純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)原理與檢修課件VIP

純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)原理與檢修1.了解純電動(dòng)汽車與常規(guī)能源汽車的區(qū)別;2.了解純電動(dòng)汽車的高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu);3.認(rèn)識(shí)純電動(dòng)汽車各高壓組成部件;4.掌握對(duì)純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的安全操作?！鴮W(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識(shí)能力:掌握純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu);2.技能能力:掌握高壓絕緣工具的正確使用方法;

掌握對(duì)純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)斷電操作;3.社會(huì)能力:具備安全操作的能力及職業(yè)素養(yǎng)。▲學(xué)習(xí)能力項(xiàng)目一純電動(dòng)汽車高壓安全操作

隨著能源以及環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻,世界上各個(gè)汽車生產(chǎn)大國(guó)都將把越來越多的電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)。電動(dòng)汽車的一個(gè)重要特點(diǎn)就是帶有高壓動(dòng)力回路,其工作回路中的電壓甚至可以達(dá)到600V以上。因此在考慮電動(dòng)汽車給我們帶來環(huán)保效益的同時(shí),高壓安全問題同樣不容忽視。因此,認(rèn)識(shí)高壓元器件變得尤為重要?！n程導(dǎo)讀任務(wù)1純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)

了解純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的各組成部件,認(rèn)識(shí)各高壓部件及其作用。▲任務(wù)要求一、常規(guī)能源汽車與純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)的區(qū)別1.汽車動(dòng)力系統(tǒng)常規(guī)能源汽車與新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生了變化:由四沖程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成電動(dòng)機(jī)。由此結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。如圖1-1-1所示?！R(shí)內(nèi)容圖1-1-1汽車動(dòng)力系統(tǒng)2.汽車能源供給系統(tǒng)常規(guī)能源汽車與新能源汽車的供給系統(tǒng)也發(fā)生了變化:由于動(dòng)力系統(tǒng)從沖程式發(fā)動(dòng)機(jī)向電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)化,從而使能源供給系統(tǒng)也相應(yīng)地從常規(guī)車的加注汽柴油轉(zhuǎn)變成了充電方式。如圖1-1-2所示。圖1-1-2汽車能源供給系統(tǒng)3.汽車動(dòng)力源

純電動(dòng)汽車的動(dòng)力源結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由常規(guī)能源的汽車油箱轉(zhuǎn)變成了動(dòng)力電池,如圖1-1-3所示。圖1-1-3汽車動(dòng)力源4.汽車底盤結(jié)構(gòu)

由于動(dòng)力源及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的變化,相應(yīng)地也使汽車的底盤發(fā)生了較大的變化,由傳統(tǒng)汽車的變速器、傳動(dòng)軸、差速器等機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成了純電車的整體底盤都為動(dòng)力電池包的結(jié)構(gòu)。如圖1-1-4所示。圖1-1-4汽車底盤結(jié)構(gòu)

綜上所述,純電動(dòng)汽車與常規(guī)能源汽車之間發(fā)生了較大的變化,主要體現(xiàn)在大三電的變化當(dāng)中,如圖1-1-5所示。圖1-1-5純電動(dòng)汽車與常規(guī)能源汽車之間的變化

二、電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

如圖1-1-6所示為比亞迪E6高壓部件的分布,如圖1-1-7所示為高壓系統(tǒng)電路原理(一)：如圖1-1-8所示為高壓系統(tǒng)電路原理(二)：三、高壓安全部件的介紹1.動(dòng)力電池

作為車載電源,用周期性的充電來補(bǔ)充電能。動(dòng)力電池組是純電動(dòng)汽車(EV)的關(guān)鍵裝備,儲(chǔ)存的電能、質(zhì)量和體積,對(duì)EV性能起決定性作用,也是發(fā)展EV的主要研究和開發(fā)對(duì)象。EV發(fā)展的重點(diǎn)在于電池,電池技術(shù)對(duì)EV的制約仍然是EV發(fā)展的瓶頸。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車中能源供給裝置,需要給整車所有系統(tǒng)提供能源。當(dāng)電量消耗后,也需要對(duì)其進(jìn)行充電。因此其能源流動(dòng)既有流出,也有流入。動(dòng)力電池組提供約155~650V高壓直流電是供電機(jī)工作的唯一動(dòng)力電源。如圖1-1-9所示。圖1-1-9動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)

動(dòng)力電池主要給純電動(dòng)汽車提供動(dòng)力來源,同時(shí)也是其他高壓用電設(shè)備的能量來源;目前在純電動(dòng)汽車上用得最多的動(dòng)力電池主要是鋰電池,它由若干電池單體串并聯(lián)而成,給汽車提供足夠的電壓和電能,保證汽車能高效、持久的運(yùn)行。2.高壓分配盒/器

高壓分配盒可以認(rèn)為是一個(gè)電源中轉(zhuǎn)分配的地方,主要把動(dòng)力電池的高壓分配到每個(gè)高壓用電器上,如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、車載充電器、高壓空調(diào)及PTC等,同時(shí)也包括給動(dòng)力電池充電時(shí)進(jìn)行高壓的分配統(tǒng)籌。如圖1-1-10所示為高壓配電盒,圖

1-1-10高壓配電盒(北

汽

EV160)圖

1-1-11高壓配電盒總成內(nèi)部機(jī)構(gòu)(比

亞迪

E6)如圖1-1-11所示為高壓配電盒總成內(nèi)部機(jī)構(gòu)。3.驅(qū)動(dòng)電機(jī)+電機(jī)控制器

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車三大核心構(gòu)成之一,是車輛行駛的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),其特性決定了車輛的主要性能指標(biāo),直接影響車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和用戶駕乘感受。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)主要由整車控制器(VCU)、電機(jī)控制器(MCU)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成。如圖1-1-12所示。圖1-1-12電機(jī)控制器及驅(qū)動(dòng)電機(jī)(北汽EV160)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)在電動(dòng)汽車中承擔(dān)著驅(qū)動(dòng)車輛和發(fā)電的雙重功能,即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其電動(dòng)機(jī)功能,將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;而在降速和下坡滑行時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī),輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。電機(jī)控制器(MCU)

MCU的功能是接收VCU的指令,將動(dòng)力蓄電池的高壓直流電壓逆變成電壓、頻率、相序可調(diào)的三相交流電,實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),如溫度、母線電流、三相交流電流、動(dòng)力蓄電池電壓、高壓線束的絕緣等,MCU內(nèi)含故障診斷電路。當(dāng)診斷出異常時(shí),它將會(huì)激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼,通過CAN線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給VCU,同時(shí)存儲(chǔ)該故障碼和數(shù)據(jù)。在能量回收過程中,MCU轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳛V波器,其功能是將發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電壓經(jīng)過整流、濾波和升壓后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?將電能回饋給動(dòng)力蓄電池,實(shí)現(xiàn)能量回收4.充電系統(tǒng)

電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)是維持電動(dòng)汽車運(yùn)行的能源補(bǔ)給設(shè)施,是從供電電源提取能量對(duì)動(dòng)力蓄電池充電時(shí)使用的有特定功能的電力轉(zhuǎn)換裝置,主要包括直流充電系統(tǒng)和交流充電系統(tǒng)和車載充電器。

(1)直流充電系統(tǒng)直流充電系統(tǒng)又稱快速充電系統(tǒng),就是將AC-DC轉(zhuǎn)化器外接到充電樁上,這樣充電槍輸出的電流就直接是直流了。快速充電系統(tǒng)通過直流充電樁對(duì)動(dòng)力蓄電池組進(jìn)行快速充電,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力蓄電池組高效、安全地電量補(bǔ)給。快速充電系統(tǒng)主要由直流充電樁、快充接口、高壓控制盒、動(dòng)力電池、整車控制器、高壓線束和低壓控制線束等組成。其特點(diǎn)為充電功率大、充電時(shí)間短,但充電設(shè)備成本高。

（2）交流充電系統(tǒng)交流充電系統(tǒng)又稱慢充充電系統(tǒng)。對(duì)于慢充而言,充電樁進(jìn)來,首先連接的是OBC,即車載充電機(jī),這個(gè)設(shè)備的作用就是將充電樁進(jìn)來的交流電轉(zhuǎn)化成直流電,即AC-DC轉(zhuǎn)化。之所以需要這個(gè)交直流的轉(zhuǎn)化,原因就是動(dòng)力電池僅支持直流充電。也就是說,充電功率的大小是由OBC的功率直接決定的。目前市面上主流的OBC功率是在7kW,也有11kW和22kW的。如圖1-1-13所示為直流充電和交流充電的區(qū)別。

(a)快充接頭(直流充電口)

(b)直流充電樁

(c)慢充接頭(交流充電口)

(d)交流充電樁圖1-1-13直流充電和交流充電(3)車載充電器

車載充電器(如圖1-1-14所示)是一種將交流電變換為直流電的技術(shù),將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)車車載蓄電池的電能。車載高壓充電機(jī)安裝于電動(dòng)汽車上,通過插頭和電纜與交流插座連接,因此也可以稱之為交流充電機(jī)。車載充電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是在蓄電池需要充電的任何時(shí)候,只要有可用的供電插座,就可以進(jìn)行充電,其缺點(diǎn)則是受車上空間所限,因而功率處理能力有限,只能提供小電流慢速充電,充電時(shí)間一般較長(zhǎng)。圖1-1-14車載充電器(北汽EV160)

充電機(jī)的基本構(gòu)成包括功率單元、控制單元、電氣接口和通信接口等。其中電氣接口包括充電機(jī)供電電纜及連接器件、充電電纜和充電連接器等。電動(dòng)車輛充電時(shí),電動(dòng)車輛和電動(dòng)車輛充電設(shè)備要正確連接,便于在正常情況下使電能安全地從充電設(shè)備傳輸給電動(dòng)車輛。即使在正常使用中有些疏忽,也不會(huì)給周圍的環(huán)境和人(尤其是充電的操作人員)帶來危險(xiǎn)。

