dòng)力蓄電池的性能直接關(guān)系到電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能、續(xù)航能力和安全性。本任務(wù)從動(dòng)力蓄電池的組成、分類以及動(dòng)力蓄電池的工作原理與性能指標(biāo)等方面進(jìn)行介紹。學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)一、動(dòng)力蓄電池的組成與分類蓄電池是純電動(dòng)汽車的唯一能源，它除了為汽車驅(qū)動(dòng)行駛提供所需的電能以外，還要為汽車上的各種輔助設(shè)備提供工作所需電源。(一)組成車載電源系統(tǒng)主要由輔助動(dòng)力源和動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)(動(dòng)力蓄電池組、電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池箱及輔助元器件)組成。1)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的組成電池模塊是指一組并聯(lián)的電池單體的組合，該組合額定電壓與電池單體的額定電壓相等是電池單體在物理結(jié)構(gòu)和電路上連接起來的最小分組，可作為一個(gè)單元替換。由多個(gè)電池模塊或單體電池串聯(lián)組成的組合體，又稱為模組。動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的組成2)純電動(dòng)汽車電池的工作要求1)電池組要有足夠的能量和容量，以保證典型的連續(xù)放電不超過1C.典型峰值放電一般不超過3C;如果電動(dòng)汽車具有回饋制動(dòng)功能，電池組必須能夠接受高達(dá)5C的脈沖電流充電。持續(xù)穩(wěn)定的大電流放電，能夠保證汽車保持一定的行駛速度。2)電池要能夠?qū)崿F(xiàn)深度放電(如80%)而不影響其壽命，在必要時(shí)能實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷甚至全負(fù)荷放電。有短暫大電流放電的能力，保證汽車在加速、上坡時(shí)有足夠的動(dòng)力。3)能一次性提供足夠的能源，保證汽車有一定的行駛里程。4)需要安裝電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)，以顯示電池組的剩余電量和實(shí)現(xiàn)溫度控制。5)由于動(dòng)力蓄電池組體積和重量較大，電池箱的設(shè)計(jì)、電池的空間布置和安裝問題都需要認(rèn)真研究。(二)分類動(dòng)力蓄電池一般可分為物理電池、生物電池和化學(xué)電池三大類。1）鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是以酸性水溶液為電解質(zhì)，電極以鉛及其氧化物為材料，故稱為鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)的主要成分為二氧化鉛，負(fù)極活性物質(zhì)的主要成分為絨狀鉛，隔板由微孔橡膠、顏料玻璃纖維等材料制成，電解液由濃硫酸和凈化水配制而成。鉛酸蓄電池的構(gòu)造鉛酸蓄電池外形各異，但主要構(gòu)成部件相似，主要由正極板、負(fù)極板、隔板、電解液、殼體、極柱和排氣閥等組成。１)極板極板是電池的基本部件，它的作用是接收充人的電能和向外釋放電能。極板由柵架和活性物質(zhì)組成，分為正極板和負(fù)極板，正極板和負(fù)極板都浸在一定濃度的硫酸水溶液中，隔板為電絕緣材料，將正極板和負(fù)極隔開。正極板上的活性物質(zhì)是棕紅色的二氧化鉛(P6O2),負(fù)極板上的活性物質(zhì)是青灰色的海綿狀純鉛(Pb)，正、負(fù)兩極活性物質(zhì)在電池放電后都轉(zhuǎn)化為硫酸鉛(PbSO4)。蓄電池的極板結(jié)構(gòu)蓄電池的極板柵架(見圖a)一般由鉛銻合金鑄成，其作用是固結(jié)活物質(zhì)。為了降低蓄電池的內(nèi)阻，改善蓄電池起動(dòng)性能，有些鉛蓄電池采用了放射型柵架結(jié)構(gòu)(見圖b)所示。蓄電池的極板柵架2)隔板:隔板安裝在正極板和負(fù)極板之間，其作用是使正極板和負(fù)極板盡量靠近而不致短路。隔板一面平整，一面有溝槽，溝槽應(yīng)面對(duì)著正極板且與底部垂直，以便充放電時(shí)電解液能通過溝槽及時(shí)供給正極板，當(dāng)正極板上的活性物質(zhì)二氧化鉛脫落時(shí)能迅速通過溝槽沉入容器底部。3)電解液:電解液由純凈的硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成，也叫稀硫酸。蓄電池的電解液密度一般為1.24~1.30g/cm3。電解液的密度對(duì)蓄電池的工作有重要影響，密度大，可減少結(jié)冰的危險(xiǎn)并提高蓄電池的容量，但密度過大，則黏度大，反而會(huì)降低蓄電池的容量縮短其使用壽命。使用時(shí)，電解液的密度應(yīng)根據(jù)地區(qū)氣候條件和制造廠家的要求而定。4)外殼:蓄電池每組極板所產(chǎn)生的電動(dòng)勢大約為2V，要想獲得更高的電動(dòng)勢，通常要將多組極板串聯(lián)起來。因此，在制造蓄電池外殼時(shí)，將一個(gè)電池外殼分成若干個(gè)單格，每個(gè)單格的底部制有凸筋，用來擱置極板組。凸筋之間的空隙可以堆積極板的脫落物質(zhì)，防止正極板和負(fù)極板短路。蓄電池的工作過程蓄電池的工作過程2.鎳鎘蓄電池(1)鎳鎘蓄電池的結(jié)構(gòu)錦鎘蓄電池屬于堿性蓄電池，采用海綿狀金屬鎘作負(fù)極活性物質(zhì)，氫氧化鎳作正極活性物質(zhì)。負(fù)極材料分別填充在穿孔的附鎳鋼帶(或鎳帶)中，經(jīng)拉漿滾壓、燒結(jié)、化成或成膏、烘干、壓片等方法制成極板;用聚酰胺非織布等材料作隔離層電解液通常為氫氧化鎘或氫氧化鉀溶液。(2)鎳鎘蓄電池的工作原理鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸囏?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)榻饘冁k:鎳鎘蓄電池放電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸囏?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。３.鎳氫蓄電池(1)基本結(jié)構(gòu)鎳氫蓄電池是在鎳鎘蓄電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型綠色電池。鎳氫蓄電池的正極是球狀氧化鎳粉末與添加劑、塑料和黏合劑等制成的涂膏，用自動(dòng)涂膏機(jī)涂在正極板上，然后經(jīng)過干燥處理成發(fā)泡的氫氧化鎳正極板(稱氧化鎳電極)，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氫化物，也稱儲(chǔ)氫合金(電極稱儲(chǔ)氫電板);電解液為氫氧化鉀水溶液;隔膜主要有尼龍纖維、聚丙烯纖維和維綸纖維等，共同組成鎳氫單體電池。鎳氫蓄電池的基本構(gòu)造(2)鎳氫蓄電池的工作原理鎳氫蓄電池的工作原理如圖所示，鎳氫蓄電池正極的活性物質(zhì)是氫氧化鎳，負(fù)極的活性物質(zhì)是儲(chǔ)氫合金，用氫氧化鉀作為電解質(zhì)，在正負(fù)極之間有隔膜，在金屬鉑催化作用下，完成充電和放電的可逆反應(yīng)。在電池充電過程中，水在電解質(zhì)溶液中分解為氫離子和氫氧離子。充電時(shí)，負(fù)極析出氫氣，儲(chǔ)存在容器中，正極由氫氧化亞鎳變成氫氧化鎳和H20:放電時(shí)氫氣在負(fù)極上被消耗掉，正極由氫氧化鎳變成氫氧化亞鎳。４.鋰離子蓄電池(1)鋰離子蓄電池的結(jié)構(gòu)鋰離子蓄電池是指以鋰離子嵌人化合物為正極材料的電池的總稱。它主要由正負(fù)極流體、正負(fù)極材料、隔板、電解液和安全閥等組成。電池的集流體即是與外電路的連接部分，也是正負(fù)極材料的的載體。鎳氫蓄電池的工作原理鋰離子蓄電池正、負(fù)極及電解質(zhì)材質(zhì)上的差異使其具有不同的性能，尤其是正極材料對(duì)電池的性能影響最大。鋰離子蓄電池有方形和圓柱形兩種。鋰離子蓄電池(2)鋰離子蓄電池的類型鋰離子蓄電池的正極材料有很多種，根據(jù)正極材料的不同分為鈷酸鋰鋰離子蓄電池、錳酸鋰鋰離子蓄電池、磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池和三元材料鋰離子蓄電池等:根據(jù)所用電解質(zhì)材料不同，分為液態(tài)鋰離子蓄電池(lithium-ionbatery，LIB)和聚合物鋰離子蓄電池(polymerlihium-ionbateny，LIP)兩大類。三元材料鋰離子蓄電池以其能量密度高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)在電動(dòng)汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。(3)鋰離子蓄電池的工作原理鋰離子蓄電池的工作原理５.固態(tài)電池在固態(tài)離子學(xué)中，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高。由于固態(tài)電池的功率重量比較高，所以它是電動(dòng)汽車很理想的電池。鋰離子蓄電池充電(一)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的功能動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的功能為接收和存儲(chǔ)由車載充電機(jī)、制動(dòng)能量回收裝置和外置充電裝置提供的高壓直流電，并且為驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)空調(diào)和PTC(正溫度系數(shù))等高壓元件提供高壓直流電。北汽EV160整車動(dòng)力系統(tǒng)連接示意圖。北汽ＥＶ１６０整車動(dòng)力系統(tǒng)連接示意圖二、動(dòng)力蓄電池的工作原理與性能指標(biāo)(二)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.電壓(V)1)電動(dòng)勢:電池正極和負(fù)極之間的電位差，通常用符號(hào)E表示。2)開路電壓:電池在開路時(shí)的端電壓。一般開路電壓與電池的電動(dòng)勢近似相等。3)額定電壓:電池在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下工作時(shí)應(yīng)達(dá)到的電壓。4)工作電壓(負(fù)載電壓、放電電壓):在電池兩端接上負(fù)載R后，在放電過程中顯示出的電壓。5)終止電壓:電池在一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件下放電時(shí)，電池的電壓將逐漸降低，當(dāng)電池再不宜繼續(xù)放電時(shí)，電池的最低工作電壓。