《新能源汽车构造与检修（第2版）》（张弘韬） 项目二 动力电池系统的构造与检修

新能源汽车构造与检修ENERGY项目二动力电池系统的构造与检修/

ProjectGuide项目导读动力电池系统是纯电动汽车的动力源，用来存储能量，它在整辆汽车的安全性、可靠性等方面起着决定性的作用。动力电池系统一旦发生故障，就需要及时检修，否则将会影响纯电动汽车的安全运行。本项目将介绍动力电池系统的构造与检修，旨在使学生对动力电池系统的构造有一定的认识，并且能对其常见的故障进行检修。了解动力电池系统的组成。熟悉动力电池系统的工作原理。掌握动力电池系统的常见故障与检修。知识目标能正确拆装动力电池系统。能正确检修动力电池系统的常见故障。技能目标目录1认识动力电池系统2检修动力电池系统01认识动力电池系统任务引入从商业竞争理论来说，在一个巨头环伺的领域，一家新的公司想要从中脱颖而出，就必须进行创新。通过创新和差异化定位，来形成自己的独特优势，从而与巨头进行差异化竞争。而蜂巢能源科技有限公司（简称蜂巢能源），作为动力电池领域的新势力，就给了我们一个生动的案例。在全球动力电池前十企业中，中国电池企业占了一半以上。而蜂巢能源，作为一个2018年才从长城汽车股份有限公司体系独立出来的动力电池企业，无论是历史积累、市场地位、技术背景，都是动力电池行业的新兵。但是，依靠创新这一与生俱来的基因，蜂巢能源在众多动力电池企业中杀出了一条血路，成了行业的佼佼者，并在2021年的上海车展上，发布了快充电池新品，该电池可实现“充电10min，行驶400km”，成了大家关注的焦点。任务引入表2-1知识与技能要求1.1动力电池系统的构造动力电池系统主要由动力电池箱、动力电池模组、电池管理系统和辅助元器件等组成。动力电池模组辅助元器件动力电池箱电池管理系统1.1动力电池系统的构造1．动力电池箱动力电池箱是支撑、固定和包围动力电池系统的构件，其主要由上盖、下托盘、下托盘压条螺栓、正负极引出插孔、采样线接口、维修开关等组成。1.动力电池箱的构造1.1动力电池系统的构造1．动力电池箱动力电池箱一般通过螺栓安装在汽车底盘下方。纯电动汽车由于运行环境多变，因此对动力电池箱的性能要求较高。一般，动力电池箱应具有良好的散热、绝缘、安全和防护等特性，并且箱体表面不得有划痕、焊缝、毛刺和油渍等。2.动力电池箱的特性（1）电池单体：是组成电池模块的最小单元，通常由正极、负极、电解液及外壳等组成，可实现化学能与电能之间的直接转换。（2）电池模块：是由多个电池单体并联而成的一个组合，其额定电压与电池单体额定电压相等。（3）动力电池模组：是由多组电池模块串联而成的一个组合。1.1动力电池系统的构造2．动力电池模组1.1动力电池系统的构造2．动力电池模组知识链接电池单体通过并联可以增加电池模块的容量，电池模块通过串联可以增加动力电池模组的总电压。提示为了表述统一，下面提到的动力电池指电池单体、电池模块或动力电池模组。电池管理系统（batterymanagementsystem，简称BMS）是动力电池系统的数据采集及控制装置。BMS主要由主板、从板、高压板、采集线等组成。1.1动力电池系统的构造3．电池管理系统1.1动力电池系统的构造3．电池管理系统BMS主要功能（1）采集动力电池模组的电压和电流数据，对其进行充放电管理，以防动力电池模组出现过充电和过放电的情况，从而延长其使用寿命。（2）向整车控制器（VCU）上报动力电池系统的基本参数、剩余电量及故障信息等。（3）检测动力电池模组与动力电池箱、车身等之间的绝缘情况。（4）采集动力电池模组的温度数据，控制其加热功能，以防出现动力电池温度过高或过低的情况。1.1动力电池系统的构造4．辅助元器件继电器主要可分为总正继电器、总负继电器和预充继电器。总正继电器和总负继电器控制主要回路的通断，预充继电器控制预充回路的通断。1.继电器1.1动力电池系统的构造4．辅助元器件预充电阻能够在充电初期限制电流大小，防止电流过大，造成短路。2.预充电阻1.1动力电池系统的构造4．辅助元器件熔断器装在维修开关的内部，其作用是当高压回路出现短路危险时，及时进行熔断，将电流断开，有效避免因为检修人员操作不当而引发的电击情况，以保护检修人员的安全。3.熔断器1.1动力电池系统的构造4．辅助元器件电流传感器会在载流导体周围产生与该电流成正比的磁场，通过判断磁场的大小来检测充放电电流的大小。4.电流传感器1.1动力电池系统的构造4．辅助元器件温度传感器可以实时检测电池单体的温度，并将相关数据传送给BMS。BMS根据数据，控制电池单体的温度，避免温度过高。5.温度传感器动力电池系统的内部线束，它作为动力信号的传输器件，可以实现动力的有效输出，实现动力电池系统用电量、续驶里程的有效监控。6.动力电池系统的内部线束1.1动力电池系统的构造4．辅助元器件高低压插接件如图所示。动力电池系统通过高压插接件“总正”“总负”与高压控制盒相连，通过低压插接件与CAN总线相连，从而与VCU、车载充电机进行通信。7.高低压插接件1.2动力电池系统的工作原理动力电池系统首先接收和存储由外置充电装置和制动能量回收装置提供的电能，然后通过高压控制盒为驱动电机、空调压缩机、PTC加热器等用电设备提供电能。动力电池模组放置在密闭的动力电池箱内，通过高压插接件与高压控制盒相连，输出高压直流电；电机控制器将直流电转变为三相交流电，为驱动电机供电；BMS实时采集动力电池模组的电压、电流、温度等数据，监控动力电池系统的工作状态，并通过CAN总线与VCU、车载充电机进行通信，对动力电池系统的充放电进行综合管理。1.2动力电池系统的工作原理热点聚焦动力电池的回收问题已经成了整个新能源汽车市场重点关注的问题。众所周知，废旧电池如果处理不当，会对环境造成极大的污染。据业内专家介绍，质量为20

g的手机电池就可致1

km2土地污染约50

年。动力电池含镍、钴、锰等重金属，电解液中的六氟磷酸锂在空气环境中容易水解产生五氟化磷、氟化氢等有害物质，给环境带来巨大威胁。目前，政府、企业等都在努力探索可行的解决方案。与此同时，一些创新模式也为动力电池的统一回收及管理工作做了前期准备。例如上汽、蔚来等运营的新能源汽车采用换电模式，换电模式让动力电池的集中管理变得更容易，同时也为动力电池的集中回收建立了通畅的渠道。在过去的高速发展阶段，我们可能更关注汽车产销量的多，越多越好；而在高质量发展阶段，我们更需要关注在汽车由生产、使用到最终报废回收的过程中碳排放得少，越少越好，从多到少的观念转变，使中国汽车产业开启新的局面。拆装动力电池系统实践操作——拆装动力电池系统02检修动力电池系统任务引入王先生购买了一辆纯电动汽车，有一天出门时，车辆无法上高压电，且挂挡不走，同时组合仪表提示“请检查动力电池”。王先生便叫来拖车，将该车送去4S店维修。经维修人员检查后，发现是动力电池故障，需要更换动力电池。更换完动力电池后，车辆故障便消失了。表2-7知识与技能要求任务引入表2-7知识与技能要求2.1动力电池的常见故障与检修1．外观异常如果发现以下问题，则建议更换相关部件。（1）动力电池电解液溢出。（2）动力电池上粘贴的警告标识破损。（3）正常的高低压插接件应完好，其卡簧无白点、发黑、毛刺等现象，如图所示。若高低压插接件插孔外圈出现白点或轻微黑点，则表明高低压插接件存在轻微拉伤，可继续使用；若卡簧出现白点，则表明高低压插接件存在一般拉伤，可继续使用但应注意观察；若卡簧出现发黑、断裂、严重毛刺等现象，则表明高低压插接件存在严重拉伤，则应更换高低压线束及插接件。2.1动力电池的常见故障与检修1．外观异常视野拓展除了以上问题，目视检查还可能发现动力电池箱有裂纹、变形的问题，此时应更换动力电池箱。2.1动力电池的常见故障与检修2．电压异常充电时，正常电池单体电压为2.8～3.7V。若最高电池单体电压为3.7～3.8V，则其属于轻微过充电，可继续使用；若最高电池单体电压为3.8～4.0V，则其属于一般过充电，应静置，待电压回落至3.7V后可继续使用；若最高电池单体电压超过4.0V，则其属于严重过充电，应更换动力电池。1）过充电放电时，正常电池单体电压也为2.8～3.7V。若最低电池单体电压为2.4～2.8V，则其属于轻微过放电，充电后可继续使用；若最低电池单体电压为2.0～2.4V，则其属于一般过放电，应由检修人员现场检查，确定无其他故障后再对电池单体进行充电；若最低电池单体电压低于2.0V，则其属于严重过放电，应更换动力电池。2）过放电2.1动力电池的常见故障与检修2．电压异常正常情况下，动力电池充放电完成并静置半小时后，各电池单体之间的电压差应不大于300mV。若发现有电池单体的电压异常，则应更换电池单体或检修连接电路以排除故障。3）电压一致性差2.1动力电池的常见故障与检修3．温度过高当动力电池温度过高时，BMS会上报相应故障。此时应停止充电或行车，使温度自然降低。温度恢复正常后重新上电，若该故障不再出现，则不需要维修；若汽车无法恢复正常或在短时间内温度仍迅速上升，则应进行如下检查以确定故障原因。（1）检查温度传感器的检测温度与实际温度是否吻合。若不吻合，则检查温度传感器及其连接线束是否正常，若不正常，则进行相应的处理（如更换温度传感器、更换连接线束等）。（2）检查电池单体的状态是否正常（如是否短路、极性是否装反），若不正常，则进行相应的处理（如排除短路故障、更换电池单体等）。（3）检查动力电池系统装配及其连接线束是否正常，若不正常，则进行相应的处理（如重新装配、更换连接线束等）。2.1动力电池的常见故障与检修4．漏电故障（1）断开动力电池箱与车身所有连接，闭合维修开关。（2）用万用表测量动力电池总电压U。（3）如图所示，用万用表测量动力电池正极和车身之间的电压U1。具体步骤为：将万用表调成直流1000V挡位；红表笔接动力电池正极端子，黑表笔接动力电池外壳搭铁位置。万用表U12.1动力电池的常见故障与检修4．漏电故障（4）如图所示，用万用表测量动力电池负极和车身之间的电压U2。具体步骤为：将万用表调成直流1000V挡位；红表笔接动力电池负极端子，黑表笔接动力电池外壳搭铁位置。万用表U22.1动力电池的常见故障与检修4．漏电故障（5）如图所示，并联一个电阻（阻值为100kΩ左右）后，再用万用表测量动力电池正极、负极和车身之间的电压U3

和U4。万用表万用表U3U4RR2.1动力电池的常见故障与检修4．漏电故障（6）测量后，断开维修开关。分别计算两者中的较小值为绝缘电阻，若绝缘电阻小于500kΩ，则说明漏电，应更换动力电池。2.2

BMS的常见故障与检修1．电压采集异常当BMS出现电压采集异常时，应重点考虑以下情况（1）电压采集线端子紧固螺栓松动、电压采集线与端子接触不良或者电压采集线断裂。这会导致BMS对电压采集不准，此时应拧紧螺栓、轻摇电压采集线或更换电压采集线。（2）动力电池电压异常。将BMS采集的电压与万用表实际测量的电压对比，若两者电压相同，确认动力电池电压异常，则应更换动力电池。（3）BMS内部故障。将BMS采集的电压与万用表实际测量的电压对比，若两者电压相同，确认BMS采集的电压异常，则应更换BMS。2.2

BMS的常见故障与检修2．电流采集异常当BMS出现电流采集异常时，应重点考虑以下情况（1）电流采集线端子紧固螺栓松动、电流采集线与端子接触不良或者电流采集线断裂。这会导致BMS对电流采集不准，此时应拧紧螺栓、轻摇电流采集线或更换电流采集线。（2）电流传感器连接线束异常。检查电流传感器连接线束，若发现有松动或脱落等情况，则应紧固或更换线束。（3）电流传感器故障。确认电流传感器连接线束无异常后，检查电流传感器是否有异常，若有异常，则应更换电流传感器。（4）BMS内部故障。在确