車載充電器的基本功能要求包括:(1)充電機(jī)應(yīng)能對(duì)下述電池中的一種或多種充電:鋰離子蓄電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。(2)在充電過程中,充電機(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。(3)充電機(jī)應(yīng)具有與電動(dòng)汽車或蓄電池管理系統(tǒng)通信的功能。通信目的:判斷電池類型;判斷充電機(jī)是否與電動(dòng)汽車蓄電池系統(tǒng)正確連接;獲得電動(dòng)汽車蓄電池系統(tǒng)參數(shù)、充電前和充電過程中蓄電池的狀態(tài)參數(shù);充電機(jī)還應(yīng)具有與充電站監(jiān)控系統(tǒng)通信的功能。5.DC-DC

將動(dòng)力電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換為整車低壓12V直流電,給整車低壓用電系統(tǒng)供電及鉛酸電池充電。6.電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)包括制冷電機(jī)和PTC

電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)(如圖1-1-16所示)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比,同樣具有傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的各種功能。電動(dòng)空調(diào)由純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池提供能源,壓縮機(jī)工作效率更高,控制性能更好;電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)采用獨(dú)立采暖系統(tǒng)(PTC),效率更高,更直接。如圖1-1-17所示為電動(dòng)空調(diào)和PTC。如圖1-1-16所示圖1-1-17

三合一是指由車載充電機(jī)、DC-DC、高壓控制盒組成。四合一是指由車載充電機(jī)、DC-DC、高壓控制盒、電機(jī)控制器組成。如圖1-1-18所示。7.以北汽為例:三合一、四合一圖1-1-18以北汽為例:三合一、四合一

整車高壓用電設(shè)備:動(dòng)力電池組、動(dòng)力電池配電箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、動(dòng)力電機(jī)、DC-DC、空調(diào)驅(qū)動(dòng)器、壓縮機(jī)、PTC加熱器、高壓線束。如圖1-1-19所示圖1-1-19整車高壓設(shè)備任務(wù)2高壓操作安全工具的使用及注意事項(xiàng)任務(wù)二1.掌握高壓安全工具的使用;2.掌握高壓操作的安全注意事項(xiàng)。

新能源汽車與傳統(tǒng)汽車既相似又不同,新能源汽車使用電能和發(fā)動(dòng)機(jī)來提供驅(qū)動(dòng)力。他們具有內(nèi)有300~500V的高壓電路和高壓電器零件;高壓動(dòng)力電池同時(shí)也具有較大的強(qiáng)堿性。鑒于他們的特殊性,所以在維修和保養(yǎng)時(shí),需要特別注意避免任何可能的事故。俗話說:維修汽車“三分靠技術(shù),七分靠工具。”由此可見,正確使用工具對(duì)維修人員來說非常重要,由于維修技術(shù)人員不太重視工具的使用,使用不規(guī)范,導(dǎo)致在維修過程中出現(xiàn)某些安全事故。本節(jié)主要講解個(gè)人防護(hù)設(shè)備的使用及注意事項(xiàng)、保管存放等;讓大家通過對(duì)安全用具的了解,從而提高個(gè)人在維修中的安全防護(hù),減少事故的發(fā)生。一、安全常識(shí)1.傷害的類型

傷害的類型包括生理性傷害、電傷害、燒傷、化學(xué)物質(zhì)侵害和電磁輻射5種,這里主要介紹電傷害。電流對(duì)人體的傷害主要有兩種形式:電擊、電傷。如表1-2-1所示為電傷害的相關(guān)內(nèi)容。定義電對(duì)人體外部造成局部傷害,即由電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)對(duì)人體外部組織或器官的傷害傷害來源高壓電源、高壓帶電體(電動(dòng)汽車上主要指高壓元器件)傷害產(chǎn)生的原因接近、接觸高壓電源,未按規(guī)定配到防護(hù)用具、操作不當(dāng)?shù)热绾伪苊獍匆?guī)程操作、避免帶電作業(yè)、戴必要的防護(hù)2.電流的危險(xiǎn)性(1)25V以上的交流電、60V以上的直流電都具有危險(xiǎn)性,在德國(guó)允許的最大接觸電壓(根據(jù)VDE的標(biāo)準(zhǔn))是50V交流電以及120V直流電。(2)有大約5mA的電流通過人體時(shí),就可視作是“電氣事故”。人體觸電會(huì)產(chǎn)生麻木感,但是仍可以導(dǎo)走電流;體內(nèi)通過的電流達(dá)到大約10mA時(shí),到達(dá)了導(dǎo)出電流的極限,人體開始收縮,無法再導(dǎo)走電流!電流的滯留時(shí)間也相應(yīng)增加。30mA~50mA交流電的長(zhǎng)時(shí)間滯留會(huì)導(dǎo)致呼吸停止以及心室纖維性顫動(dòng),經(jīng)過人體的電流到達(dá)大約80mA時(shí),被認(rèn)為是“致命值”。(3)交流電壓比直流電壓更危險(xiǎn)交流電壓在人體內(nèi)產(chǎn)生交流電,會(huì)觸使肌肉組織和心臟產(chǎn)生顫動(dòng)。交流電壓的頻率越低,危險(xiǎn)性越高。交流電會(huì)觸發(fā)心室纖維性顫動(dòng),如果不進(jìn)行急救很快就會(huì)致命。3.人體內(nèi)部電阻(1)對(duì)于高電壓引起的高電流,人體內(nèi)對(duì)應(yīng)的電阻值很低。所有血管中的血液是很好的導(dǎo)體。電氣事故中的接觸點(diǎn)不同,對(duì)人體的影響也相應(yīng)不同。如圖1-2-1所示為人體內(nèi)部電阻。(2)皮膚電阻值變化取決于皮膚硬度、濕度和傳導(dǎo)性。對(duì)于超過100V的電壓,皮膚電阻幾乎為0Ω,皮膚完全被擊穿。如圖1-2-2所示為皮膚電阻值。圖1-2-1人體內(nèi)部電阻

圖1-2-2皮膚電阻值(3)人體電流的示例:I=U/R=288V/1080Ω=0.27A對(duì)于交流電,如果電流在心臟的滯留時(shí)間達(dá)到大約10~15ms就會(huì)致命(心室纖維化顫動(dòng))。4.電擊及事故后果(1)肌肉刺激效應(yīng)所有的身體功能和人體肌肉運(yùn)動(dòng)都是由大腦通過神經(jīng)系統(tǒng)的電刺激來控制如果通過人體的電流過高,肌肉開始抽搐,大腦再也無法控制肌肉組織。例如,握緊的拳頭再也無法打開或者移動(dòng)。如果電流經(jīng)過了胸腔,肺會(huì)產(chǎn)生痙攣(呼吸停止),心臟的跳動(dòng)節(jié)奏會(huì)被中斷(心室纖維化顫動(dòng),無法進(jìn)行心臟的收縮擴(kuò)張運(yùn)動(dòng))。(2)發(fā)生靜態(tài)短路的熱效應(yīng)工具急劇發(fā)熱,會(huì)導(dǎo)致材料熔化,從而可能發(fā)生燒傷事故。(3)由于短路引起火花金屬很快熔化,產(chǎn)生飛濺的火花,飛濺出來的金屬顆粒溫度超過5000℃,可能會(huì)傷害眼睛甚至引起燒傷事故。(4)帶電高壓線路接通和斷開時(shí)所產(chǎn)生的弧光光輻射可能造成電光性眼炎5.電擊事故急救措施(1)援救電氣事故中受傷人員時(shí)的注意事項(xiàng)措施:施救人員自身的安全是第一位的。絕對(duì)不要去觸碰仍然與電壓有接觸的人員。如果可能,馬上將電器系統(tǒng)斷電,做法是關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)或者馬上拔出維修接頭(TW)。用不導(dǎo)電的物體(木板、掃帚把等等)把事故受害者或者導(dǎo)電體與電壓分離。(2)電擊事故后實(shí)施急救時(shí)的注意事項(xiàng)如果事故受害者沒有反應(yīng),應(yīng)采取如下急救措施:首先確定受害者是否還有生命跡象,比如脈搏和呼吸。馬上呼叫急救醫(yī)生,或者馬上讓別人去呼叫。進(jìn)行人工呼吸以及心肺按壓直到醫(yī)生到達(dá)。如果呼吸停止:使用非專業(yè)的去纖顫器(如果有的話)。如果事故受害者能回應(yīng)問詢,應(yīng)采取如下急救措施:對(duì)燒傷處進(jìn)行降溫處理,并用消過毒的無絨布進(jìn)行包扎。即使事故受害者拒絕,也要要求其接受治療(避免出現(xiàn)長(zhǎng)期的后遺癥)6.心肺復(fù)蘇操作步驟心肺復(fù)蘇方法很多,常用的有口對(duì)口(鼻)吹氣法和胸外心臟按壓法兩種。(1)無呼吸有心跳,口對(duì)口(鼻)吹氣法將觸電者仰臥平躺在干燥、通風(fēng)、透氣的地方寬衣解帶(冬季注意保暖),然后將觸電者頭偏向一側(cè)清除口中異物(假牙、血塊、嘔吐物)等,仰頭抬頰、通暢氣道的同時(shí)一只手捏住觸電者鼻翼,另一只手微托觸電者頸后保證其氣道通暢,急救人員應(yīng)深吸一口氣然后用嘴緊貼觸電者的嘴(鼻)大口吹氣,注意防止漏氣,按吹2s停3s(吹二停三)的辦法,停時(shí)應(yīng)立刻松開鼻子讓其自由呼氣,并將自己頭偏向一側(cè),為下次吹氣做準(zhǔn)備(兒童、瘦弱者注意吹氣量)。每分鐘做12次,同時(shí)觀察觸電者胸部腹部起伏情況。(2)胸外心臟按壓法首先正確選擇按壓位置、右手的食指和中指沿觸電者右側(cè)肋弓下緣向上,找到肋骨和胸骨接合處的中點(diǎn),兩指并齊,中指放在切跡中點(diǎn),食指放在胸骨下部,另一只手的掌根緊挨食指上緣,置于胸骨上,即為正確按壓位置。救護(hù)員的兩肩位于觸電者胸骨正上方,兩臂伸直,肘關(guān)節(jié)固定不屈,兩手掌根相疊,手指翹起,接觸觸電者胸壁,利用上身的重力,垂直將正常成人胸骨壓陷3~5cm(兒童和瘦弱者減)。壓至要求程度后,立即全部放松,但救護(hù)人員手掌根不得離開胸壁,按壓必須有效的標(biāo)志是按壓過程中可以觸及頸動(dòng)脈搏動(dòng)。操作頻率、速度要均勻,每分鐘80次左右放松手,按壓時(shí)間相等。(3)胸外心臟按壓法與口對(duì)口(鼻)吹氣法同時(shí)進(jìn)行胸外心臟按壓法與口對(duì)口(鼻)吹氣法同時(shí)進(jìn)行胸外心臟按壓法與口對(duì)口(鼻)吹氣法同時(shí)進(jìn)行的節(jié)奏為:單人搶救時(shí),每按壓15次后吹氣2次(15∶2),反復(fù)進(jìn)行;雙人搶救時(shí),按壓5次后由另一人吹氣1次(5∶1),反復(fù)進(jìn)行。二、安全生產(chǎn)與操作1.人員要求新能源汽車維修必須雙人操作,一人操作,一人監(jiān)督。嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,安全操作。(1)老師或維修技師具有相關(guān)的維修技能證書(如圖1-2-3所示)或者上崗證(如圖1-2-4所示);具備對(duì)純電動(dòng)、混合動(dòng)力實(shí)車維修資質(zhì)的維修作業(yè)人員;對(duì)純電動(dòng)、混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)和控制原理非常熟悉,負(fù)責(zé)對(duì)車輛檢測(cè)、維修保養(yǎng)工作。電動(dòng)車維修要求是:常規(guī)保養(yǎng)作業(yè);非高壓部分檢測(cè)、維修;高壓回路檢測(cè)、維修。圖1-2-3汽車維修等級(jí)證

