新能源汽车动力蓄电池及管理技术2-2-1 单体蓄电池分拣分容修复

项目二动力蓄电池的装调与测试学习情境二动力蓄电池总成的装调与测试新能源汽车动力电池及管理技术NewEnergyVehicleTechnology

单体蓄电池分拣分容修复任务一目录CATALOG学习目标任务描述获取信息任务实施01020304学习目标01知识目标：1.掌握单体蓄电池分拣分容的含义；2.掌握单体蓄电池分容的作用；3.掌握单体蓄电池成组一致性的相关知识。学习目标技能目标：1.具有测量单体蓄电池电压和内阻的能力；2.具有正确规范使用内阻测试仪的能力；3.具有单体蓄电池一致性测试的能力。学习目标爱国敬业诚信创新素质目标：1.严格执行电动汽车动力蓄电池操作规范，养成严谨科学的工作态度；2.尊重他人劳动，不窃取他人成果；3.养成总结训练过程和结果的习惯，为下次训练总结经验；4.培养团结协作精神，养成规范作业的良好工作习惯；5.严格执行5S现场管理。弘扬工匠精神打造技能强国学习目标友善任务描述02任务描述

小张在一家新能源汽车4S店工作，今天接到了一辆事故车，由于车辆的单体蓄电池出现问题需要进行维修、更换。对于这类问题，需要维修人员能对单体蓄电池进行一致性测试及相关仪器设备的使用有全面的认识。获取信息03一、单体蓄电池的分拣分容

分容的全称叫做容量分选。锂电池在生产车间做好以后，电池容量会有差异，通过容量测试筛选出合格电池，这个过程叫分容。

电池出厂前都要经过分容分检过，锂电池厂一般通过专业设备——分容柜，进行分容。通过分容柜，按规范充满电，而后再放电（放完）。放完电所用的时间乘以放电电流就是电池的容量。只有测试出的容量与设计的容量偏差在10%以内，锂电池就是合格的，而大品牌会将电池容量误差控制在5%以内。

锂电池分容时，通过设备管理系统得到每一个检测点的数据，从而分析出这些电池容量的大小和内阻等数据，确定锂电池的质量等级。分容的目的是对电池进行分类组编，就是筛选出内阻和容量相同的单体蓄电池进行组合，也就是我们所说的分拣。获取信息二、单体蓄电池的分容工艺我们以磷酸铁锂电池的分容作业内容为例进行介绍，具体工艺步骤如下：（一）准备工作1.操作者戴上劳保用品。2.检查分容检测柜、内阻测试仪及相关设备是否正常工作。3.清理工作台，按工艺要求设置分容参数。获取信息（二）分容1.将电芯正、负极柱与测试线正、负线相连接。2.检查电芯与测试线的接触情况，确认接触良好无误。3.看各电芯在电脑上显示的电压，对于电压低于2.5V的电芯(低电压电芯)，做好标识和记录。4.确认对应的电芯分容流程，然后进行发送。发送后，立即检查电芯的电流，电压是否正常，包括数据曲线。5.电芯充电时，每隔1小时检查分容电芯的电流，电压及曲线，检查电芯是否有胀气、冒烟，起火现象。6.电芯分容结束后，应及时将电芯从分容柜上取下。获取信息获取信息（三）测试及老化1.将分容合格的电池按顺序进行开路电压及内阻测试。2.测试结束后，常温搁置15天老化。3.老化结束后，再次按顺序进行开路电压及内阻测试，同时检验电芯外观，将腐蚀、漏液的电芯报废处理，低电压及高内阻的电芯做不良品标识清楚。三、蓄电池单体分容注意事项1.电芯正、负极与测试线接触是否良好，电芯正、负极是否接反。2.分容电芯上接线后需在4小时内发送流程。3.分容结束后电芯必须在4小时内从分容柜上取下。4.分容结束后电芯需及时标识，2小时内完成第一次测试。5.操作过程应避免电芯两极耳短路，避免损坏电芯表面质量。6.测试电芯内阻、电压时，测试夹具应与电芯极耳前端处接触。7.注意分容数据、两次测量数据必须和相应电芯相对应。8.检测过程中电芯不能叠放在一起以防止短路。获取信息四、单体蓄电池成组一致性

1.电池一致性

电池一致性是指统一规格型号的单体蓄电池成组后，其电压、荷电量、容量及其衰退率、内阻及其变化率、寿命、温度影响、自放电率等参数存在一定的差别。

单体蓄电池之间的状态差异主要包括单体蓄电池初始差异和使用过程中产生的参数差异。蓄电池设计、制造、存储以及使用过程中存在多种不可控制的因素，会影响电池的一致性。提高单体蓄电池的一致性是提升电池组性能的先决条件。单体蓄电池参数的相互影响，当前的参数状态受初始状态和时间累积作用的影响。获取信息

电池容量不一致会使电池组各单体蓄电池放电深度不一致。容量较小、性能较差的电池将提前达到满充电状态，造成容量大、性能好的电池不能达到满充电状态。电池电压的不一致将导致并联电池组中单体蓄电池间的均衡，电压较高的电池将给电压较低的电池充电，这会加快电池性能的衰减，损耗整个电池组的能量。自放电速率大的电池容量损失大，电池自放电速率的不一致将导致电池荷电状态、电压产生差异，影响电池组的性能。

串联系统中，单体蓄电池内阻差异将导致各个电池的充电电压不一致，内阻大的电池提前达到电压上限，此时其他电池可能未充满电。内阻大的电池能量损耗大，产生的热量高，温度差异进一步增大内阻差异，导致恶性循环。并联系统中，内阻差异将导致各个电池电流的不一致，电流大的电池电压变化快，使各个单体蓄电池的充放电深度不一致，造成系统的实际容量值难以达到设计值。电池工作电流不同，其性能在使用过程中会产生差异，最终会影响整个电池组的寿命。获取信息