２.電流(Ａ)放電時(shí)電池里輸出的電流稱為放電電流，充電時(shí)電池里流過的電流稱為充電電流，電池在放電或充電時(shí)所允許的電流最大值稱為最大允許電流。電池的放電電流或充電電流通常用充/放電率表示。I=kCn式中,1為蓄電池的充/放電電流，A;n為與蓄電池額定容量對(duì)應(yīng)的標(biāo)定放電時(shí)間;C為蓄電池的額定容量，A·h;k為比例系數(shù)。３.電池容量電池的容量是指充滿電的電池在指定的條件下放電到終止電壓時(shí)輸出的電量，單位為A·h。純電動(dòng)客車錳酸鋰鋰離子蓄電池組的電池容量為360A·h。1)理論容量:根據(jù)蓄電池活性物質(zhì)的特性，按法拉第定律計(jì)算出的最高理論值，一般用質(zhì)量容量(A·h/kg)或體積容量(A·h)表示。2)實(shí)際容量:在一定條件下所能輸出的電量，等于放電電流與放電時(shí)間的乘積。3)標(biāo)稱容量(公稱容量):用來鑒別電池適當(dāng)?shù)慕瓢矔r(shí)值，由于沒有指定放電條件因此，只標(biāo)明電池的容量范圍而沒有確切值。4)額定容量(保證容量):按一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件，電池應(yīng)該放出的最低限度的容量。5)充電狀態(tài)(SOC):是指電池容量的變化。S0C=1即表示電池為充滿狀態(tài)。隨著蓄電池放電，蓄電池的電荷逐漸減少，此時(shí)可以用S0C的比例(%)來表示蓄電池中電荷的變化狀態(tài)。一般蓄電池放電高效率區(qū)為50%~-80%S0C。對(duì)S0C精確的實(shí)時(shí)辨識(shí)是電池管理系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。４.功率(ｋＷ)功率是指在一定的放電條件下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的能量的大小，電池的功率決定電動(dòng)汽車的加速性能。1)比功率(W、kg):指電池單位質(zhì)量中所具有電能的功率。2)功率密度(W/L):指電池單位體積中所具有的電能的功率。5.能量電池的能量是指在按一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件下，電池所輸出的電能，單位為瓦時(shí)(w·h)或干瓦時(shí)(kw·h)1)標(biāo)稱能量:指按一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件，電池所輸出的能量。電池的標(biāo)稱能量是電池的額定容量與額定電壓的乘積2)實(shí)際能量:在一定條件下電池所輸出的能量。電池的實(shí)際能量是電池的實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積。3)比能量(w·h/kg):電池單位質(zhì)量中所能輸出的能量。電池的質(zhì)量包括電池本身結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和電解質(zhì)質(zhì)量。6.電池的內(nèi)阻電流通過電池內(nèi)路時(shí)受到的阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻作用使得電池在放電時(shí)端電壓低于電動(dòng)勢和開路電壓，在充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢和開路電壓。7.電池的循環(huán)使用壽命電池的循環(huán)使用壽命是指以電池充電和放電一次為一個(gè)循環(huán)，按一定測試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量降到某一規(guī)定值(一般規(guī)定為額定值的80%)以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)。循環(huán)使用壽命是評(píng)價(jià)電池壽命性能的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。8.使用壽命電池除了以循環(huán)次數(shù)表示使用時(shí)間外，通常還要用電池的使用年限來表示電池的壽命。使用壽命是指電池在規(guī)定條件下的有效壽命期限。電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用以及容量達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)電池失效，這時(shí)電池的使用壽命終止。電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限是指電池可供使用的時(shí)間，包括電池的存放時(shí)間。使用周期是指電池可供重復(fù)使用的次數(shù)9.放電速率(也稱為放電率)一般用電池在放電時(shí)的時(shí)間或放電電流與額定電流的比值來表示。1)時(shí)率(也稱小時(shí)率):電池以某種電流強(qiáng)度放電直到電池的電壓降低到終止電壓時(shí)所經(jīng)過的放電時(shí)間。汽車用電池一般用20h率容量表示。2)倍率:電池以某種電流強(qiáng)度放電的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。10.自放電率電池的自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自身放電使容量損失的速度。自放電率用單位時(shí)間內(nèi)容量下降的比例(%)表示。式中，C,為電池存儲(chǔ)前的容量，A·h;C,為電池存儲(chǔ)后的容量，A·h;T為電池存儲(chǔ)的時(shí)間，常用天、月計(jì)算。11.電池的一致性對(duì)于同一類型、同一規(guī)格、同一型號(hào)電池之間在電壓、內(nèi)阻、容量等參數(shù)方面存在的差別稱為電池的一致性。一組電池的壽命在很大程度上取決于它的一致性。由于電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池都是成組使用，因此，一致性是評(píng)價(jià)電池組性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。影響電池一致性的因素主要有單體電池的設(shè)計(jì)和制造水平、用戶的使用方式等。動(dòng)力蓄電池主要性能指標(biāo)本章主要介紹了動(dòng)力蓄電池的組成、分類以及動(dòng)力蓄電池的工作原理與性能指標(biāo)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)一般由BMS、箱體、模組、電子電器元件以及其他(連接線束、維修開關(guān)、輔助原件)動(dòng)力蓄電池一般可分為物理電池、生物電池和化學(xué)電池三大類。動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的功能為接收和存儲(chǔ)由車載充電機(jī)、制動(dòng)能量回收裝置和外置充電裝置提供的高壓直流電，并且為驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)空調(diào)和PTC(正溫度系數(shù))等高壓元件提供高壓直流電。動(dòng)力蓄電池的性能指標(biāo)主要包括:電壓、電流、電池容量、功率、能量、電池內(nèi)阻、電池的循環(huán)使用壽命、使用壽命、放電速率。學(xué)習(xí)小結(jié)任務(wù)二動(dòng)力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修任務(wù)二動(dòng)力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修任務(wù)描述電池管理系統(tǒng)BMS是一個(gè)本世紀(jì)才誕生的新產(chǎn)品，因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)的難以控制和材料在這個(gè)過程中性能變化的難以捉摸，所以才需要這么一個(gè)管家來時(shí)刻監(jiān)督調(diào)整限制電池組的行為，以保障使用安全。本任務(wù)分別介紹了電池管理系統(tǒng)的組成、工作原理與功能以及蓄電池的熱管理。學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)一、電池管理系統(tǒng)的組成與工作原理（一）電池管理系統(tǒng)的組成電池管理系統(tǒng)一般由一些傳感器（用于測量電壓、電流和溫度等）、一個(gè)帶微處理器的控制單元和一些輸入/輸出接口等組成。電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.電池組管理系統(tǒng)管理電池的工作情況，避免出現(xiàn)過放電、過充電、過熱，對(duì)出現(xiàn)的故障應(yīng)能及時(shí)報(bào)警，以便最大限度地利用電池的存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。電池組管理系統(tǒng)包括電池組電壓測試、電池組電流測試、電池組和單節(jié)電池的溫度測試、SOC計(jì)算以及顯示技術(shù)、電池組剩余電量顯示、車輛在線可行駛里程顯示、自動(dòng)診斷系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)。2.電線線路管理系統(tǒng)動(dòng)力蓄電池組是由很多節(jié)單節(jié)電池串聯(lián)組成的，如果是鉛酸蓄電池，需要8～32節(jié)12V的單節(jié)電池串聯(lián)起來，其他電池需要用更多的單節(jié)電池串聯(lián)而成。為了能夠分別安裝在混合動(dòng)力汽車的不同位置處，通常動(dòng)力蓄電池組上分為多個(gè)小的電池組分散進(jìn)行布置，這樣有利于電池組的機(jī)械化安裝、拆卸和檢修。3.熱（溫度）管理系統(tǒng)包括電池組組合方式、電池組分組和支架布置、通風(fēng)管理系統(tǒng)和風(fēng)扇、溫度管理ECU及溫度傳感器、熱能的管理與應(yīng)用等。4.電壓平衡控制系統(tǒng)平衡各電池的充電量，能延長電池壽命，并對(duì)更換后的新電池進(jìn)行容量平衡。電池管理系統(tǒng)的主要作用以及相應(yīng)的傳感器輸入與輸出控制見表。作用傳感器輸入的信號(hào)執(zhí)行器件防止過充電電池電壓、電流和溫度充電機(jī)避免深度放電電池電壓、電流和溫度電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)換器溫度控制電池溫度空調(diào)機(jī)電池組件電壓和溫度平衡電池電壓和溫度平衡裝置預(yù)測電池的剩余電量和還能行駛的里程電池電壓、電流和溫度顯示裝置電池故障的診斷電池電壓、電流和溫度非在線分析裝置