圖1-2-4低壓電工上崗證(2)監(jiān)護(hù)人

具備純電動(dòng)、混合動(dòng)力對(duì)應(yīng)車型維修資質(zhì)的維修技師,或?qū)冸妱?dòng)、混合動(dòng)力車輛結(jié)構(gòu)和控制原理非常熟悉。監(jiān)護(hù)人工作職責(zé)為監(jiān)督維修的全過程。對(duì)維修人員的監(jiān)督工作如下:①監(jiān)督維修人員組成、絕緣工具套裝的使用、防護(hù)用品佩戴、備件安全保護(hù)、維修安全警示牌等是否符合要求。②檢查手動(dòng)維修開關(guān)的接通和斷開(裝有時(shí))/檢查車輛電源接通和斷開。③負(fù)責(zé)對(duì)檢查或維修過程中的安全維修操作規(guī)程進(jìn)行檢查,監(jiān)護(hù)人要按安全檢測(cè)和維修操作規(guī)程指揮操作,檢測(cè)人員在做完一個(gè)操作后要告知監(jiān)護(hù)人,監(jiān)護(hù)人要在作業(yè)流程單上作標(biāo)記。④監(jiān)護(hù)人要認(rèn)真負(fù)起責(zé)任,確保檢測(cè)過程的安全,避免發(fā)生安全責(zé)任事故。新能源汽車維修過程中必須穿戴防護(hù)用品,使用絕緣工具。2.設(shè)備要求(1)絕緣手套和絕緣靴如圖1-2-5所示,絕緣手套或絕緣靴都是用天然橡膠制成,用絕緣橡膠或乳膠經(jīng)壓片、模壓、硫化或浸模成型的五指手套,主要用于電工作業(yè)。起到對(duì)手或者人體的保護(hù)作用,具有防電、防水、防化、防油的功能。

(a)

(b)圖1-2-5絕緣手套和絕緣鞋

絕緣手套可以使人的兩手與帶電體絕緣,是用特種的橡膠或乳膠制成的,分12kV和5kV兩種。在1kV以下電氣設(shè)備上使用時(shí)可以作為基本安全用具來看待。在使用手套前應(yīng)進(jìn)行手套的檢查(在實(shí)際使用中,建議一人一手套,避免交叉混亂使用,以免降低使用安全及影響手套使用壽命)。如圖1-2-6所示為絕緣手套檢查的具體方法:拉直開口,將其邊卷2~3次,折疊開口以密閉手套,確認(rèn)沒有漏氣;在檢查過程中要稍微擠壓手套和用耳朵靠近聽一下有無漏氣聲音。在檢查漏氣過程中,避免往手套里面吹氣,這樣會(huì)影響手套的絕緣性,如圖1-2-7所示。圖1-2-6絕緣手套檢查圖1-2-7禁止往手套里吹氣(1)絕緣手套的使用事項(xiàng)①用戶購(gòu)進(jìn)手套后,如發(fā)現(xiàn)在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中遭雨淋、受潮濕發(fā)生霉變,或有其他異常變化,應(yīng)到法定檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行電性能復(fù)核試驗(yàn)。②在使用前必須進(jìn)行充氣檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有任何破損則不能使用。③作業(yè)時(shí),應(yīng)將衣袖口套入筒口內(nèi),以防發(fā)生意外。④使用后,應(yīng)將內(nèi)外污物擦洗干凈,待干燥后,撒上滑石粉放置平整,以防受壓受損,且勿放于地上。⑤應(yīng)儲(chǔ)存在干燥通風(fēng)室溫-15℃~+30℃相對(duì)濕度50%~80%的庫(kù)房中,遠(yuǎn)離熱源,離開地面和墻壁20cm以上。避免受酸、堿、油等腐蝕品物質(zhì)的影響,不要露天放置避免陽(yáng)光直射,勿放于地上。⑥使用6個(gè)月必須進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。(2)絕緣靴采用特種的橡膠或乳膠制成的,作用是使人體與大地絕緣,防止跨步電壓,分20kV和6kV兩種。使用中不能用防雨膠靴代替。(3)絕緣靴子使用事項(xiàng)①應(yīng)根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所電壓高低正確選用絕緣鞋,低壓絕緣鞋禁止在高壓電氣設(shè)備上作為安全輔助用具使用,不論是穿低壓或高壓絕緣鞋(靴),均不得直接用手接觸電氣設(shè)備。②布面絕緣鞋只能在干燥環(huán)境下使用,避免布面潮濕。③絕緣鞋(靴)的使用不可有破損。④穿用絕緣靴時(shí),應(yīng)將褲管套入靴筒內(nèi)。穿用絕緣鞋時(shí),褲管不宜長(zhǎng)及鞋底外沿條高度,更不能長(zhǎng)及地面,保持布幫干燥。⑤非耐酸堿油的橡膠底,不可與酸堿油類物物質(zhì)接觸,并應(yīng)防止尖銳物刺傷。低壓絕緣鞋若底花紋磨光,露出內(nèi)部顏色時(shí)則不能作為絕緣鞋使用。⑥在購(gòu)買絕緣鞋(靴)時(shí),應(yīng)查驗(yàn)鞋上是否有絕緣永久標(biāo)記。比如紅色閃電符號(hào),鞋底有耐電壓多少伏等表示;鞋內(nèi)有否合格證,安全鑒定證,生產(chǎn)許可證編號(hào);等等。(2)絕緣桿

絕緣桿又稱絕緣救援鉤,是一種十分有用的工具,適用于各種工作場(chǎng)所,可以將受傷的工人拖出危險(xiǎn)區(qū)域。在有限空間內(nèi),在地下室內(nèi)或者電氣柜和開關(guān)柜附近,這些場(chǎng)所都必備這種工具。手柄為泡沫填充玻璃鋼制成,絕緣性能突出。帶涂層的鉤子經(jīng)過熱處理開口為457mm。操作桿可提供的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為1.8m和2.4m。如圖1-2-8所示。為保證操作時(shí)有足夠的絕緣安全距離,絕緣操作桿的絕緣部分長(zhǎng)度不得小于0.7m;要求它的材料要耐壓強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐潮濕、機(jī)械強(qiáng)度大、質(zhì)輕、便于攜帶,一個(gè)人能夠單獨(dú)操作;三節(jié)之間的連接應(yīng)牢固可靠,不得在操作中脫落;在使用過程中,由監(jiān)督人員勾住操作人員的腋下,對(duì)操作人員進(jìn)行安全保護(hù)。絕緣桿使用事項(xiàng):①使用前必須對(duì)絕緣操作桿進(jìn)行外觀檢查,不能有裂紋、劃痕等外部損傷。②必須是經(jīng)校驗(yàn)后合格的,不合格的嚴(yán)禁使用。③必須適用于操作設(shè)備的電壓等級(jí),且核對(duì)無誤后才能使用。④雨雪天氣必須在室外進(jìn)行操作的要使用帶防雨雪罩的特殊絕緣操作桿。⑤操作時(shí)在連接絕緣操作桿的節(jié)與節(jié)的絲扣時(shí)要離開地面,不可將桿體置于地面進(jìn)行,以防雜草、土進(jìn)入絲扣中或粘縛在桿體的外表上,絲扣要輕輕擰緊,不可將絲扣未擰緊就使用。⑥使用時(shí)要盡量減少對(duì)桿體的彎曲力,以防損壞桿體。⑦對(duì)絕緣操作桿要有專人保管。⑧半年要對(duì)絕緣操作桿進(jìn)行一次交流耐壓試驗(yàn),不合格的要立即報(bào)廢,不可降低其標(biāo)準(zhǔn)使用。⑨使用后要及時(shí)將桿體表面的污跡擦拭干凈,并把各節(jié)分解后裝入一個(gè)專用的工具袋內(nèi),存放在屋內(nèi)通風(fēng)良好、清潔干燥的支架上或懸掛起來,盡量不要靠近墻壁,以防受潮,破壞其絕緣。(3)防護(hù)眼鏡