2.单体蓄电池一致性测试注意事项

单体蓄电池一致性测试需要使用专用的设备和仪器，这里我们以动力电池实训平台为例进行讲解，主要用测量内阻、电压的方法来判断。测试时注意事项如下：（1）能正确连接并启动技术平台，注意选用合适的CAN端口；（2）会安装、使用上位机软件；（3）能利用上位机软件，正确读取单体蓄电池参数，并判断单体蓄电池的一致性；（4）会使用内阻测试仪来测试单体蓄电池的内阻和电压，测试前要将内阻测试仪校零，测试时注意表笔一定要与电极充分接触，并待读数稳定后再读数；（5）使用内阻测试仪时，要能根据直读值设置电压和内阻上、下限，测试时能判断单体蓄电池电压和内阻的合格性。获取信息想一想：还有哪些因素会影响单体电池成组的一致性？获取信息【知识拓展】电池成组不一致性优化方法1.单体电池制造技术锂电池材料锂离子电池的正极材料有三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂和锰酸锂等，负极材料有石墨、硅和钛酸锂等。同批次原材料对电池性能的一致性十分重要，在生产过程中，需要对原材料的粒径分布、比表面积和杂质含量等参数进行严格的控制，保证原材料的批次一致性。锂离子电池生产工艺电池的生产工艺由多个工序组成，每个工序过程都可能会影响电池的一致性。生产单体性能要一致，必须对每一个工序进行合理的设计和管控，使之平行重复。根据电池的性能要求设计电池生产工序，分析原材料、电极和电解液等参数对电池一致性的影响，从而合理控制各个工序参数的阈值。生产线减少人为干预，实现自动化也能提高电池的一致性。获取信息2.分选制度为了降低初始状态差异对电池组的不利影响，通常需要对单体蓄电池进行筛选，将状态参数较为一致的电池组合在一起。电池成组方法主要有单参数配组法、多参数配组法和动态特性曲线配组法。动态特性曲线配组法通过比较同一倍率下不同电池间充放电曲线的差异，能够很好地反映电池特性，分选效果理想。3.电池组外电路电池串并联方式电池组的连接方式影响电池一致性。目前有两种较好的连接方式:先并联两个相同的电池为一个模块，再将模块串联起来(PSB);先串联两个不同的电池为一个模块，再将模块并联起来(SPA)。获取信息4.电池管理系统为了提高电池的性能和使用寿命需要对单体蓄电池进行管理和维护。电池管理系统是电池系统正常运行的重要保障，主要任务是保证电池组的性能，防止电池损坏，避免安全事故，使电池在适宜的区域内工作，延长寿命。BMS由传感器、执行器、控制器和信号线等部分组成，主要功能有:数据采集、状态估计、充放电控制、均衡充电、热量管理、安全管理和数据通信等。虽然电池管理技术已经被广泛运用，但还需要继续完善，尤其是在SOC的估算和数据采集精确度、均衡电路、电池快充等方面。由于不同类型的电池特性具有差异，适用于所有电池的BMS是目前的主要研究方向。获取信息5.均衡控制为了缓解甚至消除电池组中各单体电池间的不一致性，提高电池组的性能、寿命和安全性，通过均衡电路和均衡控制策略能够有效地改善电池组的不一致性。均衡电路拓扑结构:均衡电路拓扑结构的研究主要是对均衡电路结构进行设计与改进，提高均衡效率，降低成本。根据均衡电路在均衡过程中电路是否消耗能量可以分为能耗式均衡和非能耗式均衡。能耗式均衡电路采用耗能元件消耗电池组中电压较高的电池电量，从而实现单体蓄电池一致性，电路简单，均衡速度快，效率高，但会导致电池组能量利用率不高;非能耗式电路利用储能元件和均衡外电路来实现电池间的能量转移，能量利用效率高，非能耗式均衡有开关电容式、变换器式和变压器式。获取信息均衡控制策略:均衡控制策略主要是确定均衡模块的工作方式。目前，工作方式有最大值均衡法、平均值比较法和模糊控制法。均衡能力的提升是电池一致性研究的重要方向。均衡技术需进一步提高，包括:(1)SOC作为最理想的判断标准，实时估测精度还需进一步提高;(2)优化均衡电路的拓扑结构，提升均衡速度，缩短均衡时间;(3)均衡控制策略还需要优化，确定最佳的均衡参数，根据均衡电路寻找合适的均衡路径来达到快速均衡的目的。现阶段均衡控制策略的研究大多聚焦于均衡硬件电路设计与实现。但均衡电路参数会影响均衡效果。另外，均衡启动时电池荷电状态、均衡阈值、充放电电流、均衡电流与充放电电流比值以及充放电工况切换方式也会影响均衡效果。获取信息【直击市场】锂电池技术发展一直以控制成本、提高锂电池的能量密度和功率密度、增强使用安全性、延长使用寿命和提高成组一致性等为主轴，而这些要素的提升依然是锂电池目前面临的最大挑战。我们应该加倍努力，学好技术本领，将来为国家为新能源汽车产业、行业贡献自己的力量。任务实施04任务实施单体蓄电池的一致性测试【实训器材】动力蓄电池总成工作平台、上位机软件、内阻测试仪、动力蓄电池诊断CAN盒。【作业准备】1.检查实训工位；2.内阻测试仪、上位机软件、动力蓄电池诊断CAN盒、绝缘防护用品用具等物品在工位摆放整齐；3.做好人员防护。【操作步骤】一、单体蓄电池一致性测试1.蓄电池一致性判断（1）上位机软件的连接1）将上位机软件安装于电脑，打开上位机软件，读取动力蓄电池总成装调工作平台相关数据，如图2-80所示；图2-80上位机软件任务实施单体蓄电池的一致性测试2）读取动力蓄电池数据，如图2-81所示。（2）单体蓄电池一致性判断常温下，三元锂单体蓄电池标准电压为3.7v，磷酸铁锂单体蓄电池标准为3.2v，蓄电池模块温度应基本一致。在蓄电池成组时，要尽量选择电压压差小的，越小越好。（3）对判断出的不合格单体蓄电池进行记录，包含单体蓄电池、蓄电池模块编号，数值等。图2-81单体蓄电池数据2.电压、内阻一致性测试（1）打开内阻测试仪，利用校零好的内阻测试仪设置单体蓄电池电压和内阻