電池管理系統(tǒng)的主要作用以及相應(yīng)的傳感器輸入和輸出控制（二）電池管理系統(tǒng)的工作原理

電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理是，數(shù)據(jù)采集電路采集電池電壓、電流和溫度等狀態(tài)信息數(shù)據(jù)后，通過CAN總線將數(shù)據(jù)傳送給主控制單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，然后電池管理系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令（如控制風(fēng)機(jī)開、關(guān)等），并對(duì)外界傳遞參數(shù)信息；同時(shí)，電池管理系統(tǒng)也能通過CAN總線與組合儀表及充電機(jī)等進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示、充電監(jiān)控等功能。二、電池管理系統(tǒng)的功能電池管理系統(tǒng)的功能框圖，它主要包括數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)估計(jì)、熱管理、數(shù)據(jù)通信、安全管理、能量管理等功能。電池管理系統(tǒng)的功能框圖（一）數(shù)據(jù)采集功能電池管理系統(tǒng)的所有算法都是以采集的動(dòng)力蓄電池?cái)?shù)據(jù)作為輸入，它是電池管理系統(tǒng)所有功能的基礎(chǔ)，需要采集的信息有電池電壓、電流、電池模塊電壓和溫度。（二）電池狀態(tài)估計(jì)功能電池狀態(tài)估計(jì)功能包括電池組荷電狀態(tài)（stateofcharge，SOC）和電池組健康狀態(tài)（stateofheath，SOH）兩方面。SOC提供電池剩余電量的信息，是計(jì)算和估計(jì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的基礎(chǔ)，SOH提供電池健康狀態(tài)的信息，預(yù)計(jì)可用壽命等健康狀態(tài)的參數(shù)。SOC是防止動(dòng)力蓄電池過充電和過放電的主要依據(jù)，只有準(zhǔn)確估算電池組的SOC，才能有效提高動(dòng)力蓄電池組的利用效率，保證動(dòng)力蓄電池組的使用壽命。在電動(dòng)汽車中，準(zhǔn)確估算蓄電池的

SOC,可以保護(hù)蓄電池，提高整車性能，降低對(duì)動(dòng)力蓄電池的要求以及提高經(jīng)濟(jì)性等。目前的電池管理系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了

SOC估計(jì)功能，SOH估計(jì)技術(shù)尚不成熟。（三）熱管理功能

熱管理指BMS根據(jù)熱管理控制策略控制電池組熱管理系統(tǒng)的工作，主要用于電池工作溫度高于適宜工作溫度上限時(shí)對(duì)電池進(jìn)行冷卻，低于適宜工作溫度下限時(shí)對(duì)電池進(jìn)行加熱，使電池處于適宜的工作溫度范圍內(nèi)，并在電池工作過程中保持電池單體間溫度的均衡。對(duì)于大功率放電和高溫條件下使用的電池，電池的熱管理尤為必要。（四）數(shù)據(jù)通信功能

數(shù)據(jù)通信功能是指電池管理系統(tǒng)與整車控制器、電動(dòng)機(jī)控制器等車載設(shè)備及上位機(jī)等非車載設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的功能。

（五）安全管理功能電動(dòng)車輛上的電池組具有數(shù)百伏的高壓電，為保證用電安全，BMS必須實(shí)時(shí)監(jiān)控電池電壓、電流和高壓電路狀態(tài)，在出現(xiàn)異常狀況后能立即給予及時(shí)報(bào)警并進(jìn)行緊急處理。（六）能量管理功能能量管理功能是指對(duì)電池組充放電過程的控制，其中包括對(duì)電池組內(nèi)單體或模塊進(jìn)行電量均衡。能量管理主要包括以電流、電壓、溫度、SOC和SOH為輸入進(jìn)行充電過程控制及以SOC、SOH和溫度等參數(shù)為條件進(jìn)行放電功率控制兩個(gè)部分。

（七）均衡控制功能電池組的工作狀態(tài)由其內(nèi)部最差電池單體決定，電池的一致性差異導(dǎo)致的電池組的工作狀態(tài)是由最差電池單體決定的。在電池組各個(gè)電池之間設(shè)置均衡電路，實(shí)施均衡控制的目的是使各單體電池充、放電的工作情況盡量一致，以提高整體電池組的工作性能。