防護(hù)眼鏡(如圖1-2-9所示)是一種起特殊作用的眼鏡,使用的場(chǎng)合不同需求的眼鏡也不同。比如醫(yī)院用的手術(shù)眼鏡,電焊時(shí)用的焊接眼鏡,激光雕刻中的激光防護(hù)眼鏡,等等。防護(hù)眼鏡分為安全眼鏡和防護(hù)面罩兩大類,作用主要是防護(hù)眼睛和面部免受紫外線、紅外線和微波等電磁波的輻射,粉塵、煙塵、金屬和砂石碎屑以及化學(xué)溶液濺射的損傷。本節(jié)注意針對(duì)HV蓄電池的電解液,具有高堿性,所以我們必須選用防化學(xué)眼鏡,其鏡片耐酸堿,耐腐蝕,這是其他眼鏡所不具備的。因此,每一個(gè)需戴防護(hù)鏡作業(yè)的工人,都應(yīng)了解自己作業(yè)環(huán)境的有害因素,佩戴合適的安全防護(hù)眼鏡,不可亂戴一通。圖1-2-9防護(hù)眼鏡(4)絕緣膠墊

絕緣膠墊又稱為絕緣毯、絕緣墊、絕緣橡膠板、絕緣膠板、絕緣橡膠墊、絕緣地膠、絕緣膠皮、絕緣墊片等,是具有較大體積電阻率和耐電擊穿的膠墊。用于配電房、高電壓等工作場(chǎng)合的臺(tái)面或鋪地絕緣材料。如圖1-2-10所示。圖1-2-10絕緣膠墊(5)其他鉗類工具

修理汽車電路的過程常常使用鉗類工具剪細(xì)導(dǎo)線或修剪焊接各處多余的線頭,常用的鉗類工具有斜口鉗及剝線鉗兩種。如圖1-2-11所示。(a)斜口鉗絕緣耐壓為1000V剪斷較粗的金屬絲

(b)剝線鉗絕緣耐壓為500V快速剝?nèi)?dǎo)線外面塑料包線圖1-2-11其他鉗類工具鉗類使用注意事項(xiàng):①操作前,夾鉗表面應(yīng)用清潔的干布擦干凈;②操作時(shí)帶絕緣手套,穿絕緣靴及護(hù)目鏡,且必須在切斷負(fù)載的情況下進(jìn)行操作。③雨雪或潮濕天氣操作應(yīng)使用專門的防雨夾鉗。④按規(guī)定進(jìn)行定期檢查。如圖1-2-12所示為使用鉗類工具時(shí)的特別提醒。圖1-2-12禁止戴金屬飾品作業(yè)(5)絕緣工具套裝

絕緣工具套裝是對(duì)純電動(dòng)汽車維修常用的工具套裝,猶如我們對(duì)維修常規(guī)能源汽車的常用工具是一個(gè)性質(zhì)。樣式跟常用維修工具套裝基本相同,如圖1-2-13所示。圖1-2-13絕緣工具套裝(6)絕緣萬用表

絕緣萬用表又稱為復(fù)用表、多用表、三用表、繁用表等,一般以測(cè)量電壓、電流和電阻為主要目的。是一種多功能、多量程的測(cè)量?jī)x表,一般萬用表可測(cè)量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、電阻和音頻電平等,有的還可以測(cè)交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)(如β)等。一般分為指針式和數(shù)字式(如圖1-2-14所示)。另外電流表、電壓表、歐姆表它們有單獨(dú)的儀表;可以利用萬用表中的電流電壓擋、歐姆擋進(jìn)行測(cè)量。下面也將做簡(jiǎn)單介紹。圖1-2-14數(shù)字萬用表(新能源汽車專用)(7)絕緣檢測(cè)儀

在現(xiàn)代實(shí)際測(cè)試需求中,數(shù)字絕緣測(cè)試儀(如圖1-2-15所示)基本取代普通兆歐表的作用,可以實(shí)現(xiàn)更方便直觀的測(cè)量過程。采用全新設(shè)計(jì)以及大規(guī)模集成電路和數(shù)字電路相組合,完成絕緣電阻、直流電壓,交流電壓等參數(shù)測(cè)量;功能更全,準(zhǔn)確度更高,性能穩(wěn)定,操作方便可靠。適用于測(cè)量變壓器、電機(jī)、電纜、開關(guān)、電器等各種電氣設(shè)備及絕緣材料的絕緣電阻,對(duì)各種電氣設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)、試驗(yàn)及檢定。圖1-2-15絕緣測(cè)試儀1)絕緣測(cè)試儀測(cè)量孔的定義:(以優(yōu)利德UT500系列為例)LINE:絕緣電阻測(cè)試高壓輸出孔V:電壓測(cè)量輸入正插孔G:電壓測(cè)量輸入負(fù)插孔EARTH:絕緣電阻測(cè)試取樣插孔2)絕緣電阻的測(cè)量如圖1-2-16所示,測(cè)量絕緣電阻時(shí),兩只表筆嚴(yán)禁短接,切勿絞放在一起被測(cè)元器件嚴(yán)禁帶電測(cè)量,根據(jù)被測(cè)元件的絕緣要求,按功能旋鈕選擇測(cè)試電壓250V/500V/1000V/2500V中之一,電動(dòng)汽車的元器件一般不低于500V測(cè)試電壓。①在測(cè)量絕緣電阻前,待測(cè)電路必須完全放電,并且與電源電路完全隔離。②將紅測(cè)試線插入“LINE”輸入端口,黑測(cè)試線插入“EARTH”輸入端口。③將紅、黑鱷魚夾接入被測(cè)電路,正極電壓是從LINE端輸出的。功能旋鈕選擇測(cè)試電壓250V/500V/1000V/2500V其中之一后,按下TEST鍵后,此鍵自鎖進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,輸出絕緣電阻測(cè)試電壓,同時(shí)測(cè)試燈發(fā)出紅色警告,在測(cè)試完畢以后,按下TEST鍵,解除自鎖停止測(cè)量。圖1-2-16絕緣電阻的測(cè)量(8)放電工裝

放電工裝主要是對(duì)純電動(dòng)汽車在下電的時(shí)候,對(duì)高壓系統(tǒng)存在余電或是高壓系統(tǒng)在放電過程出現(xiàn)故障不能自主放電的情況下對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行的一種人工放電的設(shè)備。如圖1-2-17所示。圖1-2-17放電工裝(9)安全護(hù)欄,安全警示標(biāo)識(shí)

安全護(hù)欄主要是用來分隔操作區(qū)域,避免非操作人員的進(jìn)入,保障維修工作的正常進(jìn)行和非操作人員的錯(cuò)誤操作帶來的不安全行為。如圖1-2-18所示。圖1-2-18安全護(hù)欄如表1-2-2所示,安全警示標(biāo)識(shí)主要是用來警告和提醒非操作人員進(jìn)入或是所在場(chǎng)地的具有較大的危險(xiǎn)性。標(biāo)識(shí)需要標(biāo)明的車輛狀態(tài)可執(zhí)行的操作

高壓電氣系統(tǒng)已經(jīng)接通,且高壓觸電暴露在外只能由車輛技術(shù)電氣專業(yè)人員(高壓電專業(yè)技師)操作

高壓電氣系統(tǒng)已經(jīng)斷路僅由受過培訓(xùn)的普通維修人員在車輛上進(jìn)行操作未經(jīng)指定人員驗(yàn)證,不得重新接通電源

高壓電氣系統(tǒng)已經(jīng)接通,沒有高壓觸電暴露在外僅由受過培訓(xùn)的人員在車輛上進(jìn)行操作特別留意點(diǎn)火形狀的位置,如果閉合開關(guān),高壓部件可能意外啟動(dòng)表1-2-2安全警示標(biāo)識(shí)3.新能源汽車作業(yè)十不準(zhǔn)(1)非持證電工如圖1-2-19所示,不準(zhǔn)裝接電動(dòng)汽車高壓電氣設(shè)備。圖1-2-19持證電工(2)任何人不準(zhǔn)玩弄如圖1-2-20所示電氣設(shè)備和開關(guān)。圖1-2-20禁玩電氣設(shè)備和開關(guān)(3)破損的電氣設(shè)備應(yīng)及時(shí)調(diào)換,不準(zhǔn)使用如圖1-2-21所示絕緣損壞的電氣設(shè)備。(4)暫不準(zhǔn)利用如圖1-2-22所示車身電源對(duì)電動(dòng)汽車外部的用電設(shè)備供電。圖1-2-21禁用絕緣損壞的電氣設(shè)備圖1-2-22禁用車身電源對(duì)電動(dòng)汽車外部的用電設(shè)備供電(5)任何人不準(zhǔn)啟動(dòng)如圖1-2-23所示掛有警告牌的電氣設(shè)備。圖1-2-23禁用掛有警告牌的電氣設(shè)備(6)不準(zhǔn)用水沖洗揩擦電氣設(shè)備。(7)熔斷絲熔斷時(shí),不準(zhǔn)調(diào)換容量不符的熔絲。(8)不經(jīng)技術(shù)部門或主管部門審批,不準(zhǔn)私自改動(dòng)和加裝。(9)發(fā)現(xiàn)有人觸電,應(yīng)立即切斷電源進(jìn)行搶救,未脫離電源前不準(zhǔn)直接接觸觸電者。如圖1-2-24所示。(10)雷雨天氣,禁止在室外對(duì)車輛充電和維修維護(hù),如圖1-2-25所示。圖1-2-24搶救觸電者禁忌

圖1-2-25雷雨天在室外匆充電和維修任務(wù)3高壓系統(tǒng)的安全操作1.熟悉高壓系統(tǒng)斷電流程;2.掌握高壓系統(tǒng)斷電操作流程及注意事項(xiàng)。一、純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的斷電操作流程

