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1、项目电动汽车维护与保养电动汽车维护与保养5电动汽车动力电池系统维护保养任 务动力电池基本检查项目4 电动汽车充电系统维护保养学习目标1. 了解电动汽车动力电池系统的结构及功用。2. 了解电动汽车动力电池的技术参数含义。3. 了解电动汽车动力电池安全设计思路和安 全策略。4. 掌握动力电池的基本检查项目和内容。学习准备1.北汽新能源汽车2.动力电池示教台3.电池举升车4.学习指导书1一、电动汽车动力电池系统1. 1. 动力电池系统组成及功能动力电池系统组成及功能 动力电池系统主要由动力电池模组、电池管理系统动力电池系统主要由动力电池模组、电池管理系统BMSBMS、动力电池箱、动力电池箱体及其他辅
2、助元器件等四部分组成。体及其他辅助元器件等四部分组成。动力电池系统接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外部充电装置提供的高压直流电，并且为电驱动系统及电辅助系统提供能量。 一、电动汽车动力电池系统1. 1. 动力电池系统组成及功能动力电池系统组成及功能（1 1） 动力电池模组动力电池模组 动力电池模组是由多个电池模块串联组成的一个组合体。电池模块由若干个单体电池并联而成，该组合额定电压与电池单体的额定电压相等，是电池单体在物理结构和电路上连接起来的最小分组，可作为一个单元替换。单体电池 (也称电芯)是构成动力电池模块的最小单元。 如北汽EV200所用的SK电池模组由3个额定电压为
3、3.7V的单体电池并联为一个电池模块，由91个电池模块串联组成整辆汽车的电池模组。一、电动汽车动力电池系统1 1. . 动力电池系统组成及功能动力电池系统组成及功能（2 2） 动力电池箱动力电池箱 动力电池箱用来支撑、固定、包围电池系统的组件动力电池箱用来支撑、固定、包围电池系统的组件，主要包含上盖和下托盘，还有过渡件，护板，螺栓等辅助器件。 动力电池箱有承载及保护动力电池组及电气元件的作用。动力电池箱有承载及保护动力电池组及电气元件的作用。电池箱体螺接在车身地板下方，其防护等级为IP67，螺栓拧紧力矩为80100Nm。整车维护时需观察电池箱体螺栓是否有松动，电池箱体是否有破损严重变形，密封法
4、兰是否完整，确保动力电池可以正常工作。一、电动汽车动力电池系统1 1. . 动力电池系统组成及功能动力电池系统组成及功能（3 3） 电池管理系统电池管理系统BMS BMS 电池管理系统电池管理系统BMSBMS是电池保护和管理的核心部件，在动力电池系统是电池保护和管理的核心部件，在动力电池系统中，它的作用就相当于人的大脑。中，它的作用就相当于人的大脑。它不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命，作为电池和整车控制器以及驾驶者沟通的桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，并向VCU上报动力电池系统的基本参数一、电动汽车动力电池系统1 1. . 动力电池系统组成及功能
5、动力电池系统组成及功能（3 3） 电池管理系统电池管理系统BMS BMS BMS BMS的组成按性质可分为硬件和软件；按功能分为数据的组成按性质可分为硬件和软件；按功能分为数据采集单元和控制单元。采集单元和控制单元。 BMS的硬件包括主板、从板及高压盒，还包括采集电压线、电流、温度等数据的电子器件。BMS的软件包括监测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值，通过与VCU、充电机的通讯，来控制动力电池系统的充放电。一、电动汽车动力电池系统1 1. . 动力电池系统组成及功能动力电池系统组成及功能（4 4） 辅助元器件辅助元器件 辅助元器件包括动力电池系统内部的电子电器元件，如熔断器，继电
6、器，分流器，接插件，紧急开关，烟雾传感器等，维修开关以及电子电器元件以外的辅助元器件，如密封条，绝缘材料等。一、电动汽车动力电池系统2 2. . 电动汽车动力电池主要性能指标电动汽车动力电池主要性能指标 纯电动汽车的能量来源是动力电池组，其主要性能指标有电池纯电动汽车的能量来源是动力电池组，其主要性能指标有电池容量、荷电状态、比能量、能量密度、比功率和循环寿命等，容量、荷电状态、比能量、能量密度、比功率和循环寿命等，这些参数表达了动力电池性能的优劣及对车辆续航能力的影响。（1 1） 电池容量电池容量 表征电池储存能量的能力，单位是Ah.电池容量的测量方法是在恒定的温度下，以恒定的放电速率，对电
7、池放电，当电池电压降到截止电压时，电池放出的容量。 电池的能量是在按一定标准所规定的放电制度下，电池所输出的电能，单位为瓦时（W . h）或千瓦时（K W . h ） 。（2 2） 电池的能量电池的能量 一、电动汽车动力电池系统2 2. . 电动汽车动力电池主要性能指标电动汽车动力电池主要性能指标（3 3）放电率）放电率 （4 4） 电池的能量电池的能量 单体电池或电池放电过程中的电流。单位质量或单位体积的电池释放的能量，单位Wh/kg或Wh/L。 （5 5）比功率）比功率单位质量或单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速率 ，单位是W/kg或W/L。 一、电动汽车动力电池系统2 2. . 电动汽
8、车动力电池主要性能指标电动汽车动力电池主要性能指标（6 6） 荷电状态（荷电状态（ State of Charge State of Charge ）SOCSOC（7 7）放电深度（）放电深度（Depth of DischargeDepth of Discharge）DOD DOD 剩余容量与总容量的百分比，描述电池剩余量。蓄电池从开始放电到放电结束， SOC的变化量。（8 8）循环寿命）循环寿命 电池容量降低（衰减）到某一规定值之前，电池能经受多少次充电与放电循环。一般把电池的额定容量降到额定值的80%作为一个循环。一、电动汽车动力电池系统2 2. . 电动汽车动力电池主要性能指标电动汽车动
9、力电池主要性能指标电池主要参数表型号型号36800MP-Fe36800MP-Fe型式型式锂离子电池锂离子电池额定容量额定容量 (Ah)(Ah)4747标称电压（标称电压（V V）332332常规车速常规车速/30min/30min最高车速最高车速/ /峰值功率电池放电倍峰值功率电池放电倍率率(C)(C)1C(1C(持续持续)/2.2C(30min)/4C(15s)/2.2C(30min)/4C(15s)工作温度范围工作温度范围()()-20-20+55+5580%DOD80%DOD循环次数循环次数20002000电池类型电池类型能量型能量型单体标称容量（单体标称容量（AhAh）6.86.8单体
10、标称电压（单体标称电压（V V）3.23.2一、电动汽车动力电池系统3 3. . 动力电池系统的安装动力电池系统的安装 大部分电动汽车动力电池组一般安装在汽车底盘，这样会使整车重量分布均衡，重心下降，行驶更加平稳并且释放大量空间，提高了轿车的实用性能。二、动力电池安全设计1. 1. 动力电池系统安全性管控动力电池系统安全性管控 动力电池系统产品的安全包含电气安全、机械安全、功能安动力电池系统产品的安全包含电气安全、机械安全、功能安全和化学安全四个方面。全和化学安全四个方面。电气安全方面有过电流/外部短路保护、绝缘阻抗和抗电强度、直接接触和间接接触（等电位）、高压标识等。机械安全方面有密封（IP
11、等级）、耐振动、耐冲击、碰撞防护、防爆等。功能安全方面有过电压、欠电压保护、过温保护、过电流保护、碰撞过程中断开高压、ASIL等级等。化学安全方面有材料阻燃等级、电芯安全要求、危险物品的标识等。二、动力电池安全设计1. 1. 动力电池系统安全性管控动力电池系统安全性管控（1 1）模组材料安全）模组材料安全 所有模组材料皆耐高温、耐腐蚀、防火等级高，一般模组上盖、外壳采用绝缘性、高低温特性和阻燃特性好的非金属材料，底板（盘）采用强度、刚度和疲劳特性好的铝合金材料。（2 2）结构安全）结构安全 网状、笼状的模组框架牢牢锁住电池单元体。模组通过加强板固定在箱体承重结构上，确保突发状态下电池单体或模组
12、不会脱落。托盘采用加强筋设计和壁厚冗余设计以加强安全性。二、动力电池安全设计1. 1. 动力电池系统安全性管控动力电池系统安全性管控（3 3）防爆安全）防爆安全 主动防爆通道设计，确保电池单体喷发的气、液能迅速排出，防止短路或局部过热导致的燃烧事故。箱体增加泄气阀设计及密封保压测试装置。（4 4）HVHV连接可靠性连接可靠性 模组内电压采集线通过稳固螺栓与极片连接，设计专用的走线通道，用于隔离电压回路，防止高低压回路的短接事故。单体电池间的极连采用先进的激光焊接连接方式，确保高压回路稳定可靠。二、动力电池安全设计1. 1. 动力电池系统安全性管控动力电池系统安全性管控（5 5）BMSBMS主动
13、安全主动安全 通过模糊温度控制技术，使系统内任一模组内部温度差在2之内。BMS紧急情况的主动保护功能，如单体电池过充、过放、绝缘、温度过高，温差大等状态。二、动力电池安全设计2 2. . 纯电动汽车的能量管理系统纯电动汽车的能量管理系统(1)(1)电池剩余电量估算电池剩余电量估算：在电池管理系统中占据重要的地位，是电池管理系统中软件处理的核心部分。(2)(2) 预测行驶里程预测行驶里程：驾驶人员通过智能预测系统来选择自己所要行驶里程及运行工况，方便驾驶人员操作。(3)(3)电池故障诊断系统电池故障诊断系统：主要针对电池组中的单个蓄电池进行诊断，以便用户适时维护、更换，使汽车保持良好的运行工况。
14、(4)(4) 短路保护短路保护：电动汽车工作电压较高，一般为337V左右，因此电池管理系统应具有监控主回路供电状况的功能，以防止短路给设备及人造成伤害。(5)(5) 显示报警功能显示报警功能：经ECU运算处理后，把电池运行工况、等相关信息发送到显示单元，进行人机交换处理。(6)(6) 实时跟踪监测电池系统运行状态参数。实时跟踪监测电池系统运行状态参数。功能：功能：二、动力电池安全设计3. 3. 电池系统热管理系统电池系统热管理系统 过高或过低的温度都将直接影响动力电池的使用寿命和性能，并有可能导致电池系统的安全问题，并且电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体间性能的不均衡，因此电
15、池因此电池热管理系统对于电动车辆动力电池系统而言是必需的。热管理系统对于电动车辆动力电池系统而言是必需的。电池组热管理系统有如下电池组热管理系统有如下5 5项主要功能项主要功能: :(1) 电池温度的准确测量和监控。(2) 电池组温度过高时的有效散热和通风。(3) 低温条件下的快速加热。(4) 有害气体产生时的有效通风。(5) 保证电池组温度场的均匀分布。二、动力电池安全设计4 4. . 电安全管理系统电安全管理系统 电安全管理系统主要包括烟雾报警、绝缘检测、自动灭火、过电压和过电流控制、过放电控制、防止温度过高、在发生碰撞的情况下关闭电池等功能。5 5. . 电池的能量管理数据处理、通信和显
16、示电池的能量管理数据处理、通信和显示 由电池组的数据检测和采集系统采集到的数据，包括电池充放电时的功率，SOC的估算，温度变化的限值等，通过电池管理系统的CPU，按照控制电池充放电的算法逻辑，作为电池组充放电的规则，来限制电池组或电池模块充放电的电流保持均衡和安全。三、动力电池系统检查和维护1 1. . 绝缘检查（内部）绝缘检查（内部） 2. 2. 模组连接件检查模组连接件检查 为了防止电箱内部短路需要进行绝缘检查（内部）为了防止电箱内部短路需要进行绝缘检查（内部）。方法: 将电箱内部高压盒插头打开，用绝缘表测试总正、总负对地，阻值500/V；（1000V）。 工具：绝缘表。 为了防止螺丝松动
17、，造成故障需要进行模组连接件检查。为了防止螺丝松动，造成故障需要进行模组连接件检查。方法：用做好绝缘的扭力扳手紧固（转矩：35N.M），检查完成后，做好极柱绝缘。工具：扭力扳手。三、动力电池系统检查和维护5 5. . 电压采集线检查电压采集线检查 6 6. .标识检查标识检查 为了防止电压采集破损，导致测试数据不准需要进行电压采集线检查。方法方法：将从板接插件打开安装1次。为了防止标识脱落需要进行标识检查。方法方法：目测三、动力电池系统检查和维护7 7. . 熔断器检查熔断器检查 8 8. .电箱密封检查电箱密封检查为了检查熔断器状态是否良好，与事故时可正常工作需要进行熔断器检查。 方法方法：
18、用万用表二极管挡测量通断。工具工具：万用笔。为了保证电箱密封良好，防止水进入需要进行电箱密封检查。方法方法：目测密封条或更换密封条。三、动力电池系统检查和维护9 9. . 继电器测试继电器测试 1010. .高低压接插件可靠性检查高低压接插件可靠性检查为了防止继电器损坏，车辆无法正常上高压需要进行继电器测试。方法方法：用监控软件启动关闭总正、总负继电器。工具工具：万用表、笔记本、CAN 卡。为了确保接插件正常使用需要进行高低压接插件可靠性检查。方法方法：检查是否松动、破损、腐蚀、密封等情况。工具工具：目测、万用表、绝缘表。三、动力电池系统检查和维护1111. . 其他电箱内零部件检查其他电箱内
19、零部件检查12. 12. 电池包安装点检查电池包安装点检查为了保证辅助性的部件正常使用需要进行其他电箱内零部件检查。方法方法：检查是否松动、破损、脱落等情况。工具工具：螺钉旋具、扭力扳手。为了防止电池包脱落需要进行电池包安装点检查。方法方法：目测检查每个安装点焊接处是否有裂纹。三、动力电池系统检查和维护1313. . 电池包外观检查电池包外观检查14. 14. 保温检查保温检查为了确保电池包未受到外界因素影响需要进行电池包外观检查。方法方法：目测电池无变形、无裂痕、无腐蚀、无凹痕。为了确保冬季电池包内部温度需要进行保温检查。方法方法：目测检查电池包内部边缘保温棉是否脱落、损坏。 三、动力电池系
20、统检查和维护1515电池包高低压线缆安全检查电池包高低压线缆安全检查16. 16. 电芯防爆膜、外观检查电芯防爆膜、外观检查为了确保电池包内部线缆是否破损、漏电需要进行高低压线缆安全检查。方法方法：目测电池包内部线缆是否破损、挤压。为了防止电芯损坏、漏电需要进行电芯防爆膜、外观检查。方法方法：目测可见电芯防爆膜、电芯外观绝缘是否破损。三、动力电池系统检查和维护17. CAN 17. CAN 电阻检查电阻检查18. 18. 电池包内部干燥性检查电池包内部干燥性检查为了确保通信质量需要进行CAN 电阻检查。方法方法：下电情况：用万用表欧姆挡测量CAN1（3）高对CAN1（3）低电阻。工具：工具：万
21、用表。为了确保电池箱内部无水渍需要进行电池包内部干燥性检查。方法方法：打开电池包，目测观察电池箱内部是否有积水，测量电池包绝缘。工具工具：绝缘表。三、动力电池系统检查和维护19. 19. 电池加热系统测试电池加热系统测试为了确保加热系统工作正常，避免冬季影响充电需要进行电池加热系统测试。方法：方法：电池箱通12V，打开监控软件，启动加热系统，目测风扇是否正常； 工具：工具：12V 电源、笔记本、CAN 卡。四、动力电池系统故障1 1. . 一级故障一级故障动力电池系统故障包括有一级故障、二级故障、三级故障。动力电池系统故障包括有一级故障、二级故障、三级故障。表明动力电池在此状态下功能已经丧失，
22、请求其他控制器立即（1s1s内）停止充电或放电。如果其他控制器在指定时间内未做出响应，电池管理系统将在2s后主动停止充电或放电（即断开高压继电器）。其他控制器响应动力电池二级故障的延时时间建议少于60s60s，否则会引发动力电池上报一级故障。四、动力电池系统故障2 2. . 二二级故障级故障 表明动力电池在此状态下功能已经丧失，请求其他控制器停止充电或者放电；其他控制器应在一定的延时时间内响应动力电池停止充电或放电请求。3 3. . 三级故障三级故障 表明动力电池性能下降，电池管理系统降低最大允许充/放电电流。四、动力电池系统故障 动力电池的故障在仪表上只显示动力电池故障、动力电池绝缘故障及动
23、力电池系统断开三种故障信息，只能很粗略判断故障位置，并不能精确定位。动力电池故障的仪表显示五、电动汽车长期停放时电池系统的维护1 1. . 低压蓄电池维护低压蓄电池维护（1） 当车辆需停放较长时间(7 天以上) 时，需要断开低压蓄电池负极桩头。（2） 停放超过7 天以上的车辆，需每周进行一次车辆上高压(上高压四小时左右，直至READY 绿灯点亮)，通过车上动力电池给低压蓄电池充电。五、电动汽车长期停放时电池系统的维护2 2. .动力电池维护动力电池维护1） 当车辆停放7 天以上时，应保证车辆的剩余电量大于50%。2） 车辆停放超过3个月应该做一次充放循环(将车辆行驶放电至剩余电量30% 以下，
24、使用慢充将动力电池充电至100%元后，再将车辆行驶放电至50%-80% 后维续停放。3）当车辆停放时，动力电池也将发生一定的放电，当电量低于30%时，需要及时补充电，防止动力电池过度放电，对动力电池性能产生影响。知识拓展电池的荷电状态SOC1 1. . 影响电池的荷电状态影响电池的荷电状态SOCSOC的因素的因素 电池荷电状态SOC（State of charge）是指电池在接受充电后的电池内部电荷的变化状态，用于描述电池内电量的变化和所余存电量的百分比。（1 1） 电池的活性物质的性能电池的活性物质的性能 不同类型的动力电池是用不同的活性物质和不同的电解质制成，特点表现为：电池的结构形式不同
25、、储存电能的电压和容量不同、充放电的机理不同、电池的循环次数和使用的寿命不同、单体电池之间的“不一致性”、电池的“老化”速度不同等，它们都对电池的荷电状态SOC有重要影响。知识拓展1 1. . 影响电池的荷电状态影响电池的荷电状态SOCSOC的因素的因素（2 2） 充放电和自放电特性充放电和自放电特性 动力电池在充放电的过程中，电池能够充放电的能力是受到SOC所限制，以不同倍率充电时，充入的电量是与充电的电流成反比，充电的电流愈大，充入的电量愈小。同样以不同倍率放电时，放出的电量是与放电的电流成反比，放电的电流愈大，放出的电量愈小，SOC只能是控制在允许的SOCmax与SOCmin之间。任何一
26、次过充电或过放电，都可能对动力电池的活性物质造成一定的损害。另外动力电池的自放电不仅对电池的SOC变化有影响，而且是以“无功”放电形式造成电能的损耗，因此长期不使用电池的电能，会因自放电造成SOC的下降或电能的殆尽。知识拓展1 1. . 影响电池的荷电状态影响电池的荷电状态SOCSOC的因素的因素（3 3） 电池的温度电池的温度 温度对动力电池的充放电容量有较大的影响，通常以25时的容量作为参考标准，随着温度变化，电池的荷电状态SOC也变化。电动汽车要对动力电池组的温度进行剑客和管理，控制动力电池组的周边温度保持在较低的温度范围内，同时要求多个单体电池的温度基本保持均衡。知识拓展2 2. .动
27、力电池动力电池SOCSOC的计算方法、应用范围以及优缺点的计算方法、应用范围以及优缺点计算方法应用范围优点缺点放电试验法各种电池初期SOC的测定易操作、数据准确，与SOHcrl1 无关无法在线测量，试验实际长，能量损耗大，并与实际使用状况有差别安时计量法Ah各种电池SOC的测定可以在线测量，成本低廉，与SOH无关，是较为可靠的测试方法，应用较普遍。无法确定电池初始的SOC数据，电流测定的准确性对试验结果影响较大。要求有较准确的电流测量仪表，SOC估计误差较大开路电压法铅酸、镍氢、锂电池、锌溴Zn-Br等可以在线测量，成本低廉，可以较精确测定铅酸电池的SOC.镍氢、锂电池在充电初期和末期效果较好
28、电池需要长时间搁置，需要保持电压稳定，动态响应慢。铅酸电池受酸成层等影响准确性，并有铅污染负载电压法铅酸、镍氢、锂电池、锌溴Zn-Br等可以在线测量，成本低廉，可以根据放电电压和电流数据确定SOC动态响应较慢，需要大量采集数据，对于变电流的SOC数据处理较复杂知识拓展2 2. .动力电池动力电池SOCSOC的计算方法、应用范围以及优缺点的计算方法、应用范围以及优缺点计算方法应用范围优点缺点内阻法铅酸、镍镉可以在线测量，用测量电池内阻的变化，测出SOH变化数据只适用于低的SOC状态比重法各种电池SOC的测定可以在线测量，比重与SOC测定比较麻烦，不能用于加水的电池，安全性较差人工神经网络法各种电池SOC的测定可以模拟电池的动态特性，在线测量SOC，需要相近似的电池参考数据，包括电压、电流内阻放电量等参数，各种参数要求精确、可靠卡尔曼滤波法SOC-Kal各种电池SOC的测定可以在线测量，适合于变电流时SOC的估算需要合适的电池模型，确定内部参数较困难，需要大量的数据处理，SOC平均误差较小