（八）電池狀態(tài)故障診斷功能

故障診斷功能是BMS的重要組成部分，故障診斷可以在動(dòng)力蓄電池組工作過程中，實(shí)時(shí)掌握電池的各種狀態(tài)，甚至在停機(jī)狀態(tài)下也能將電池故障信息定位到動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的各個(gè)部分（包括電池模塊）。三、蓄電池的熱管理（一）蓄電池?zé)峁芾淼脑?.蓄電池高溫控制原理通常采取強(qiáng)制冷風(fēng)的方法來降低蓄電池的溫度。蓄電池管理系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測，得到蓄電池組中各蓄電池的溫度信息。當(dāng)蓄電池工作溫度達(dá)到設(shè)定的高限值時(shí)，蓄電池就需要進(jìn)行散熱處理，包括采取風(fēng)冷和水冷等措施，以保證蓄電池的溫度和溫升控制在一定的范圍內(nèi)。在蓄電池的溫度管理失效以后，當(dāng)蓄電池溫度達(dá)到最高允許值時(shí)，則蓄電池管理系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并會(huì)斷開電路，控制蓄電池停止充放電，以保證蓄電池的使用安全。2.蓄電池低溫控制原理在低溫時(shí)，蓄電池的活性差。對(duì)鋰離子蓄電池來說，由于負(fù)極石墨的嵌入能力下降，此時(shí)以大電流充電很可能出現(xiàn)鋰離子蓄電池?zé)崾Э?，甚至出現(xiàn)安全事故。為了避免這一問題，當(dāng)蓄電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到蓄電池的溫度過低時(shí)，會(huì)向充電裝置發(fā)出控制信號(hào)，充電裝置根據(jù)蓄電池管理系統(tǒng)的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)入小電流充電。另外，在低溫環(huán)境（小于10°C)下，蓄電池的內(nèi)阻增大，在充電過程中，蓄電池的歐姆極化增大，充電效率下降，而這部分能量轉(zhuǎn)化為熱量，使蓄電池的溫度逐漸升高。因此，當(dāng)蓄電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到環(huán)境溫度過低時(shí)，也會(huì)控制充電裝置轉(zhuǎn)入小電流充電，直至蓄電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到正常溫度時(shí)，再控制充電裝置恢復(fù)至正常電流模式充電。（二）電池組熱管理系統(tǒng)的類型從控制的角度看，目前的動(dòng)力蓄電池組熱管理系統(tǒng)可以分為主動(dòng)式、被動(dòng)式兩類，從傳熱介質(zhì)的角度看，熱管理系統(tǒng)主要包括氣體冷卻法、液體冷卻法、相變材料冷卻法及帶加熱的熱管理系統(tǒng)等。1.氣體冷卻法采用空氣作為傳熱介質(zhì)，直接把空氣引入動(dòng)力蓄電池，使其流過動(dòng)力蓄電池以達(dá)到散熱目的，一般需有風(fēng)扇、進(jìn)出口風(fēng)道等部件。氣體冷卻法主要包括自然對(duì)流冷卻法和強(qiáng)迫空氣對(duì)流冷卻法。（1）串行通行方式（見圖a）

當(dāng)蓄電池需要散熱時(shí)，風(fēng)機(jī)工作，使空氣從一側(cè)進(jìn)，從另一側(cè)出。冷空氣進(jìn)入后，在經(jīng)過蓄電池時(shí)不斷地被加熱。這樣，在蓄電池入口一側(cè)被空氣帶走的熱量相對(duì)較多，而在蓄電池出口一側(cè)的散熱效果要差于在空氣一側(cè)。所以，采用串行通風(fēng)方式的蓄電池的散熱均勻性不太理想，目前已較少采用。（2）并行通風(fēng)方式（見圖b）

通過對(duì)蓄電池的布置以及對(duì)楔形進(jìn)排氣通道的合理設(shè)計(jì)，可以確保進(jìn)入每個(gè)蓄電池縫隙之間的空氣流量均勻，蓄電池組各蓄電池散熱一致，熱電池溫度一致性好。并行通風(fēng)方式是目前采用較多的蓄電池散熱結(jié)構(gòu)。幾種典型的氣體冷卻方式2.液體冷卻法以液體為介質(zhì)的傳熱，需在動(dòng)力蓄電池組與液體介質(zhì)之同建立傳熱通道，比如水套，以對(duì)流和導(dǎo)熱兩種形式進(jìn)行間接式加熱/冷卻，傳熱介質(zhì)可以采用水、乙二醇，甚至制冷劑，也有把動(dòng)力蓄電池組沉浸在電介質(zhì)的液體中直接傳熱的方式，但必須采用絕緣措施，以免發(fā)生短路。液體冷卻法主要包括被動(dòng)式液體冷卻和主動(dòng)式液體冷卻。一種典型的液體冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成3.相變材料冷卻法近年來在國外和國內(nèi)出現(xiàn)了采用相變材料PCM冷卻的動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，針對(duì)動(dòng)力蓄電池在充電時(shí)吸熱、放電時(shí)放熱的特點(diǎn)，在全封閉的動(dòng)力蓄電池單體之間填充相變材料，靠相變材料的融化或凝固來工作。4.帶加熱的熱管理系統(tǒng)在較冷的環(huán)境中，動(dòng)力蓄電池性能會(huì)降低，造成電動(dòng)汽車整車性能降低，此時(shí)需要對(duì)動(dòng)力蓄電池進(jìn)行加熱。在寒冷環(huán)境中給動(dòng)力蓄電池加熱比使動(dòng)力蓄電池散熱更困難。福特公司研發(fā)出的鋰離子蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)即包括冷卻和加熱兩種功能。（三）注意事項(xiàng)蓄電池組安放在箱體內(nèi)通過風(fēng)機(jī)降溫，如果通風(fēng)不當(dāng)，則容易造成箱內(nèi)各蓄電池的溫度不一致，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池的容量、內(nèi)阻的不一致。在蓄電池的使用過程中，容量較小的蓄電池容易產(chǎn)生過充電和過放電，進(jìn)而影響其性能和壽命，并造成安全隱患。因此，蓄電池箱體內(nèi)蓄電池的布置和散熱風(fēng)道的布局，均要盡量保證蓄電池組的散熱均勻性。另外，在電動(dòng)汽車上，由于動(dòng)力蓄電池組各個(gè)蓄電池或各個(gè)分電池組布置在車輛不同的位置上，各處的散熱環(huán)境都不同，這些差別也會(huì)對(duì)蓄電池充、放電性能和蓄電池的使用壽命造成影響。為了保證每個(gè)蓄電池都能有良好的散熱條件和環(huán)境，將電動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池組裝在一個(gè)強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)中，使各個(gè)蓄電池的溫度保持一致或相接近，并且使各個(gè)蓄電池的周邊環(huán)境條件相似。四、BMS常見故障類型及檢修方法（一）CAN總線通信故障CAN總線或電源線脫落、端子退針都會(huì)導(dǎo)致通信故障。在保證BMS供電正常的狀態(tài)下，將萬用表調(diào)至直流電壓檔，紅表筆觸碰內(nèi)部CAN-H，黑表筆觸碰內(nèi)部CAN-L，測量通信電路的輸出電壓，即通信電路內(nèi)部CAN-H與CAN-L之間的電壓，正常電壓值為1.5V左右，若電壓值異常，則可判定為BMS硬件故障，需更換。1.BMS未正常工作當(dāng)出現(xiàn)BMS未正常工作現(xiàn)象時(shí)，可重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：（1）BMS的供電電壓