在對(duì)純電動(dòng)汽車進(jìn)行維修和檢測(cè)之間,需要對(duì)純電動(dòng)汽車的高壓系統(tǒng)進(jìn)行斷電處理,除非特定情況下需要控制系統(tǒng)進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)才不要進(jìn)行斷電處理。否則每一次檢測(cè)和維修之前都要進(jìn)行斷電操作。下面我們一起來學(xué)習(xí)對(duì)高壓系統(tǒng)的斷電操作流程。1.作業(yè)前準(zhǔn)備(1)操作人員:需要兩個(gè)專業(yè)人員進(jìn)行同時(shí)操作?？梢苑止ず献骰蛟O(shè)主要操作人員和監(jiān)護(hù)人員。圖1-3-1操作人員(2)場(chǎng)地準(zhǔn)備安全準(zhǔn)備:放置隔離欄,放置安全警示牌,檢查滅火器。如圖1-3-2所示。

放置隔離欄

放置安全警示牌檢測(cè)、準(zhǔn)備滅火器

測(cè)量絕緣地墊絕緣值操作準(zhǔn)備:檢查防護(hù)套具,護(hù)目鏡是否破損,安全帽是否破損檢查絕緣手套的密封性

及絕緣等級(jí)。如圖1-3-3所示。圖1-3-3操作準(zhǔn)備注意事項(xiàng):檢查絕緣手套時(shí)要嚴(yán)格遵守檢查要求,以免發(fā)生不安全事故。圖1-3-4檢查絕緣手套(3)絕緣工具的檢查及準(zhǔn)備如圖1-3-5所示為絕緣工具的檢查及準(zhǔn)備。檢查工具套裝

檢查測(cè)量工具(包括絕緣表)

放電工裝圖1-3-5絕緣工具的檢查及準(zhǔn)備2.車輛初步檢查(1)作業(yè)前實(shí)施車輛防護(hù),如圖1-3-6所示。圖1-3-6把快慢充電口用封口帶封住,禁止作業(yè)時(shí)進(jìn)行充電(2)登記車輛信息,檢查車輛外表狀況。(3)檢查汽車周邊是否存在安全隱患,檢查手剎是否拉好,汽車系統(tǒng)是否能正常上電及運(yùn)行。如圖1-3-7所示。圖1-3-7檢查車輛周邊及手剎(4)

關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān),拔下點(diǎn)火鑰匙,并安全放置好鑰匙,以防給其他人員接觸而誤啟動(dòng)車輛。如圖1-3-8所示。圖1-3-8安全放置鑰匙(5)

放置車輛保護(hù)三件套及翼子板套,如圖1-3-9所示。圖1-3-9裝上三件套3.斷電操作(1)用專業(yè)工具拆下蓄電池負(fù)極(這時(shí)可以不戴絕緣手套),并做好絕緣保護(hù)(用絕緣膠布包住),并等待15分鐘或以上。如圖1-3-10所示。

拆下蓄電池負(fù)極

對(duì)蓄電池負(fù)極做絕緣保護(hù)圖1-3-10斷電操作(一)(2)用常用工具拆下中間護(hù)手儲(chǔ)物箱,并取出存物箱。伸手進(jìn)入并拆下維護(hù)開關(guān);維護(hù)開關(guān)為雙級(jí)保護(hù)開關(guān),不能硬拔,要先拆一級(jí)保護(hù),打開后再拆下二級(jí)保護(hù),才能把開關(guān)完全拔出來。如圖1-3-11把維護(hù)開關(guān)放置好(最好是所在工具箱里面),以防其他人拿到。并放置如圖1-3-12高壓斷電警示標(biāo)志。

(a)一級(jí)保護(hù)

(b)二級(jí)保護(hù)圖1-3-11斷電操作(二)4.驗(yàn)電(1)舉升車輛,拆下動(dòng)力電池母線正負(fù)極,用專業(yè)高壓萬用表測(cè)量動(dòng)力電池正負(fù)極電壓,電壓為零或接近零,說明下電成功,可以進(jìn)一步進(jìn)行操作;如果電壓高于人體安全電壓一直降不下來說明系統(tǒng)下電不成功,需要進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查。這時(shí)候需要放置高壓斷電警示標(biāo)志,說明已經(jīng)沒有高壓電了。(2)下電成功后,對(duì)動(dòng)力電池母線正負(fù)極進(jìn)行絕緣保護(hù)(絕緣膠布包裹住)。完成以上操作步驟,下電操作就完成了。如要對(duì)車輛進(jìn)一步維修或檢測(cè),在下電完成之后就可以進(jìn)行了。此時(shí)操作(動(dòng)力電池除外的系統(tǒng))就不再需要戴絕緣手套和護(hù)具了。注意:對(duì)動(dòng)力電池的拆裝和分體過程中還是要帶上絕緣手套和護(hù)具的,因?yàn)閯?dòng)力電池內(nèi)部還是有電壓的,只是把內(nèi)部電壓分成幾部分而已(以E5為列)。二、純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的上電操作流程高壓系統(tǒng)的上電流程和高壓系統(tǒng)的下電流程剛好是反向操作。1.動(dòng)力電池高壓母線的安裝:把之前用絕緣膠布包好的高壓母線的正負(fù)極線拆下,并安裝到動(dòng)力電池的輸出口端。安裝時(shí)要注意要把正負(fù)極端口的保險(xiǎn)扣扣好。2.安裝維護(hù)開關(guān)

(1)收好高壓斷開指示牌。

(2)把維護(hù)開關(guān)從工具箱里取出,把維護(hù)開關(guān)安裝到開關(guān)座,并鎖上安全扣。

(3)裝上存物箱,上好存物箱鎖緊螺栓。3.裝上蓄電池負(fù)極,并擰緊鎖緊螺栓。4.打開點(diǎn)火開關(guān),并啟動(dòng)汽車,看看汽車能不能正常上電,如果能正常上電,說明高壓系統(tǒng)上電正常;如果車輛不能正常上電,那么就要重新檢測(cè)整個(gè)高壓系統(tǒng)或高壓控制直至車輛能正常上電。項(xiàng)目二

動(dòng)力電池1.了解動(dòng)力電池的作用、類型與特點(diǎn);2.掌握純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池結(jié)構(gòu);3.掌握拆裝動(dòng)力電池的操作方法和注意事項(xiàng);4.增強(qiáng)安全質(zhì)量意識(shí)和工作責(zé)任心。1.知識(shí)能力:掌握純電動(dòng)車動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu);2.技能能力:掌握動(dòng)力電池的拆裝方法和步驟,能正確使用專業(yè)絕緣工具;3.社會(huì)能力:具備安全操作的能力及職業(yè)素養(yǎng)。

電池、電機(jī)和電控系統(tǒng)是新能源汽車的三大關(guān)鍵組成部分。其中動(dòng)力電池是最關(guān)鍵的一環(huán),可以說動(dòng)力電池是新能源汽車的“心臟”。那么,你知道純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池維護(hù)內(nèi)容有哪些嗎?對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行哪些保養(yǎng)維護(hù)?在維護(hù)時(shí)有什么注意事項(xiàng)?任務(wù)1

動(dòng)力電池的性能了解動(dòng)力電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成部件。了解動(dòng)力電池的工作原理、控制原理等。一、動(dòng)力電池的性能1.動(dòng)力電池的定義

動(dòng)力電池,又稱動(dòng)力蓄電池、高壓電池包,是純電動(dòng)汽車和油電混合動(dòng)力汽車的重要能量存儲(chǔ)動(dòng)力源,在電動(dòng)汽車上發(fā)揮著非常重要的作用。

動(dòng)力電池即為工具提供動(dòng)力來源的電源,多指為電動(dòng)汽車、電動(dòng)列車、電動(dòng)自行車、高爾夫球車提供動(dòng)力的蓄電池。電動(dòng)汽車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環(huán)壽命(L)和成本(C)等。要使電動(dòng)汽車能與燃油汽車相競(jìng)爭(zhēng),關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)的高效電池。2.動(dòng)力電池的作用

動(dòng)力電池的作用是接收和儲(chǔ)存由車載充電機(jī)、發(fā)電機(jī)、制動(dòng)能量回收裝置或外置充電裝置提供的高壓直流電,并且為電動(dòng)汽車提供高壓直流電。動(dòng)力電池是純電動(dòng)汽車的核心部件,也是新能源汽車上價(jià)格最高的部件之一。動(dòng)力電池的性能好壞直接決定了這輛車的實(shí)際價(jià)值。應(yīng)用在電動(dòng)汽車上的儲(chǔ)能技術(shù)主要是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù),即鉛酸、鎳氫、鋰離子等電池儲(chǔ)能技術(shù)。作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源,動(dòng)力電池技術(shù)是電動(dòng)汽車的核心技術(shù),更是電氣技術(shù)與汽車行業(yè)的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn),一直制約著電動(dòng)汽車的發(fā)展。近年來,隨著電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的研發(fā)受到各國(guó)能源、交通、電力等部門的重視,電池的多種性能得到了提高,如我國(guó)就在鋰離子電池技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。3.動(dòng)力電池的類型

新能源汽車上所使用的動(dòng)力電池種類繁多,外形差別較大,按其工作性質(zhì)和使用特征的不同,可分為一次電池、二次電池、儲(chǔ)備電池和燃料電池等。其中儲(chǔ)備電池和燃料電池屬于特殊的一次電池。(1)一次電池(原電池)一次電池是放電后不能用充電的方法使它復(fù)原的電池。這種類型的電池只能使用一次,放電后電池只能被遺棄。這類電池不能再充電的原因,或是電池反應(yīng)本身不可逆,或是條件限制使可逆反應(yīng)很難進(jìn)行,如鋅錳干電池、鋅汞電池、銀鋅電池。(2)二次電池(蓄電池)二次電池是放電后可用充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而可以再次放電,且可反復(fù)多次循環(huán)使用的電池。這類電池實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)能量?jī)?chǔ)存裝置,用直流電將電池充足,這時(shí)電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在電池中,放電時(shí),化學(xué)能再轉(zhuǎn)換為電能,如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋅空氣電池等。(3)儲(chǔ)備電池(激活電池)儲(chǔ)備電池是正、負(fù)極活性物質(zhì)和電解液不直接接觸,使用前臨時(shí)注入電解液或用其他方法使電池激活的電池。這類電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)化學(xué)易變質(zhì)或自放電,因與電解液的隔離而基本上被排除,從而使電池能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存,如鎂銀電池、鈣熱電池、鉛高氯酸電池。(4)燃料電池(連續(xù)電池)燃料電池是只要活性物質(zhì)連續(xù)地注入電池,就能長(zhǎng)期不斷地進(jìn)行放電的一類電池。它的特點(diǎn)是電池自身只是一個(gè)載體,可以把燃料電池看成是一種需要電能時(shí)將反應(yīng)物從外部送入的一種電池,如氫燃料電池。需要說明的是,上述分類方法并不意味著某一種電池體系只能分屬一次電池、二次電池、儲(chǔ)備電池或燃料電池。某一種電池體系可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成不同類型的電池。如鋅銀電池,可以設(shè)計(jì)成一次電池,也可以設(shè)計(jì)成二次電池或儲(chǔ)備電池。目前電動(dòng)汽車上二次電池的主要類型有鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池。4.動(dòng)力電池的工作原理

以下介紹動(dòng)力電池主要類型,即鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池的工作原理。(1)鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池,是一種電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的蓄電池,如圖2-1-1所示。圖2-1-1鉛酸蓄電池(2)鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池是由氫離子和金屬鎳合成,電量?jī)?chǔ)備比鎳鎘蓄電池多30%,比鎳鎘電池更輕,使用壽命也更長(zhǎng)。1)鎳氫蓄電池的原理鎳氫蓄電池的充放電反應(yīng)如下所示。正極:NiOOH+H2O+e-放電充電??＝Ni(OH)2+OH-

E0=+0.52V負(fù)極:MHab+OH-放電充電??＝M+H2O+e-

E0=-0.82V電池:NiOOH+MHab放電充電??＝Ni(OH)2+M

E0=1.34V2)混合動(dòng)力汽車鎳氫電池結(jié)構(gòu)

搭載在混合動(dòng)力汽車的鎳氫電池是將84~240個(gè)容量為6~6.5A·h的單體電池以串聯(lián)方式連接后使用的。迄今為止已開發(fā)出圓形和方形的混合動(dòng)力汽車用的鎳氫電池,如圖2-1-2所示,近年來其輸出功率密度正在逐年上升。盡管混合動(dòng)力汽車用鎳氫電池的電能量(容量)還不到電動(dòng)汽車用鎳氫電池的1/10,但是要求其具有與電動(dòng)汽車相同的輸出功率和再生恢復(fù)性能。因此,正在通過多種技術(shù)領(lǐng)域致力于對(duì)單體電池或電池模塊(由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式連接而成的電池組)的研究開發(fā)工作。圖2-1-2普銳斯動(dòng)力電池(鎳氫蓄電池)(3)鋰離子電池1)鋰離子電池基本原理與結(jié)構(gòu)鋰電池(LithiumBattery)是指電化學(xué)體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池。鋰離子電池是鋰離子在電極之間移動(dòng)而產(chǎn)生電能的,這種電能的存儲(chǔ)和放出是通過正極活性物質(zhì)中放出的鋰離子向負(fù)極活性物質(zhì)中移動(dòng)完成的,并不伴隨化學(xué)反應(yīng),這是鋰離子電池的最大特點(diǎn)。鋰離子電池反應(yīng)的這種特點(diǎn),使鋰離子電池比傳統(tǒng)的二次電池具有更長(zhǎng)的壽命。圖2-1-3是鋰離子電池的示意圖,它由作為氧化劑的正極活性物質(zhì)、作為還原劑的負(fù)極活性物質(zhì)、作為鋰離子導(dǎo)電的電解液以及防止兩個(gè)電極產(chǎn)生短路的隔板組成,利用正極與負(fù)極之間鋰離子的移動(dòng)來進(jìn)行充電和放電。其工作原理如圖2-1-4所示。一般的圓柱形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1-5所示,正極和負(fù)極的活性物質(zhì)是利用一種被稱為Binder的樹脂膠粘劑固定在金屬箔上,然后在其中間夾入隔板后收卷而成。方形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1-6所示。圖2-1-3鋰離子二次電池圖2-1-4磷酸鐵鋰電池工作原理圖2-1-5圓柱形鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)

圖2-1-6方形鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖(３)鋰離子電池１)鋰離子電池基本原理與結(jié)構(gòu)

鋰電池是指電化學(xué)體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池.鋰離子電池是鋰離子在電極之間移動(dòng)而產(chǎn)生電能的,這種電能的存儲(chǔ)和放出是通過正極活性物質(zhì)中放出的鋰離子向負(fù)極活性物質(zhì)中移動(dòng)完成的,并不伴隨化學(xué)反應(yīng),這是鋰離子電池的最大特點(diǎn).鋰離子電池反應(yīng)的這種特點(diǎn),使鋰離子電池比傳統(tǒng)的二次電池具有更長(zhǎng)的壽命.

此外,電極材料種類選擇較多也是鋰離子電池的一大特點(diǎn),再加上鋰離子電池本身就具有小型化、輕量化和高電壓化的特點(diǎn),通過材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)高輸出功率和高容量,因此可以設(shè)計(jì)出與實(shí)際用途完全相符的結(jié)構(gòu)及特性,這也是鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)之一.圖２-１-３所示的是鋰離子電池的示意圖,它由作為氧化劑的正極活性物質(zhì)、作為還原劑的負(fù)極活性物質(zhì)、作為鋰離子導(dǎo)電的電解液以及防止兩個(gè)電極產(chǎn)生短路的隔板組成,利用正極與負(fù)極之間鋰離子的移動(dòng)進(jìn)行充電和放電.其工作原理如圖２-１-４所示.一般的圓柱形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖２-１-５所示,正極和負(fù)極的活性物質(zhì)是利用一種被稱為Binder的樹脂膠黏劑固定在金屬箔上,然后在其中間夾入隔板后收卷而成.方形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖２-１-６所示.圖２-１-３圖

2-1-4磷酸鐵鋰電池工作原理圖

2-1-5圓柱形鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)

圖

2-1-6方形鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

２)鋰離子電池的基本特性①電池的電能.電池輸出的電能E等于從電池中所能取出的電量Q與電池電壓U的乘積,即:E＝QU

在充電上限電壓到放電下限電壓的范圍內(nèi)所放出的電量即為電池的容量.多數(shù)情況下電池電壓是用平均電壓值來代替的,平均電壓(額定電壓)的定義是達(dá)到總電能１/２放電量時(shí)的電壓值.例如,額定電壓為3.7V、公稱容量為2.4Ah的18650規(guī)格(直徑183mm×65mm)的鋰離子電池的總能量為89Wh,體積能量密度為520Wh/L、質(zhì)量為44g時(shí)的質(zhì)量能量密度為201Wh/kg.②剩余電量的估算.關(guān)于電池的充電狀態(tài),多數(shù)以SOC形式來表示,SOC采用剩余容量與設(shè)計(jì)容量的比率表示,充電時(shí)電量達(dá)到充滿狀態(tài)時(shí)即為SOC１００％,放電容量與設(shè)計(jì)容量的比率采用放電深度(DOD)表示:DOD和SOC的關(guān)系為:DOD＝1－SOC對(duì)于一般電池的SOC和DOD,多根據(jù)電壓值進(jìn)行估算,對(duì)于鋰離子電池而言,電壓平坦域的具體觀察將視不同的電極材料而定,有時(shí)難以根據(jù)電壓來估算SOC.(３)鋰離子電池的常見類型①按照正極材料進(jìn)行分類:鈷酸鋰,錳酸鋰,鎳酸鋰,磷酸鐵鋰,三元材料[鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O２].②按照電解質(zhì)進(jìn)行分類:液態(tài)鋰離子電池,簡(jiǎn)稱LIB(liquidionbattery);聚合物鋰離子電池,簡(jiǎn)稱LIP(polymerlithiumionbattery).分類對(duì)比見表2-2-1所示.表

2-1-1鋰離子電池分類對(duì)比正極材料平均輸出電池(V)能量密度(mA·h/g)LiCoO23.7140Li2Mn2O44.0100LiFePO43.3130Li2FePO4F3.6115③其他性能對(duì)比:能量密度:１８６５０電池(鈷酸鋰)＞磷酸鐵鋰＞錳酸鋰價(jià)格優(yōu)勢(shì):１８６５０電池(鈷酸鋰)＞錳酸鋰＞磷酸鐵鋰安全性:磷酸鐵鋰＞錳酸鋰＞１８６５０電池(鈷酸鋰)循環(huán)壽命:磷酸鐵鋰＞錳酸鋰＞１８６５０電池(鈷酸鋰)５

常見車型動(dòng)力電池的安裝位置、類型和特點(diǎn)

電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池一般位于車輛底部前、后橋及兩側(cè)縱梁之間,安裝在這些位置能使其具有較高碰撞安全性,可以降低車輛重心,車輛操控性更好.將電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池安裝在駕駛室后方的車架縱梁之上,不但使得拆裝操作更加簡(jiǎn)單,避免了動(dòng)力電池安裝分散,減少動(dòng)力電池之間高壓連接線束的使用,避免了線路連接過多的問題,而且節(jié)約了成本.動(dòng)力電池盡可能安裝在清潔、陰涼、通風(fēng)、干燥的地方,并避免陽(yáng)光直射,遠(yuǎn)離加熱器或其他輻射熱源.動(dòng)力電池應(yīng)當(dāng)直立安裝放置,不可傾斜,動(dòng)力電池組間應(yīng)有通風(fēng)措施,以避免因動(dòng)力電池?fù)p壞所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w引起爆炸和燃燒.北汽新能源純電動(dòng)汽車為具有代表性車型動(dòng)力電池的安裝位置.北汽E150EV純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池采用磷酸鐵鋰電池,安裝在車輛底部,如圖2-1-9所示.圖2-1-9北汽新能源純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池二、動(dòng)力電池的各性能參數(shù)解析１電壓(V)