首先測量整車接插件處，整車給BMS的供電電壓是否有穩(wěn)定的輸出。（2）CAN總線或輔助蓄電池線連接不可靠

CAN總線或電源輸出線連接不可靠會(huì)導(dǎo)致通信故障。應(yīng)對(duì)主板到從板或高壓板的通信線、電源線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)脫落斷開的線束，應(yīng)進(jìn)行更換或重新連接。（3）接插件退針或損壞

低壓通信航空插頭退針會(huì)導(dǎo)致從板無電源或從板數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)街靼澹瑧?yīng)檢查插頭和接插件，發(fā)現(xiàn)退針或損壞的應(yīng)進(jìn)行更換。（4）控制主板

換板進(jìn)行監(jiān)控，更換后故障解除則確定為主板問題。2.電壓采集異常當(dāng)出現(xiàn)電壓采集異?，F(xiàn)象時(shí)，重點(diǎn)考慮下列幾種情況：（1）動(dòng)力蓄電池本身欠壓

將監(jiān)控電壓值與萬用表實(shí)際測量的電壓值對(duì)比，確認(rèn)后更換動(dòng)力蓄電池。（2）采集線端子緊固螺栓松動(dòng)或采集線與端子接觸不良

螺栓松動(dòng)或端子接觸不良會(huì)導(dǎo)致單體電壓采集不準(zhǔn)，此時(shí)輕搖采集端子，確認(rèn)接觸不良后，緊固或更換采集線。（3）采集線熔絲損壞

測量熔絲阻值，若在1Ω以上，需進(jìn)行更換。（4）從板檢查問題

確認(rèn)采集電壓與實(shí)際電壓不一致，其他從板若采集電壓與動(dòng)力蓄電池電壓一致，則需更換從板并收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，讀取歷史故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。3.溫度采集異常當(dāng)出現(xiàn)溫度采集異?，F(xiàn)象時(shí)，重點(diǎn)考慮下列幾種情況：（1）溫度傳感器失效

若單個(gè)溫度數(shù)據(jù)缺失時(shí)，檢查中間對(duì)接插頭，若無連接異常，可確定為傳感器損壞，更換即可。（2）溫度傳感器線束連接不可靠

檢查中間對(duì)接插頭或者控制口溫度傳感器線束，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)或者脫落，應(yīng)更換線束（3）BMS存在硬件故障

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)BMS無法采集整體溫度，并確認(rèn)從控制線束到轉(zhuǎn)接插頭以及從轉(zhuǎn)接插頭到溫度傳感器的線束導(dǎo)通正常，則可判定為BMS硬件問題，更換對(duì)應(yīng)的從板。（4）更換從板后是否重新加載電源

在更換故障從板后要重新加載電源，否則監(jiān)控值會(huì)顯示異常。4.絕緣故障BMS中工作線束的接插件內(nèi)芯與外殼短接、高壓線破損與車體短接會(huì)導(dǎo)致絕緣故障，同時(shí)電壓采集線破損與動(dòng)力蓄電池箱體短接，也會(huì)導(dǎo)致絕緣故障。針對(duì)此類情況，按下列方法分別分析診斷維修：（1）高壓負(fù)載漏電

依次斷開DC/DC轉(zhuǎn)換器、PCU、充電機(jī)和空調(diào)等，直到故障解除，然后對(duì)故障件進(jìn)行更換。（2）高壓線或插接器破損

使用兆歐表進(jìn)行測量，檢查確認(rèn)后進(jìn)行更換。（3）動(dòng)力蓄電池箱進(jìn)水或動(dòng)力蓄電池漏液

對(duì)動(dòng)力蓄電池箱內(nèi)部進(jìn)行處理或更換動(dòng)力蓄電池。（4）電壓采集線破損

確定動(dòng)力蓄電池箱內(nèi)部漏電后檢查采集線，若發(fā)現(xiàn)破損進(jìn)行更換。高壓板檢測誤報(bào)

對(duì)高壓板進(jìn)行更換，更換后故障解除則確定為高壓板檢測故障。5.總壓檢測故障導(dǎo)致總壓檢測故障的原因可分為：采集線與端子間松動(dòng)或脫落，導(dǎo)致總壓采集故障；螺母松動(dòng)導(dǎo)致打火和總壓采集故障；高壓插接器松動(dòng)導(dǎo)致打火和總壓檢測故障；維修開關(guān)按下導(dǎo)致總壓采集故障等。在實(shí)際檢測過程中，可分別按下列方法進(jìn)行維修處理：（1）總壓采集線兩端端子連接不可靠

用萬用表測量檢測點(diǎn)總壓與監(jiān)控總壓對(duì)比，然后檢查檢測電路，發(fā)現(xiàn)連接不可靠，進(jìn)行緊固或更換。（2）高壓回路連接異常

用萬用表測量檢測點(diǎn)總壓與監(jiān)控總壓，并進(jìn)行對(duì)比，然后從檢測點(diǎn)依次檢查維修開關(guān)、螺栓、插接器和熔絲等，發(fā)現(xiàn)異常，進(jìn)行更換。（3）高壓板檢測故障

對(duì)比實(shí)際總壓和監(jiān)控總壓，更換高壓板后，若總壓恢復(fù)正常，則可確定為高壓板故障，予以更換。6.預(yù)充電故障導(dǎo)致出現(xiàn)預(yù)充電故障的原因可分為：外總壓采集端子松動(dòng)脫落導(dǎo)致預(yù)充電故障，主板控制線無12V電壓導(dǎo)致預(yù)充電繼電器不閉合，預(yù)充電電阻損壞導(dǎo)致預(yù)充電失敗等。結(jié)合實(shí)車，可按以下幾類情況分別進(jìn)行檢查：（1）外部高壓部件故障

當(dāng)BMS報(bào)預(yù)充電故障時(shí)，斷開總正、總負(fù)繼電器后，若預(yù)充電成功，則故障由外部高壓部件引起，分段排查高壓接線盒和PCU。（2）主板問題不能閉合預(yù)充電繼電器

檢測預(yù)充電繼電器是否有12V電壓，如果沒有則更換主板，若更換后預(yù)充電成功，則確定主板故障。（3）主熔絲或預(yù)充電阻損壞

測量預(yù)充電熔絲導(dǎo)通情況和電阻阻值，若異常則更換。（4）高壓板外部總壓檢測故障

換高壓板后預(yù)充電成功，則可確定高壓板故障，更換即可。7.無法充電無法充電現(xiàn)象大致可總結(jié)為下列兩種情況，一是接插件兩端

CAN總線端子退針或脫落，異致主板與充電機(jī)無法通信，從而導(dǎo)致無法充電；二是充電熔絲損壞會(huì)導(dǎo)致充電回路無法形成，充電無法完成。實(shí)際車輛檢測中若遇到無法充電的情況，可從以下幾個(gè)方面入手，進(jìn)行故障的維修處理：（1）充電機(jī)與主板未正常通信

使用儀器讀取整車CAN總線工作數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)無充電機(jī)或者BMS工作數(shù)據(jù)時(shí)，立即檢查CAN總線通信線束，有接插件接觸不良或電路中斷，立即進(jìn)行修復(fù)。（2）充電機(jī)或主板故障不能正常起動(dòng)

對(duì)充電機(jī)或主板進(jìn)行更換，然后重新加載電壓，若更換后可以充電，則可確定為充電機(jī)或主板故障。（3）BMS檢查到故障，不允許充電

通過監(jiān)控判斷故障類型，然后解頭故障直至充電成功（4）充電熔絲損壞，無法形成充電回路

使用萬用表檢測充電熔絲導(dǎo)通情況，若無法導(dǎo)通，則立即更換。8.電流顯示異常故障BMS控制線束的端子脫落或螺栓松動(dòng)、端子或螺栓表面氧化均會(huì)導(dǎo)致電流誤差。當(dāng)出現(xiàn)電流顯示異常時(shí)，應(yīng)完整詳細(xì)地檢查電流采集線的安裝情況。（1）電流采集線未正確連接

此時(shí)會(huì)導(dǎo)致電流正負(fù)顛倒，更換即可。（2）電流采集線連接不可靠

首先確定高壓回路有穩(wěn)定電流，而當(dāng)監(jiān)控電流波動(dòng)較大時(shí)，檢查分流器兩端電流采集線，發(fā)現(xiàn)螺檢松動(dòng)應(yīng)立即進(jìn)行緊固。（3）檢測端子表面氧化情況

首先確定高壓回路有穩(wěn)定電流，而當(dāng)監(jiān)控電流遠(yuǎn)低于實(shí)際電流時(shí)，檢測端子或螺栓表面是否有氧化層，有則對(duì)其表面進(jìn)行處理。（4）高壓板電流檢測異常

斷開維修開關(guān)后，若監(jiān)控電流值在0.2A以上，則高壓板電流檢測異常，應(yīng)對(duì)高壓板進(jìn)行更換。9.高壓互鎖故障打至

ON檔時(shí)，測量此處是否有高壓輸入，檢查四個(gè)端子是否插接牢靠，并測量驅(qū)動(dòng)端是否有12V電壓（細(xì)線為電壓驅(qū)動(dòng)線)。按照具體情況，可分為以下三類：1）DC/DC轉(zhuǎn)換器故障。2）測量DC/DC轉(zhuǎn)換器高壓輸入插頭，在打開ON檔時(shí)是否有短時(shí)高壓，有則確定為DC/DC轉(zhuǎn)換器故障，予以更換。3）DC/DC轉(zhuǎn)換器繼電器端子未插接牢靠。4）檢查繼電器高壓、低壓端子，不可靠的重新插接牢靠。5）主板或轉(zhuǎn)接板故障導(dǎo)致DC/DC轉(zhuǎn)換器繼電器不閉合。6）測量DC/DC轉(zhuǎn)換器繼電器電壓驅(qū)動(dòng)端，打至ON檔短時(shí)間無12V電壓，則更換主板或轉(zhuǎn)接板。本任務(wù)具體介紹了電池管理系統(tǒng)的組成、工作原理與功能以及蓄電池的熱管理。電池管理系統(tǒng)一般由一些傳感器（用于測量電壓、電流和溫度等）、一個(gè)帶微處理器的控制單元和一些輸入/輸出接口等組成。電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理是，數(shù)據(jù)采集電路采集電池電壓、電流和溫度等狀態(tài)信息數(shù)據(jù)后，通過CAN總線將數(shù)據(jù)傳送給主控制單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，然后電池管理系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令（如控制風(fēng)機(jī)開、關(guān)等），并對(duì)外界傳遞參數(shù)信息；同時(shí)，電池管理系統(tǒng)也能通過CAN總線與組合儀表及充電機(jī)等進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示、充電監(jiān)控等功能。電池管理系統(tǒng)的功能主要包括數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)估計(jì)、熱管理、數(shù)據(jù)通信、安全管理、能量管理等功能。蓄電池性能的發(fā)揮與其溫度有密切的關(guān)系。蓄電池必須保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶畠?nèi)，才能保證電池組正常工作并延長蓄電池的壽命。學(xué)習(xí)小結(jié)任務(wù)三純電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)檢修任務(wù)描述對(duì)于電動(dòng)汽車來說，不同的運(yùn)行模式對(duì)電池的充電時(shí)間有不同的要求。而充電時(shí)間的不同，則需要不同的充電方式來滿足，并且不同電池都有其最佳的充電電壓、電流和充電時(shí)間。因此，電動(dòng)汽車的充電技術(shù)是維持電動(dòng)汽車運(yùn)行的一項(xiàng)必要手段。本任務(wù)介紹了電動(dòng)汽車的不同充電方式以及不同的充電設(shè)施。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)三純電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)檢修一、充電方式（一）常規(guī)充電方式（慢充方式）常規(guī)充電方式是以較小電流（約為15A），采用恒壓、恒流的充電方式對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行充電，充電時(shí)問通常為6~10h，有利于提高充電效率和延長電池的使用壽命。以120A?h的蓄電池為例，充電時(shí)間要持續(xù)8h以上。（二）快速充電方式快速充電方式是指在短時(shí)間（20~30min)內(nèi)使電動(dòng)汽車的蓄電池達(dá)到或接近完全充滿狀態(tài)的一種方法。（三）更換電池方式更換電池方式是通過直接更換車載電池的方法補(bǔ)充電能，即在蓄電池電量耗盡時(shí)，用充滿電的電池更換已經(jīng)耗盡電的電池。（四）無線充電方式純電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)是一種新型的電動(dòng)汽車電能供給方式。電動(dòng)汽車無線充電方式的原理類似于在車?yán)锸褂靡苿?dòng)電話，將電能轉(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊激光或微波束，在汽車頂上安裝一個(gè)專用天線接收即可。理論知識(shí)無線充電技術(shù)主要通過電磁感應(yīng)、電池共振、射頻、微波、激光等方式實(shí)現(xiàn)非接觸式的電力傳輸。純電動(dòng)汽車的無線充電方式有電磁感應(yīng)式（見圖磁共振式、微波式（無線電）三種。

電磁感應(yīng)式充電

三種無線充電方式的比較項(xiàng)目電磁感應(yīng)式磁共振式微波式充電原理向地面下的一次線圈提供交流電流，線圈產(chǎn)生交變磁場，感應(yīng)在車底部的二次線圈，二次線圈產(chǎn)生交流電基本原理與電磁感應(yīng)式相同，只是一次線圈和二次線圈使用同一共振頻率，可將阻抗控制在最低，增大發(fā)送距離充電部分和接收部分均采用2.45Ghz的微波使用頻率范圍22kHz13.56kHz2.45Ghz輸出功率/kW3011傳送距離/mm1004001000充電效率/%929538

1.電磁感應(yīng)式電磁感應(yīng)充電是通過送電線線圈和接收線圈之間傳輸電力，這是接近實(shí)用化的一種充電方式。2.磁共振式磁共振充電主要由電源、電力輸出、電力接收、整流器等主要部分組成，基本原理與電磁感應(yīng)方式基本相同。3.微波式又叫移動(dòng)式充電。對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池而言，最理想的情況是汽車在路上行駛時(shí)充電，即所謂的移動(dòng)式充電。（五）純電動(dòng)汽車無接觸電能傳輸系統(tǒng)構(gòu)成新型感應(yīng)耦合式無接觸電能傳輸系統(tǒng)主要由三大部分組成，即能量發(fā)送端、無接觸變壓器和能量接收端。

純電動(dòng)汽車無接觸電能傳輸系統(tǒng)構(gòu)成二、充電接口充電接口是指用于連接活動(dòng)電纜和電動(dòng)汽車的充電部件，由充電插座和充電插頭兩部分構(gòu)成。由于是連接電纜使用，因而充電插頭是傳導(dǎo)式充電機(jī)的必備設(shè)備。充電插頭在充電過程中與充電插座結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合，從而實(shí)現(xiàn)電能的傳輸。（一）對(duì)充電接口的要求在電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化過程中，充電接口的標(biāo)淮化至關(guān)重要。充電接口應(yīng)該滿足以下要求。1）能夠?qū)崿F(xiàn)較大電流的傳輸和傳導(dǎo)，避免因電流過大而引起插座發(fā)熱和故障。2）插頭能夠與插座充分耦合，接觸電阻小，避免因接觸不良而引起火花塞燒蝕或虛接。3）能夠?qū)崿F(xiàn)必要的通信功能，便于電動(dòng)汽車CAN通信或者電池管理系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)對(duì)接。4）具備防誤插功能：由于電動(dòng)汽車使用的充電設(shè)備或者電池的型號(hào)和性能不同，因而所需要的電源就不一樣；同時(shí)，由于各插頭的性能不同，故插頭的電極不能插錯(cuò)，這就需要對(duì)不同的電源插頭要有一定的識(shí)別能力。5）具備合理的外形，便于執(zhí)行插拔作業(yè)。（二）充電接口形式電動(dòng)汽車充電接口的類型主要由單相交流充電接口、三相交流充電接口和直流充電接口三種。1.交流充電接口交流充電由于受不同國家和地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，在充電標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)充電連接器電壓和電流的要求也不盡相同。從交流接口的外形來看，三種標(biāo)準(zhǔn)也有區(qū)別。

幾種充電標(biāo)準(zhǔn)汽車插頭接口界面比較

我國制定的交流充電接口形式交流充電接口端子功能定義觸點(diǎn)識(shí)別額定電壓/V額定電流/A功能定義L25013/32交流電源N25016/32中線PE

保護(hù)接地，連接供電設(shè)備地線和汽車底盤地線CP362控制確認(rèn)CC362充電連接確認(rèn)NC1

預(yù)留通信端子NC2

預(yù)留通信端子2.直流充電接口為了實(shí)現(xiàn)對(duì)商用汽車及乘用汽車的快速能源補(bǔ)給，可利用非車載充電機(jī)將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，通過直流充電接口完成充電過程。

直流充電接口端子功能定義觸點(diǎn)編號(hào)觸點(diǎn)標(biāo)識(shí)額定電壓/V額定電流/A功能定義1DC+750125/250直流電源正極，連接直流電源正極與電池正極2DC-750125/250直流電源負(fù)極，連接直流電源負(fù)極與電池負(fù)極3PE

保護(hù)接地，連接供電設(shè)備地線和汽車底盤地線4S+362充電通信CAN-H，連接非車載充電機(jī)與電動(dòng)汽車的通信線5S-362充電通信CAN-L，連接非車載充電機(jī)與電動(dòng)汽車的通信線6CC1362充電連接確認(rèn)17CC2362充電連接確認(rèn)28A+3620低壓輔助電源正極，非車載充電機(jī)為電動(dòng)汽車提供低壓輔助電源正極9A-3620低壓輔助電源負(fù)極，非車載充電機(jī)為電動(dòng)汽車提供低壓輔助電源負(fù)極出于安全的考慮，在充電接口連接過程中端子連接順序?yàn)?，保護(hù)接地、直流電源正極、直流電源負(fù)極、低壓輔助電源正極、低壓輔助電源負(fù)極、充電電通信；在脫開的過程中則順序相反。電動(dòng)汽車的汽車控制裝置能夠通過測量檢查點(diǎn)的峰值電壓判斷充電插頭與充電插座是否充分連接。直流充電接口三、充電設(shè)施電動(dòng)汽車充電設(shè)施主要包括充電站及其附屬設(shè)備，如充電機(jī)、充電站監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、充電樁、配電室以及安全防護(hù)設(shè)備等。（一）充電機(jī)電動(dòng)汽車充電機(jī)與交流電網(wǎng)連接，從供電電源提取能量，以合適的方式傳遞給動(dòng)力蓄電池，從而建立供電電源與動(dòng)力蓄電池之間的功率轉(zhuǎn)換接口。它一般由功率單元、控制單元、計(jì)量單元、充電接口、供電接口及人機(jī)交互界面等部分組成，實(shí)現(xiàn)充電、計(jì)量等功能，并擴(kuò)展具有反接、過載、短路、過熱等多重保護(hù)功能，以及延時(shí)起動(dòng)、軟起動(dòng)、斷電記憶自起動(dòng)等功能。一般情況下，充電機(jī)應(yīng)至少能為以下三種類型動(dòng)力蓄電池中的一種（或多種）充電：鋰離子蓄電池、鉛酸蓄電池、鎳-氫電池。1.充電機(jī)的類型電動(dòng)汽車充電機(jī)按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分成多種類型，見表。分類標(biāo)準(zhǔn)充電機(jī)類型安裝位置車載充電機(jī)地面充電機(jī)輸入電源單機(jī)充電機(jī)三相充電機(jī)連接方式傳導(dǎo)式充電機(jī)感應(yīng)式充電機(jī)功能普通充電機(jī)多功能充電機(jī)功率變換元件及控制原理磁放大型充電機(jī)相控型充電機(jī)高頻開關(guān)模塊型充電機(jī)

電動(dòng)汽車充電機(jī)類型（1）按安裝位置可以分為車載充電機(jī)和地面充電機(jī)車載充電機(jī)又稱為交流充電機(jī)，是指安裝在電動(dòng)汽車上可采用地面交流電網(wǎng)電源對(duì)電池組進(jìn)行充電的裝置。

車載充電機(jī)與充電電源的連接地面充電機(jī)又稱為直流充電機(jī)，指采用直流充電模式為電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池總成進(jìn)行充電的充電機(jī)。電動(dòng)汽車與地面充電機(jī)充電連接（2）按輸入電源可以分為單相充電機(jī)和三相充電機(jī)

1）單相充電機(jī)。

充電機(jī)的交流輸入電源為單相電源，功率較小，一般用于車載充電機(jī)。2）三相充電機(jī)。充電機(jī)的交流輸入電源為三相電源，功率較大，一般用于地面充電機(jī)。（3）按連接方式可以分為傳導(dǎo)式充電機(jī)和感應(yīng)式充電機(jī)

傳導(dǎo)式充電機(jī)的輸出端直接連接到電動(dòng)汽車上，兩者之間存在實(shí)際的物理連接，電動(dòng)汽車上不裝備電子電路。這種充電方式結(jié)構(gòu)簡單，能量傳遞效率高且造價(jià)低，目前大多數(shù)充電機(jī)采用的都是這種傳導(dǎo)式。（4）按充電機(jī)的使用功能可以分為普通充電機(jī)和多功能充電機(jī)

普通充電機(jī)只提供對(duì)電池的充電功能，無自動(dòng)控制、對(duì)電網(wǎng)諧波的抑制及無功補(bǔ)償?shù)裙δ?，?duì)蓄電池的充電由人工手動(dòng)控制。而多功能充電機(jī)除了提供對(duì)電池的充電功能以外，還能夠提供諸如對(duì)電池進(jìn)行容量測試、對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行諧波抑制、無功功率補(bǔ)償和負(fù)載平衡等功能。由于當(dāng)前實(shí)際運(yùn)用的充電機(jī)基本上以交流電源作為輸入電源，所以充電機(jī)的功率轉(zhuǎn)換單元本質(zhì)上是一個(gè)

AC/DC轉(zhuǎn)換器。（5）按所采用的功率交換元件及控制原理的不同可以分為磁放大型充電機(jī)、相控型充電機(jī)及高頻開關(guān)模塊型充電機(jī)1）磁放大型充電機(jī)。

磁放大型充電機(jī)由飽和電抗器和整流變壓器構(gòu)成，利用飽和電抗器的調(diào)整繞組進(jìn)行調(diào)壓，接線簡單，調(diào)試方便，但容量較小。2）相控型充電機(jī)。相控型充電機(jī)由接在隔離變壓器二次繞組上的晶閘管整流器進(jìn)行調(diào)壓，接線較復(fù)雜，容量較大。3）高頻開關(guān)模塊型充電機(jī)。高頻開關(guān)模塊型充電機(jī)將高頻開關(guān)頻率結(jié)合脈寬調(diào)制技術(shù)應(yīng)用在開關(guān)電源上，取消了龐大的隔離變壓器。它在高頻化、小型化及模塊化上有很大進(jìn)展，具有輸出穩(wěn)流、穩(wěn)壓精度高、紋波系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。2.充電機(jī)功能（1）充電設(shè)定方式可分為自動(dòng)設(shè)定和手動(dòng)設(shè)定兩種

自動(dòng)設(shè)定方式是在充電過程中，充電動(dòng)機(jī)依據(jù)蓄電池管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整充電參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，完成充電過程。（2）充電機(jī)采用高頻開關(guān)電源模塊

主要功能是將交流電源變換為高品質(zhì)的直流電源，采用的是脈沖寬度調(diào)制方式原理。模塊由全波整流及濾波器、高頻變換及高頻變壓器、高頻整流濾波器等組成。（二）充電站充電站是快速高效、經(jīng)濟(jì)安全地為各種電動(dòng)汽車提供運(yùn)行中所需電能的服務(wù)性基礎(chǔ)設(shè)施。為提高電動(dòng)汽車的使用率和使用方便性。1.標(biāo)準(zhǔn)充電站（又稱充電樁）標(biāo)準(zhǔn)充電站是為帶車載充電機(jī)的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的，采用正常電流充電，一般分布在居民區(qū)或工作場所附近的停車場，規(guī)模較大，以便能夠同時(shí)為很多電動(dòng)汽車采用正常充電電流充電，—般電動(dòng)汽車充滿電需要6～8h。（1）充電樁的組成

充電樁是充電機(jī)為電動(dòng)汽車充電的終端輔助設(shè)備，實(shí)現(xiàn)提供充電接口、人機(jī)接口等功能，對(duì)電動(dòng)汽車的充電進(jìn)行控制。電動(dòng)汽車充電樁交流充電樁基本構(gòu)成（2）充電樁的類型1）以安裝條件進(jìn)行分類，主要分為立式充電樁和壁掛式充電樁。立式充電樁無需靠墻固定，適用于戶外停車位或小區(qū)停車位，而壁掛式充電樁必須依靠墻體固定，適用于室內(nèi)和地下停車位。2）以服務(wù)對(duì)象進(jìn)行分類，主要分為公共充電樁、專用充電樁和自用充電樁。對(duì)不同服務(wù)對(duì)象的充電樁是可以進(jìn)行角色互換的，這里只是一種對(duì)充電樁的用途的區(qū)分。公共充電樁由政府機(jī)關(guān)等具有公其服務(wù)性質(zhì)的機(jī)構(gòu)置辦，服務(wù)對(duì)象面向任何電動(dòng)汽車車主，例如公共停車場。而專用充電樁多為企業(yè)建造，服務(wù)對(duì)象為客戶和內(nèi)部人員，例如商場停車場。自用充電樁為私人充電樁，安裝于私人領(lǐng)域，不對(duì)外開放。3）以安裝地點(diǎn)進(jìn)行分類，主要分為室內(nèi)充電樁和室外充電樁。室內(nèi)充電樁的防護(hù)等級(jí)起碼要達(dá)到IP32以上，而室外充電樁需要面臨風(fēng)雨交加的惡劣環(huán)境，需要更好的絕緣性和避雷條件，其防護(hù)等級(jí)起碼要達(dá)到IP54級(jí)以上，方可保障人身安全、車身安全和充電設(shè)備安全。4）以充電接口的數(shù)量進(jìn)行分類，主要分為一樁一充充電樁和一樁多充充電樁。目前市場上充電樁以一樁一充充電樁為主，在公交停車場這伴的大型停車場中，需要一樁多充充電樁，同步支持多輛電動(dòng)汽車充電，不但加快了充電效率，也節(jié)省了人工。5）以充電類型進(jìn)行分類，主要分為交流充電樁、直流充電樁和交直流一體充電樁。交流充電樁是安裝在電動(dòng)汽車外，與交流電網(wǎng)連接，為電動(dòng)汽車車載充電機(jī)提供交流電源的供電裝置，同時(shí)具備計(jì)量計(jì)費(fèi)功能。交流充電樁一般提供小電流，樁體較小，安裝靈活，充滿電的時(shí)間一般為6～8h，適用于小型乘用電動(dòng)汽車，多應(yīng)用于公共停車場、大型購物中心和社區(qū)車庫中，家用充電樁也多為交流充電樁。2.快速充電站快速充電站又稱應(yīng)急充電站，可以在短時(shí)間內(nèi)為電動(dòng)汽車充電，充電時(shí)間與燃油汽車加油時(shí)間接近?？焖俪潆娬究梢蕴岣唠妱?dòng)汽車的使用方便性，但是也會(huì)給電力系統(tǒng)帶來負(fù)面影響，如諧波污染、用電高峰的高電流需求等，另外對(duì)電池使壽命也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。在上述兩種充電模式中，標(biāo)準(zhǔn)充電模式適用于辦公樓或商場的停車場充電，快速充電則因充電電流大而通常在公共充電站進(jìn)行。3.充電站的主要功能與布局充電站的主要功能決定其總體布局。一般來說，一個(gè)功能完備的充電站由配電室、充電區(qū)、電池更換區(qū)、維護(hù)區(qū)和監(jiān)控區(qū)這五個(gè)基本部分組成。根據(jù)充電站規(guī)模和服務(wù)功能的不同，在功能區(qū)設(shè)置上存在一定的差異。例如，不需要對(duì)電池進(jìn)行更換的充電站，可不設(shè)置更換區(qū)，也不用配備電池更換設(shè)備和大量電池的存儲(chǔ)設(shè)備。

充電站總體結(jié)構(gòu)三、充電系統(tǒng)組成和原理（一）快充模式充電系統(tǒng)組成和原理1.組成在快充模式下，充電系統(tǒng)主要由充電樁（直流快充樁）、快充接口、高壓控制盒、動(dòng)力蓄電池、整車控制器、高壓線束和低壓控制線束等組成。2.快充模式充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理整車控制器是快速充電功能的主控模塊?？斐淠Ｊ匠潆娤到y(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖3.充電條件要求1）充電線連接確認(rèn)信號(hào)正常。2）BMS供電電源正常（12V）。3）充電喚醒信號(hào)輸出正常（12V）。4）充電樁、VCU、BMS之間通信正常（主繼電器閉合、發(fā)送電流強(qiáng)度需求）。5）5℃<動(dòng)力蓄電池電芯溫度<45℃。6）單體電池最高電壓與最低電壓差<0.3V（300mV）。7）單體電池最高溫度與最低溫度差<15℃。8）絕緣性能>20MΩ。9）實(shí)際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4V。10）高、低壓電路連接正常（遠(yuǎn)程開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)）。（二）慢充模式充電系統(tǒng)組成和原理1.組成在慢充模式下，充電系統(tǒng)主要由供電設(shè)備（充電樁）、慢充接口、車載充電器、高壓控制盒、動(dòng)力蓄電池、整車控制器（VCU）、高壓線束和低壓控制線束等組成。2.慢充模式充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理充電槍連接通過車載充電機(jī)（充電器）反饋到整車控制器，再喚醒儀表顯示連接狀態(tài)（負(fù)觸發(fā)）；充電機(jī)同時(shí)喚醒整車控制器和動(dòng)力蓄電池管理模塊（正觸發(fā)），整車控制器喚醒儀表起動(dòng)顯示充電狀態(tài)（負(fù)觸發(fā)）；正、負(fù)主繼電器由整車控制器發(fā)出指令由動(dòng)力蓄