開路電壓,即電池外部不接任何負(fù)載或電源,測(cè)量電池正負(fù)極之間的電位差,即為電池的開路電壓.工作電壓與開路電壓相對(duì)應(yīng),即電池外接上負(fù)載或電源,有電流流過電池,測(cè)量所得的正負(fù)極之間的電位差.由于電池內(nèi)阻的存在,放電狀態(tài)時(shí)(外接負(fù)載),工作電壓低于開路電壓,充電時(shí)(外接電源)的工作電壓高于開路電壓.２電池容量(Ah)

能夠容納或釋放的電荷Q,Q＝It,即電池容量(Ah)＝電流(A)×放電時(shí)間(h),單位一般為Ah(安時(shí))或mAh(毫安時(shí)).比如車內(nèi)蓄電池標(biāo)注16Ah,那么在工作時(shí)電流為1A時(shí),理論上可以使用16h.３電池能量(Wh)電池儲(chǔ)存的能量,單位為Wh(瓦時(shí)),能量(Wh)＝電壓(V)×電池容量(Ah).圖2-1-10所示為標(biāo)識(shí)為37V/10000mAh的電池,其能量為37Wh,如果把4節(jié)這樣的電池串聯(lián),就組成了一個(gè)電壓是148V,容量為10000mAh的電池組,雖然沒有提高電池容量,但總能量提高了4倍.４能量密度(Wh/L&Wh/kg)

單位體積或單位質(zhì)量電池釋放的能量.如果是單位體積,即體積能量密度(Wh/L),很多地方直接簡(jiǎn)稱為能量密度;如果是單位質(zhì)量,就是質(zhì)量能量密度(Wh/kg),很多地方也叫比能量.如一節(jié)鋰電池重300g,額定電壓為37V,容量為10Ah,則其比能量為123Wh/kg.５功率密度(W/L&W/kg)

將能量除以時(shí)間,便得到功率,單位為W或kW.同理,功率密度是指單位質(zhì)量(有時(shí)也直接叫比功率)或單位體積電池輸出的功率,單位為W/kg或W/L.比功率是評(píng)價(jià)電池是否滿足電動(dòng)汽車加速性能的重要指標(biāo).比能量和比功率究竟有什么區(qū)別?舉個(gè)形象的例子: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,保證汽車?yán)m(xù)航里程;比功率高的動(dòng)力電池就像龜兔賽跑里的兔子,速度快,可以提供很高的瞬間電流,保證汽車加速性能.６電池放電倍率(C)

放電倍率是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量(Q)時(shí)所需要的電流值,它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù).即:充放電電流(A)/額定容量(Ah),其單位一般為C(Crate的簡(jiǎn)寫),如0.5C,1C,5C等.舉個(gè)例子,對(duì)于容量為24Ah電池來說:用48A放電,其放電倍率為2C,反過來講,２C放電,放電電流為48A,0.5h放電完畢;用12A充電,其充電倍率為0.5C,反過來講,0.5C充電,充電電流為12A,2h充電完畢;電池的充放電倍率,決定了我們可以以多快的速度,將一定的能量存儲(chǔ)到電池里面,或者以多快的速度,將電池里面的能量釋放出來.７荷電狀態(tài)(％)

SOC,全稱是stateofcharge,荷電狀態(tài)也叫剩余電量,代表的是電池放電后剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值.其取值范圍為０~１,當(dāng)SOC＝０時(shí)表示電池放電完全,當(dāng)SOC＝１時(shí)表示電池完全充滿.電0池管理系統(tǒng)(BMS)主要通過管理SOC并進(jìn)行估算來保證電池高效工作,所以它是電池管理的核心.目前SOC估算主要有開路電壓法、安時(shí)計(jì)量法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡爾曼濾波法等,我們以后再詳細(xì)解讀.８內(nèi)阻

內(nèi)阻是指電池在工作時(shí),電流流過電池內(nèi)部受到的阻力.包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻,其中:歐姆內(nèi)阻包括電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻;極化內(nèi)阻包括電化學(xué)極化電阻和濃差極化電阻.圖２Ｇ１Ｇ１１所示為某電池放電曲線,x軸表示放電量,y軸表示電池開路電壓,電池理想放電狀態(tài)為黑色曲線,紅色曲線是考慮到電池內(nèi)阻時(shí)的真實(shí)狀態(tài).圖２Ｇ１Ｇ１１某電池放電曲線OCV為開路電壓;Qmax為電池最大化學(xué)容量;Quse為電池實(shí)際容量;Rbat為電池的內(nèi)阻;EDV為放電終止電壓;I為放電電流

從圖中可以看出,電池實(shí)際容量Quse＜電池理論上的最大化學(xué)容量Qmax.由于電阻的存在,電池的實(shí)際容量會(huì)降低.我們也可以看到,電池實(shí)際容量Quse取決于兩個(gè)因素:放電電流I與電池內(nèi)阻Rbat的乘積,以及放電終止電壓EDV是多少.需要指出的是電池內(nèi)阻Rbat會(huì)隨著電池的使用而逐漸增大.內(nèi)阻的單位一般是毫歐姆(mΩ),內(nèi)阻大的電池,在充放電的時(shí)候,內(nèi)部功耗大,發(fā)熱嚴(yán)重,會(huì)使電池的老化加速和壽命衰減,同時(shí)也會(huì)限制大倍率的充放電應(yīng)用.所以,內(nèi)阻越小,電池的壽命越大,倍率性能就會(huì)越好.通常電池內(nèi)阻的測(cè)量方法有交流和直流測(cè)試法.９自放電電池自放電,是指在開路靜置過程中電壓下降的現(xiàn)象,又稱電池的荷電保持能力.一般而言,電池自放電主要受制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件的影響.自放電按照容量損失后是否可逆劃分為兩種:容量損失可逆,指經(jīng)過再次充電過程容量可以恢復(fù);容量損失不可逆,表示容量不能恢復(fù)。

目前對(duì)電池自放電原因研究理論比較多,總結(jié)起來分為物理原因(存儲(chǔ)環(huán)境,制造工藝,材料等)以及化學(xué)原因(電極在電解液中的不穩(wěn)定性,內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng),活性物質(zhì)被消耗等),電池自放電將直接降低電池的容量和儲(chǔ)存性能.。10壽命電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)參數(shù).循環(huán)壽命指的是電池可以循環(huán)充放電的次數(shù).即在理想的溫濕度下,以額定的充放電電流進(jìn)行充放電,計(jì)算電池容量衰減到80％時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù).日歷壽命是指電池在使用環(huán)境條件下,經(jīng)過特定的使用工況,達(dá)到壽命終止條件(容量衰減到80％)的時(shí)間跨度.日歷壽命與具體的使用要求緊密相關(guān),通常需要規(guī)定具體的使用工況、環(huán)境條件、存儲(chǔ)間隔等.循環(huán)壽命是一個(gè)理論上的參數(shù),而日歷壽命更具有實(shí)際意義.但日歷壽命的測(cè)算復(fù)雜,耗時(shí)長(zhǎng),所以一般電池廠家只給出循環(huán)壽命的數(shù)據(jù).圖2-1-12所示為三元鋰電池的充放電特性,可以看出,不同的充放電方式對(duì)電池的壽命影響不一樣,根據(jù)圖示數(shù)據(jù),以25%-75%充放電的壽命可以達(dá)到2500次,即我們所說的電池淺充淺放.電池壽命這個(gè)話題我們以后還會(huì)深入討論11化成

化成主要和電池的制造工藝有關(guān).電池制成后,需要對(duì)電芯進(jìn)行小電流充電,將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活,在負(fù)極表面形成一層鈍化層———SEI(solidelectrolytelnterface)膜,使電池性能更加穩(wěn)定,這一過程稱為化成,電池經(jīng)過化成后才能體現(xiàn)其真實(shí)的性能.化成過程中的分選過程能夠提高電池組的一致性,最終使電池組的性能提高,化成容量是篩選合格電池的重要指標(biāo).三、動(dòng)力電池的主要技術(shù)參數(shù)及性能比較１磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池.它具有循環(huán)壽命可達(dá)800次以上、使用安全、可大電流快速放電、熱穩(wěn)定性好、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn).但低溫性能差是其致命性缺點(diǎn),無法滿足冬天使用的需求.北汽EV160純電動(dòng)汽車采用的是磷酸鐵鋰電池,如圖2-1-13所示.２三元鋰電池三元鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰離子電池.它具有能量密度大、單體電壓高、循環(huán)使用壽命高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn).但也具有容易熱解的特性,因此在應(yīng)用過程中應(yīng)對(duì)其加強(qiáng)過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過溫保護(hù)和過電流保護(hù).特斯拉采用的是1865三元鋰電池,如圖2-1-14所示。３錳酸鋰電池錳酸鋰是比較有前景的鋰離子正極材料之一,它具有常溫和低溫下循環(huán)性能佳、原材料豐富、制備技術(shù)成熟、材料環(huán)保、安全性能好等優(yōu)點(diǎn).但也具有高溫性能差、循環(huán)性能差、儲(chǔ)存性能較差等缺點(diǎn),另外,高性能材料的制備技術(shù)尚不普及也制約著錳酸鋰電池的發(fā)展.日產(chǎn)聆風(fēng)和啟辰晨風(fēng)采用的是錳酸鋰電池,如圖2-1-15所示。圖2-1-13磷酸鐵鋰電池

圖2-1-14三元鋰電池

圖2-1-15錳酸鋰電池表2-1-2所示為動(dòng)力電池的性能比較：電池類型電壓/V比能量/Whkg－１循環(huán)壽命/次安全性熱穩(wěn)定性原料成本鈷酸鋰電池３６~３７＞１５０＞６００低不穩(wěn)定昂貴錳酸鋰電池３６~３７＞１００＞６００較高較穩(wěn)定較低三元鋰電池３６~３７＞１４０＞６００較高較穩(wěn)定較低磷酸鐵鋰電池３２~３３＞７０＞８００高穩(wěn)定低４

動(dòng)力電池性能表2-1-3所示為動(dòng)力電池的性能.性能工作電壓動(dòng)力電池接上負(fù)載后處于放電狀態(tài)下的電壓放電終止電壓動(dòng)力電池正常放電時(shí)所規(guī)定的放電終止時(shí)的負(fù)載電壓開路電壓動(dòng)力電池在開路狀態(tài)下的端電壓充電上限電壓動(dòng)力電池充滿電時(shí)的電壓標(biāo)稱容量用來鑒別動(dòng)力電池是否適用的近似容量值實(shí)際容量動(dòng)力電池在一定放電條件下所能輸出的電量額定容量在規(guī)定條件下測(cè)得的并由制造商標(biāo)明的電池容量值理論容量根據(jù)動(dòng)力電池活性物質(zhì)的特性計(jì)算出的最高理論值任務(wù)２動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)１

了解動(dòng)力電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu);２掌握動(dòng)力電池的組成部件;３掌握各組成部件的作用及工作原理.一、動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)１

動(dòng)力電池整體結(jié)構(gòu)

動(dòng)力電池整體外部如圖2-2-1所示,主要包括電池單體、BMS系統(tǒng)、接觸器、控制電路、檢測(cè)器、冷卻水管、加熱器等.如圖2-2-2所示.

圖2-2-2動(dòng)力電池組成圖2-2-1動(dòng)力電池整體外部２動(dòng)力電池控制系統(tǒng)

BMS是電池保護(hù)和管理的核心部件,它不僅要保證電池安全可靠地使用,而且要充分發(fā)揮電池的性能和延長(zhǎng)使用壽命.在動(dòng)力電池系統(tǒng)中,它的作用相當(dāng)于人的大腦.在電池系統(tǒng)中,電池管理控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱BMS)是核心.BMS的基本功能是電壓采集、溫度采集、電流采集、均衡、SOC估算、絕緣監(jiān)測(cè)、熱管理和保護(hù)控制,測(cè)量(采集)是這一切的基礎(chǔ).現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量(采集)為總電流、單體電壓、選擇的溫度監(jiān)控點(diǎn)、絕緣電阻,部分BMS還監(jiān)測(cè)總電壓.總電流的采集是過流和短路保護(hù)的依據(jù),也是估算SOC的基礎(chǔ),如圖2-2-3所示,電流的采集通過電流傳感器來實(shí)現(xiàn).單體電壓的采集是過充過放保護(hù)的依據(jù),也是電池一致性監(jiān)控和均衡管理的原始依據(jù),單體電壓的采集通過單體電池的電壓采集線實(shí)現(xiàn).溫度采集主要是為了熱管理,其數(shù)據(jù)也能用于電池壽命分布估算,或者熱失控等安全事故的預(yù)警,溫度的采集通過布置在電池組間的溫度傳感器實(shí)現(xiàn).總電壓由所有單體電壓加和得到,絕緣監(jiān)測(cè)和預(yù)充電保護(hù)模塊需要直接采集總電壓,總電壓的采集通過總正總負(fù)的電壓采集線實(shí)現(xiàn);而絕緣監(jiān)測(cè)需要在總電壓采集的基礎(chǔ)上附加接地點(diǎn)采集.

電池管理系統(tǒng)對(duì)于電池的保護(hù),是通過發(fā)出降低使用電流的要求,讓負(fù)載控制智能模塊進(jìn)行輸出調(diào)整,或者切斷充放電通路來實(shí)現(xiàn)的,避免電池超出許可的使用條件.切斷充放電通路由總正總負(fù)繼電器實(shí)現(xiàn).BMS的主要功能包括數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)分析、均衡控制、熱管理和安全保護(hù).(１)數(shù)據(jù)采集

實(shí)時(shí)采集純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池中的每個(gè)電池模塊的端電壓、充放電電流、電池組總電壓及溫度等.在實(shí)際使用過程中,電池在不同溫度下的電化學(xué)性能不同,導(dǎo)致電池所放出的能量是不同的.BMS可以通過軟件分析單體電池狀態(tài),有效預(yù)測(cè)單體電池的供電性能,及時(shí)發(fā)現(xiàn)性能劣化的故障電池,為電池組精細(xì)維護(hù)提供測(cè)量依據(jù),保證電池使用的安全性、可靠性.(２)狀態(tài)分析

能夠準(zhǔn)確地對(duì)電池的剩余電量(SOC)和電池健康狀態(tài)(SOH)這兩個(gè)方面進(jìn)行估測(cè).隨時(shí)預(yù)報(bào)純電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池的SOC,使電池的SOC值控制在３０％~７０％的工作范圍內(nèi),讓駕駛?cè)双@得直接的信息,清楚剩余的電量對(duì)續(xù)航里程的影響.(３)均衡控制

受到生產(chǎn)制造和工作環(huán)境的影響,單體電池之間在電壓、容量和內(nèi)阻等性質(zhì)上會(huì)有所差別,導(dǎo)致它們?cè)趯?shí)際使用過程中有效容量和充放電電量是不一樣的,因此,為保證動(dòng)力電池系統(tǒng)的整體性能和延長(zhǎng)使用壽命,減少單體電池之間的差異性,對(duì)電池進(jìn)行均衡控制是十分必要的.均衡控制包括主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡,兩者都是為了調(diào)節(jié)電池之間電量和剩余容量的一種方式.其主要區(qū)別如表2-2-1所示.區(qū)別被動(dòng)式均衡又稱耗散型均衡,通過在每一個(gè)單體電池并聯(lián)一個(gè)電阻分流的方式,將容量多的電池中多余的能量消耗掉,實(shí)現(xiàn)整組電池電壓的均衡.其優(yōu)點(diǎn)是成本低、技術(shù)難度不高、較容易實(shí)現(xiàn);缺點(diǎn)是將電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉,造成部分能量浪費(fèi)主動(dòng)式均衡又稱非耗散型均衡,通過將能量高的單體電池中的能量轉(zhuǎn)移到能量低的單體電池上,或用整組能量補(bǔ)充到能量最低的單體電池上,以達(dá)到能量均衡的目的.其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高;缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高圖2-2-4所示為均衡過程分析.①

被動(dòng)均衡演示(充電過程):圖2-2-5所示為被動(dòng)均衡演示充電過程.②主動(dòng)均衡演示(充電過程):如圖2-2-6所示為主動(dòng)均衡演示充電過程.(４)熱管理控制由于車輛空間有限,電池工作中產(chǎn)生的熱量累積,會(huì)造成各處溫度不均勻而影響電池單體的一致性,而降低電池充放電循環(huán)效率,影響電池的功率和能量發(fā)揮,嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致熱失控,影響系統(tǒng)的安全性與可靠性.為了使電池組發(fā)揮最佳的性能和壽命,需要對(duì)電池進(jìn)行熱管理,將電池包的溫度控制在合理的范圍內(nèi),如圖2-2-7所示.(５)安全保護(hù)如圖2-2-8所示,安全保護(hù)主要有過充過放保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫保護(hù)、絕緣監(jiān)控.１)動(dòng)力電池內(nèi)部條件①儲(chǔ)電能量＞１０％(SOC);②電池溫度在－２０℃~４５℃;③單體電芯溫度差小于２５℃;④實(shí)際單體最低電壓不小于額定單體電壓０.４V;⑤單體電壓差小于３００mV;圖２Ｇ２Ｇ８安全保護(hù)⑥絕緣性能大于２０MQ⑦動(dòng)力電池內(nèi)部低壓供電、通信正常;⑧電動(dòng)電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作正常(電壓、電流、溫度、絕緣).備注:動(dòng)力電池報(bào)一級(jí)故障時(shí)無法放電.２)動(dòng)力電池外部條件①BMS常電供電正常(１２V正、負(fù)極);②ON信號(hào)正常;③VCU喚醒信號(hào)正常;④CAN線通訊正常(新能源CAN線);⑤高壓線束連接正常;⑥高壓線束及電氣設(shè)備絕緣性能大于２０MQ;⑦充電連接確認(rèn)信號(hào)線或充電喚醒信號(hào)無短路(VCU到充電機(jī)或充電連接線束).備注:動(dòng)力電池報(bào)一級(jí)故障時(shí)無法放電.３動(dòng)力電池包主要控制系統(tǒng)圖2-2-9所示為動(dòng)力電池主要控制系統(tǒng).(１)主正電路圖2-2-10所示為動(dòng)力電池主輸出正極電路,主要保證動(dòng)力電池的高壓正常輸出能力.(２)主負(fù)電路如圖2-2-11所示為動(dòng)力電池主輸出負(fù)極電路,主要保證動(dòng)力電池的高壓正常輸出能力.圖2-2-10主正電路圖2-2-11主負(fù)電路(３)預(yù)充電路①預(yù)充電路組成如圖2-2-12所示.預(yù)充繼電器:與預(yù)充電電阻組成預(yù)充電保護(hù)回路.在高電壓上電過程中需對(duì)整個(gè)高壓回路容性負(fù)載進(jìn)行上電防瞬態(tài)沖擊保護(hù)(統(tǒng)稱預(yù)充電保護(hù)),該繼電器負(fù)責(zé)預(yù)充電保護(hù)回路的通斷.繼電器的通斷由BMS監(jiān)管控制.預(yù)充電阻:與預(yù)充電繼電器組成預(yù)充電保護(hù)回路.通常選擇范圍為33--100Ω的功率型預(yù)充電阻.②預(yù)充電路的保護(hù)作用: