《新能源汽车电池及管理系统检修》 课件 项目1、2 动力电池总成检修、动力电池管理系统检修

高等职业教育汽车技术类“十四五”技能型人才培养活页式教材新能源汽车电池及管理系统检修目录项目一动力电池总成检修项目二动力电池管理系统检修项目三动力电池管理系统检修项目四充电系统检修项目五动力电池保养维护及回收利用项目一动力电池总成检修新能源汽车电池及管理系统检修项目一动力电池总成检修动力电池组基础知识动力电池包的结构动力电池包的检修任务一动力电池组基础知识项目一动力电池总成检修一、电池的分类新能源汽车用动力电池的分类按动力电池电解质分类酸性电池碱性电池中性电池有机电解液电池按动力电池所用正、负极材料不同分类锌系电池镍系电池铅系电池锂系电池金属空气系按动力电池形状分圆柱形方形不规则形蓄电池普通混动纯电动插电式混动12V二、电池的性能参数1、电压（V）：开路电压：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。工作电压：是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，必须克服内阻的阻力，故工作电压总是低于开路电压。额定电压：额定电压表示设备的设计电压，此时设备中的各部件都工作在最佳状态，性能比较稳定，寿命也会比较长，在额定电压运行具有最大经济效益。同时指定额定电压有利于电器制造的生产标准化和系列化，有利于电器的互相连接和更换，有利于备件的生产和维修等。放电截止电压：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电则为过放，对电池的寿命和性能有损伤）。充电限制电压：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压（若继续充电则为过充）。开路电压工作电压放电截止电压充电限制电压铅酸电池2.1~2.2V2.0V1.7V2.3V镍镉电池1.4V1.2V1.0V镍氢电池1.4V1.2V1.0V锂电池4.1~4,2V3.6~3.7V2.6~2.7V4.2~4.3V二、电池的性能参数2、电池容量（Ah）：电池容量是指电池所能够储存的电量多少，容量是电池电性能的重要指标，它由电极的活性物质决定。容量用C表示，单位用Ah（安时）或mAh（毫安时）表示。公式：C=It，即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h）

举例：容量为10安时的电池，以5安培放电可放2小时，以10安培放电可放1小时。电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量；活性物质的利用率。额定容量：额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电流在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。二、电池的性能参数3、功率(W/kW)：电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大小，单位为瓦（W）或千瓦（kW）。公式：P=UI，即：功率（W）＝电压（V）×电流（A）比功率：单位质量电池所能输出的功率称为比功率，单位为W/kg或kW/kg。功率密度：单位体积电池所能输出的功率称为功率密度，单位为W/L或kW/L。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。二、电池的性能参数4、电池能量（Wh）：指电池储存的能量的多少，用Wh来表示公式：能量（Wh）＝额定电压（V）×工作电流（A）×工作时间（h)=额定电压（V）×额定容量（Ah）=功率（W）×工作时间（h)举例：3.2V15Ah单体电芯的能量为48Wh，3.2V100Ah电池组的能量为320Wh。电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，它影响电动汽车的行驶距离。

容量不能决定做功的多少。用电量(度)=功率(千瓦)×使用时间(小时)=能量1°=1千瓦·时，即1Kwh等于1度电二、电池的性能参数5、能量密度/比能量（Wh/Kg）：指单位体积或单位质量所释放的能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其能量密度为113Wh/kg。下表为理论值，在实际应用情况中需要考虑电池结构中的壳体、零件等各方面因素。目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度与结构决定的。能量密度铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂电池Wh/kg30-5050-6060-70130-150Wh/L50-80130-150190-200350-400

电池的比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程，是评价电动汽车的动力电池是否满足预定的续驶里程的重要指标。二、电池的性能参数6、放电倍率（A）：放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。

以10Ah电池举例：以2A放电,则放电倍率为0.2C以20A放电,则放电倍率为2C二、电池的性能参数7、充电方式：CC/CV：CC即恒流，以固定的电流对电池充电；CV即恒压，以固定的电压对电池充电，充电电流会随著电池充满逐渐下降。涓流充电：指以小于0.1C电流对电池充电，一般在电池接近充满电时，进行补充充电时采用，若电池对充电时间没有严格要求的话，建议采用涓流充电方式充电。铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂电池充电方式恒流后恒压恒流恒流恒流后恒压控制方式电压2.3V、涓流温度或ΔV电压4.2V、涓流

补充：DC表示直流，AC表示交流二、电池的性能参数8、充、放电深度（SOCDOD）电池保有容量数值的表示方法。充、放电深度以百分比率来表示。如：容量为10Ah的电池放电后容量变为2Ah，可以称为80%DOD；

容量为10Ah的电池，充电后容量为8Ah，80%SOC。形容满充满放，通常称为100%DOD二、电池的性能参数9、内阻（mΩ）：电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。

电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻是由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，极化内阻包括电化学极化不浓差极化引起的电阻。

影响内阻的因素有：①材料；②结构等。由于内阻的存在，当电池放电时，电流经过内阻要产生热量，消耗能量，电流越大，消耗能量越多，所以内阻越小，电池的性能越好，不仅电池的实际工作电压高，消耗在内阻上的能量也少。二、电池的性能参数10、自放电率（％/月）：电池在储存过程中，容量会逐渐下降，其减少的容量与电池容量的比例，称为自放电率。原因：由于电极在电解液中的不稳定性，电池的两个电极发生了化学反应，活性物质被消耗，转为电能的化学能减少，电池容量下降。影响因素：环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电表示：电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为：%/月。产生结果：电池自放电将直接降低电池的容量，自放电率直接影响电池的储存性能，自放电率越低，贮存性能越好。二、电池的性能参数11、循环寿命（次）：概念：二次电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环，电池在反复充放电后，容量会逐渐下降，在一定的放电条件下，电池容量降至80%时，电池所经受的循环次数就是循环寿命。影响因素：不正确使用电池，电池材料，电解质的组成和浓度，充放电倍率，放电深度（DOD%），温度，制作工艺等都对电池的循环寿命有影响。

一次电池：只能进行一次放电的电池，不能进行充电再利用。二次电池：可重复进行充电、放电使用的电池，也叫做蓄电池或充电电池。二、电池的性能参数12、记忆效应：定义：电池的记忆效应是指未完全放电的电池，在下一次充电时所能充电的百分比。

原因：电池内物质产生结晶，如镍镉电池中，Cd不断聚集成团形成大块金属镉，降低了负极的活性。避免：为了消除电池的记忆效应，在充电之前，必须先完全放电，然后再充电。锂离子电池无记忆效应!二、电池的性能参数13、放电平台：指放电曲线中电压基本保持水平的部分。放电平台越高、越长、越平稳，电池的放电性能越好。14、电池组的一致性：由多个单体电芯串连、并联在一起就组成了电池组。电池组的整体性能和寿命取决于其中性能较差的一个电芯，这就要求电池组中每个电芯性能的一致性要高。除了单体电芯本身性能的误差和原材料质量的好坏，最主要原因是制造工艺，工艺的改进对提高电池的质量非常重要。15、化成：电池制成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极活性物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。电池经过化成后才能体现其真实的性能。同时化成过程中的分选过程能够提高电池组的一致性，使最终电池组的性能提高。二、电池的性能参数1.动力电池的概念动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。图1-1-2所示为纯电动汽车的动力电池，其主要区别于用于汽车发动机启动的启动电池。三、动力电池介绍电动汽车动力电池一般安装在车辆底部，为保证汽车的续航里程，需要较大的电池容量，重量在400-600KG，安装在汽车底部有利于降低车辆重心，同时可以有效利用空气散热，如图1-1-3所示。三、动力电池介绍混合动力汽车由电机和发动机共同提供驱动力，动力电池容量、体积相对电动汽车较小，可以灵活安装在中央扶手下册、后排座椅下、车辆中央靠地板位置，如图1-1-4所示，普锐斯动力电池安装在车辆尾箱位置。三、动力电池介绍2.新能源汽车对动力电池的要求(1)高能量高能量对于电动车辆而言，意味着更长的纯电动续驶里程。作为交通工具，续驶里程的延长可有效提升车辆应用的方便性和适用范围，因此，电动汽车对动力电池的高能量密度的追求是永不会停下的。锂离子动力电池能够在电动车辆上广泛推广和应用，主要原因就是其能量密度是铅酸动力电池的3倍，并且还有继续提高的可能性。(2)高功率车辆作为交通工具，追求高速化，也就是对于车辆动力性提出了高的要求，实现良好的动力性要求驱动电动机有较大的功率，进而要求动力电池组能够提供驱动电动机高功率输出，满足车辆驱动的要求。三、动力电池介绍(3)长寿命动力电池长寿命，直接关系到电动汽车的成本。车辆应用过程中电池更换的费用，是电动汽车使用成本的重要组成部分。(4)低成本动力电池的成本与电池的新技术含量、材料、制作方法和生产规模有关，目前新开发的高比能量的电池成本较高，使得电动汽车的造价也较高，开发和研制高效、低成本的动力电池是电动汽车发展的关键。(5)安全性好动力电池为电动汽车提供了高达300V以上的驱动供电电压，可能危及人身安全和车载电器的使用安全。动力电池作为高能量密度的储能载体，自身也存在一定的安全隐患，必须具有较高的安全性。三、动力电池介绍(6)工作温度适应性强车辆应用不应受地域的限制，不同的空间和时间应用，需要车辆适应不同的温度。因此，对于动力电池而言，需要动力电池具有良好的温度适应性。(7)可回收性好随着电动汽车的大量应用，必然出现大量废旧动力电池的回收问题。对于动力电池的可回收性，在电化学性能方面，首先要求做到电池正负极及电解液等材料无毒，对环境无污染。其次是电池内部各种材料的回收再利用。三、动力电池介绍任务二动力电池包的结构项目一动力电池总成检修一、锂离子电池工作原理1.单体电池的结构单体电池是直接将化学能转化为电能的基本单元装置，是构成电池的最小单元，又称为电芯。圆柱形单体电池如图1-2-1所示，方形单体电池如图1-2-2所示。图1-2-1圆柱形单体电池

图1-2-2方形单体电池一、锂离子电池工作原理锂离子的单体电池主要由正极、负极、电解液及隔膜组成，另外加上正负极引线、PTC、安全阀等辅助元器件。图1-2-3所示为圆柱形锂离子单体电池的结构，图1-2-4所示为方形锂离子单体电池的结构。图1-2-3圆柱形锂离子单体电池结构

图1-2-4方形锂离子单体电池结构一、锂离子电池工作原理（1）正极锂离子电池正极材料是具有能使锂离子较为容易地嵌入和脱出，并能同时保持结构稳定的一类化合物——嵌入式化合物。被用来作为电极材料的嵌入式化合物均为过渡金属氧化物。作为嵌入式电极材料的金属氧化物，依其空间结构的不同主要可分为以下三种类型：层状结构正极材料：目前主要由钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）、三元锂[Li（NiCoMn）O2]，层状结构如图1-2-5所示。图1-2-5层状结构正极材料一、锂离子电池工作原理尖晶石型结构正极材料：锰酸锂（LiMn2O4）是尖晶石结构，如图1-2-6所示。橄榄石型结构正极材料：磷酸铁锂（LiFePO4）是橄榄石型结构，如图1-2-7所示。图1-2-6尖晶石结构正极材料

图1-2-7橄榄石结构正极材料一、锂离子电池工作原理（2）负极负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一，比容量高、容量衰减率小、安全性能好是对负极材料的基本要求。石墨是锂离子电池碳材料中应用最早、应用最多的一种，其具有完整的层状晶体结构。石墨的层状结构，有利于锂离子的脱嵌，能与锂形成锂一石墨层间化合物，其理论最大放电容量为372mA·h／g，充放电效率通常在90％以上。锂在石墨中的脱／嵌反应主要发生在0～0.25V之间(相对于Li+/Li)，具有良好的充放电电压平台，与提供锂源的正极材料匹配性较好，所组成的电池平均输出电压高，是一种性能较好的锂离子电池负极材料。一、锂离子电池工作原理氧化物作为负极材料，包括金属氧化物、金属基复合氧化物和其他氧化物。前两者虽具有较高理论比容量，但因从氧化物中置换金属单质消耗了大量锂而导致巨大容量损失，抵消了高容量的优点；Li4Ti5O12具有尖晶石结构，充放电曲线平坦，放电容量为150mA·h／g，具有非常好的耐过充、过放特征，充放电过程中晶体结构几乎无变化(零应变材料)，循环寿命长，充放电效率近100％，目前在储能型锂离子电池中有所应用。金属锂是最先采用的负极材料，理论比容量为3860mA·h／g。20世纪70年代中期，金属锂在商业化电池中得到应用。但因充电时，负极表面会形成枝晶，导致电池短路，于是人们开始寻找一种能替代金属锂的负极材料。一、锂离子电池工作原理金属合金最大的优势就是能够形成含锂很高的锂合金，具有很高的比容量，相比碳材料，合金较大的密度使得其理论体积比容量也较大。同时，合金材料由于加工性能好、导电性好等优点，被认为是极有发展潜力的一种负极材料。（3）电解液电解液一般采用溶解有锂盐的有机溶剂，例如溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物则使用凝胶状电解质。（4）隔膜一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。圆柱型电芯的型号有18650、21700等。型号中前两位是表示直径，后两位或三位表示高度（单位为mm）。长方形电芯的型号有370715、041515等。其前两位是电池的厚度代号、中间两位是电池的宽度代号，后两位是电池的长度代号（单位为mm）。12345直径高度12345厚度宽度6长度18650电芯3.7mm7.5mm15mm370715电芯一、锂离子电池工作原理2.单体电池的型号一、锂离子电池工作原理3.锂离子电池工作原理锂离子电池在原理上实际是一种锂离子浓差电池，正、负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极采用锂化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂碳层间化合物LiC6，电解质为LiPF6和LiAsF6等有机溶液。经过Li+在正负电极间的往返嵌入和脱嵌形成电池的充电和放电过程。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌人负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保持负极的电平衡。三元锂离子电池的充电过程如图1-2-10所示。一、锂离子电池工作原理3.锂离子电池工作原理三元锂离子电池的充电过程一、锂离子电池工作原理放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入到正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。三元锂离子电池的放电过程如图1-2-11所示。一、锂离子电池工作原理正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距的变化，不破坏晶体结构；在放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。因此，从充放电的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。一、锂离子电池工作原理4.锂离子电池失效机理造成锂离子电池容量衰退的原因主要有：1)正极材料的溶解。以尖晶石LiMn2O4为例，Mn的溶解是引起LiMn2O4可逆容量衰减的主要原因。2)正极材料的相变化。在LiMn2O4电池中，J-T效应所导致的尖晶石结构不可逆转变，也是容量衰减的主要原因之一。3)电解液的分解。在充电的条件下，电解液对含碳电极具有不稳定性，故会发生还原反应：电解液还原消耗了电解质及其溶剂，对电池容量及循环寿命产生不良影响。一、锂离子电池工作原理4)过充电造成的容量损失。电池在过充电时，会造成负极锂的沉积、电解液的氧化以及正极氧的损失，这些都会导致电池容量衰减。5)自放电。锂离子电池的自放电所导致的容量损失大部分是可逆的，只有一小部分是不可逆的。6)界面膜(SEI)的形成。因界面膜的形成而损失的锂离子将导致两极间容量平衡的改变，在最初的几次循环中就会使电池的容量下降。7)集流体。锂离子电池中的集流体材料常用铜和铝，两者都容易发生腐蚀，集流体的腐蚀会导致电内阻增加，从而造成容量损失。一、锂离子电池工作原理5.锂离子电池的优点1)工作电压高。钴酸锂3.6V，锰酸锂3.7V，磷酸铁锂3.2V。2)比能量高。理论比能量可达200W·h／kg以上，实际应用中也可达140W·h/kg。3)循环寿命长。深度放电循环次数可达1000次以上；低放电深度循环次数可达上万次。4)自放电小。月自放电率仅为总容量5％～9％5)无记忆效应。6)环保性高。不包含汞、铅、镉等有害元素，是真正意义上的绿色电池。一、锂离子电池工作原理6.锂离子动力电池的应用(1)在便携式电器方面的应用目前移动电话、笔记本电脑、微型摄像机等需要便携式电源的用电器已经成为人们生活中不可缺少的一部分在其电源方面，无一例外地选择锂离子电池作为市场的主流。据统计，全球手机产量每年近10亿部，全球每年生产笔记本电脑约14亿台，形成了庞大的锂离子电池应用市场在此领域，钴酸锂、锰酸锂锂离子电池占有主导地位。一、锂离子电池工作原理(2)在交通行业的应用在电动汽车开发方面，锂离子动力电池已经成为主流。在国内众多汽车研制和生产企业开发的电动汽车半数以上车型采用了锂离子电池，并有逐步扩大的趋势。国际上，已经宣布进入市场销售的纯电动汽车和插电式混合动力汽车，如日产公司的LEAF、三菱公司的i-MIEV以及通用公司的VOLT均采用了锂离子电池系统。(3)在军事装备及航空航天事业中的应用在军事装备中，锂离子电池主要用做动力起动电源、无线通信电台电源、微型无人驾驶侦察飞机动力电源等，此外，诸如激光瞄准器、夜视器、飞行员救生电台电源、船示位标电源等现在也普遍采用锂离子电池。在航天领域，锂离子电池已经用于地球同步轨道卫星和低轨道通信卫星，作为发射和飞行中校正、地面操作的动力。一、锂离子电池工作原理(4)其他锂离子电池应用由于自身的结构特点和特殊的工作原理，决定了其原材料丰富、环保、比容量高、循环性能和安全性能好等特点，在医疗行业(例如，助听器、心脏起搏器等)、石化行业(例如，采油动力负荷调整)、电力行业(例如，储能电源)等均具有广阔的应用前景。其在追求能源绿色化的今天，具有更加重要的意义。二、动力电池包的结构动力电池包主要由动力电池总成、结构系统、电气系统、热管理系统和电池管理系统（BMS）组成。图1-2-12所示为帝豪EV300的动力电池包内部结构。二、动力电池包的结构1.电池模组一个电池模组，通常是由N个单体电池以串联或串并联混合的方式连接而成。为了形象表达单体电池连接关系，通常用编码来表示，如某电池模组连接结构为2P5S，其中字母S表示串联，用字母P表示并联，代表该电池模组由2个单体电池并联，再将5组并联后的单体电池串联，如图1-2-13所示。二、动力电池包的结构如图1-2-14所示为比亚迪e5动力电池包，电池包内有两种不同模组的单体电池排列形式及编码。二、动力电池包的结构2.动力电池总成N个电池模组串联，组成动力电池总成，如图1-2-15所示为北汽ev160的10个电池模组连接方式。二、动力电池包的结构单体电池串联后，总电压会提升；单体电池并联后，总容量会增强；简称“串联升压，并联增容”。如某款车型所采用的动力电池，其单体电池、模组和动力电池系统的参数对比如表1-2-1所示。

连接结构额定电压额定容量能量单体电池--3.2V80Ah256Wh模组2P10S32V160Ah5120Wh动力电池包10个模组串联320V160Ah51.2kwh二、动力电池包的结构3.电池箱体电池箱体主要包括动力电池包上盖、下箱体、各种金属支架、端板和螺栓等，可以看作是动力电池包的“骨骼”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。为了保证强度，下箱体通常采用钢或者铝合金材料；由于轻量化的原因，上盖通常采用SMC片状材料、碳纤复合材料等。二、动力电池包的结构4.电池管理系统（BMS）电池管理系统包括硬件、软件和运算法则。硬件部分主要由电池控制单元、传感器、继电器、保险、高低压线束等组成。高压线束可以看作是动力电池包的“大动脉血管”，将动力电池系统心脏的动力不断输送到各个需要的部件中，低压线束则可以看作动力电池包的“神经网络”，实时传输检测信号和控制信号。图1-2-16所示为北汽EV160电池管理系统硬件安装位置。二、动力电池包的结构二、动力电池包的结构5.热管理系统电池充放电的过程包含了化学反应的过程，化学反应会释放大量的热量，需要将热量带走；而在冬季天气寒冷时，低温环境不利于动力电池的化学反应。因此，通过热管理系统，让电池处于一个合理的工作温度范围内，确保动力电池正常工作，并且提高电池的寿命和可靠性。三、新型动力电池包结构介绍1.刀片电池2020年3月29日，比亚迪正式发布刀片电池，将首先搭载于“汉EV”车型。刀片电池为磷酸铁锂电池，电池包内没有“模组”结构，电芯直接用胶水粘在底壳托盘上，由于电芯形状狭长，形似“西瓜刀”，故命名刀片电池。图1-2-17所示为刀片电池的电芯。三、新型动力电池包结构介绍与其他同等体积的传统电池包相比，这种结构可装入更多电芯。因此，刀片电池的体积利用率提升了50%左右，也就是续航里程可提升50%以上，达到了高能量密度（W/L）三元锂电池的同等水平。刀片电池的动力电池包如图1-2-18所示。三、新型动力电池包结构介绍刀片电池的在短路时产热少、散热面积大，在“针刺试验”中的表现优于其他电池。在同样的测试条件下，三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化，表面温度迅速超过500℃，并发生极端热失控，开始剧烈燃烧；传统磷酸铁锂电池在被穿透后无明火，有烟雾从电池卸压阀喷出，表面温度达到了200℃~400℃；比亚迪”刀片电池”在穿透后无明火，甚至无烟雾，电池表面的温度仅有30℃左右。三、新型动力电池包结构介绍2.CTB、CTC和CTP技术（1）CTPCTP为英文CelltoPack的缩写，即取消模组，将电芯直接集成为电池包。例如比亚迪的刀片电池，宁德时代的麒麟电池都是典型的CTP结构。其特点是电池包仍然是单独总成，但取消了内部模组，体积利用率比传统电池包提升。三、新型动力电池包结构介绍（2）CTCCTC为英文CelltoChassis的缩写，这是将电池、底盘和下车身进行集成设计，即电池底盘一体化，如图1-2-19所示，这种结构将有利于汽车快充。例如特斯拉的4680电池，领跑C01采用这种设计。三、新型动力电池包结构介绍（3）CTBCTB为英文CelltoBody的缩写，这种结构取消了电池包上盖板，将车身底板与电池上盖板合二为一，如图1-2-20所示。使得体积利用率比传统电池包提升约66%，减轻了车辆整体重量，且有利于汽车快充。例如比亚迪的海豹车型采用了这种设计。任务三动力电池包的检修项目一动力电池总成检修一、新能源汽车高压部件拆检安全防护用品认知拆检新能源汽车高压安全部件的安全防护用品类型及外观如图1-3-1所示。二、新能源汽车高压部件绝缘拆检设备认知新能源汽车的绝缘拆检设备如图1-3-2所示。三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤1.场地准备

（1）拉隔离带；

（2）放置安全警示指示牌；（3）检查灭火器状况；（4）检查防护目镜是否破损；（5）检查安全头盔是否破损，绝缘手套是否漏气，绝缘手套的绝缘等级及密封性，如图1-3-3所示；（6）检查工具、套装是否齐全、正常。三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤2.新能源汽车高压断电（1）安放车外三件套（左右翼子板布、前格栅布）；（2）安放车内座椅套、方向盘套、换挡杆套、地板垫；（3）安装故障诊断仪，读取车辆故障信息，查看车辆仪表信息并进行记录；（4）关闭点火开关，断开低压蓄电池负极，等待5分钟；（5）断开发动机舱内直流母线，直流母线位置如图1-3-4所示；三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤（6）高压直流母线验电。使用万用表分别测量直流母线DC正与DC负的电压、DC正与车身电压、DC负与车身电压，如图1-3-5所示，电压小于1V为合格。图1-3-4断开直流母线

图1-3-5直流母线验电三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤（7）打开电池冷却液膨胀罐盖，膨胀罐位置如图1-3-6所示；举升车辆，拆卸动力电池冷却水管，如图1-3-7所示，将冷却液放入废旧冷却液储水桶。图1-3-6打开冷却液膨胀罐盖

图1-3-7拆卸动力电池冷却液水管三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤3.拆卸动力电池（1）将动力电池升降平台就位，并升起平台，使动力电池总成支撑在动力电池升降平台上，如图1-3-8所示；图1-3-8升起动力电池升降平台

图1-3-9断开低压插接器三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤（2）断开动力电池搭铁线，断开动力电池2个低压插接器，如图1-3-9所示；断开动力电池2个高压插接器，如图1-3-10所示；图1-3-10断开高压插接器

图1-3-11拆卸电池后部紧固螺栓三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤（3）拆卸动力电池后部3颗固定螺栓，如图1-3-11所示；（4）拆卸动力电池其余连接螺栓，如图1-3-12所示；（5）缓慢下降动力电池升降平台，使动力电池总成与新能源汽车分离，如图1-3-13所示，注意在下降过程中一边向前推，一边下降，可以避免电池连接件与后悬架之间的干涉；图1-3-12拆卸电池侧面紧固螺栓

图1-3-13降下动力电池升降平台三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤3.动力电池装配（1）安装定位销，将动力电池升降平台就位，缓慢升起平台，如图1-3-14所示，一边上升一边调整位置，使动力电池的螺孔与定位销对齐，最终定位销能顺利穿过相应的螺孔；图1-3-14升起动力电池升降平台

图1-3-15安装动力电池紧固螺栓三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤（2）安装动力电池紧固螺栓，如图1-3-15所示；（3）连接动力电池2个高压插接器，连接2个低压插接器，连接搭铁线，如图1-3-16所示；图1-3-16安装高低压拆解器

图1-3-17安装冷却水管三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤（4）将动力电池升降平台移出，连接动力电池冷却液水管，如图1-3-17所示；（5）安全降下车辆，如图1-3-18所示；图1-3-18降下车辆

图1-3-19故障诊断仪选择加注初始化三、帝豪EV450汽车动力总成的拆装方法、步骤（6）连接直流母线，接回低压蓄电池负极；（7）连接故障诊断仪，启动汽车，并在故障诊断仪上选择加注初始化，如图1-3-19所示；加注动力电池冷却液，如图1-3-20所示，当膨胀罐的液位较高且不再下降时，在故障诊断仪上点选排气，如图1-3-21所示，继续加注冷却液并排气，直到冷却液在MAX和MIN刻度线之间稳定为止；操作故障诊断仪，选择完成加注；（8）使用故障诊断仪，读取故障码；（9）关闭点火开关，收拾工具和场地，动力电池包安装完成。四、动力电池总成的检修1.单体电池的常见故障检测单体电池的故障类型主要有电压故障、温度故障、漏电故障、漏液等，如表1-3-1所示为磷酸铁锂电池单体电池故障类型、故障级别及阈值，这是我们进行单体电池检测及故障类型判断的依据。表1-3-1磷酸铁锂电池单体电池常见故障类型故障类型故障名称故障级别阈值电压故障过压3(一般过压)3.4-3.65V2(较严重过压)3.65-3.85V过充1>3.85V欠压3(一般欠压)3.0-3.2V2(较严重欠压)2.7-3.0V1(严重欠压)2.5-2.7V过放1<2.5V温度故障过温3(一般过温)

45℃-50℃2(较严重漏电)50℃-65℃1(严重过温)>65℃漏电故障漏电3(一般漏电)<500Ω/V2(较严重漏电)<300Ω/V1(严重漏电)<100Ω/V四、动力电池总成的检修四、动力电池总成的检修1级故障：点亮故障灯，高压无法上电，整车立即丧失动力；2级故障：点亮故障灯，整车限功率行驶；3级故障：点亮故障灯，整车可继续行驶。对于漏液故障，应先用PH试纸检测液体的酸碱性，判断泄漏液体为单体电池内部电解质还是电池外部的冷却液，若为单体电池漏液，则更换单体电池，若为冷却管路泄漏，则修复冷却管路。注意，在修复前，先对漏液进行中和处理，如漏液为酸性，则采用碱性液体中和，若漏液为碱性，则采用酸性液体中和。四、动力电池总成的检修2.单体电池内阻检测（1）打开电池内阻测试仪，检查电池内阻测试仪各项参数，分别将电池内阻比较功能和电池电压比较功能关闭，并返回测量显示界面，如图1-3-22所示。

图1-3-22测量显示界面

图1-3-23连接内阻测试仪检测线四、动力电池总成的检修（2）连接电池内阻测试仪检测线，如图1-3-23所示，检测线金属头不分正负极。（3）进行电池内阻测试仪校检，使用此表笔检测时，注意将表笔中心部分进行按压短接，如图1-3-24所示。短接后，如图屏幕显示内阻过大，需进行校准，点击短路清理，点击确定。

图1-3-24内阻测试仪两表笔短接

图1-3-25内阻测试仪校检合格四、动力电池总成的检修（4）点击测量显示，如图1-3-25所示，可知表笔接触内阻小于0.1mΩ，合格，可用于电池内阻测试。（5）将表笔连接至单体电池的正负极，测量单体电池内阻及电压，测得电池内阻为1.15mΩ，电压为3.32V，如图1-3-26所示。对比该单体电池的电压和内阻标准值，判断该单体电池是否正常。1-3-26测量单体电池内阻及电压四、动力电池总成的检修3.单体电池或模组的更换当判断出模组中有故障单体电池时，应观察模组中单体电池之间正负极的连接方式，以及每个单体电池电压及温度信号采样线的布线方式，是否适合更换单体电池，如果单体电池很难从模组中解体，则应更换整个模组。

单体电池（模组）的更换步骤如下：（1）拆卸模组的正负极高压连接线束。注意电池模组是带电的，操作过程中要严格遵循高压安全操作规范，佩戴绝缘手套、护目镜、穿上绝缘鞋等防护用品，使用绝缘工具；拆卸后的高压线束应用绝缘保护套/绝缘胶带做好防护；（2）拧松模组的固定支架螺栓，将模组从底座中拆出；四、动力电池总成的检修（3）观察模组内单体电池的连接方式，若单体电池正负极之间的导电片为螺钉固定，可进一步拆卸单体电池正负极之间的导电片；（4）观察模组内单体电池电压、温度信号的采样线的步线方式，若为普通低压线束，可进一步拆卸各单体电池的低压信号线；（5）观察单体电池的拼装方式，找到各单体电池支撑架之间的连接卡槽，逐个解体单体电池支撑架，直至解体到故障单体电池为止；（6）取出故障单芯；（7）换上通过一致性检测的单体电池；（8）按拆卸的相反顺序安装。注意紧固螺栓需按标准打扭力，且需打扭力的紧固螺栓不能重复使用。项目二动力电池管理系统检修新能源汽车电池及管理系统检修项目二动力电池管理系统检修动力电池管理系统的结构动力电池管理系统工作原理动力电池管理系统检修任务一动力电池管理系统的结构项目二动力电池管理系统检修一、动力电池管理系统结构

动力电池管理系统（BMS）的组成可以分为硬件和软件。硬件包括主控盒、高压盒、低压管理系统，还包括采集电压、电流、温度等数据的传感器以及控制电路通断的继电器、熔断器等电子元器件；软件用于监测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值，通过与整车控制器、充电机的通讯，来控制动力电池系统的充放电。如图2-1-1所示为北汽EV160汽车的动力电池管理系统结构框图。一、动力电池管理系统结构一、动力电池管理系统结构BMS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。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及故障信息。一、动力电池管理系统结构一、动力电池管理系统结构BMS通过电压、电流及温度检测等功能实现对动力电池系统的过压、欠压、过流、过高温和过低温保护，继电器控制、SOC估算、充放电管理、均衡控制、故障报警及处理、与其他控制器通信功能等功能；此外电池管理系统还具有高压回路绝缘检测功能，以及为动力电池系统加热功能。二、电池管理系统部件北汽EV160电池管理系统具体位置布局如图2-1-2所示。1.主控盒如图2-1-3所示为北汽EV160汽车的主控盒与高压盒，某些汽车的主控盒与高压盒集成为一个模块，通常称为电池控制单元。主控盒是一个连接外部通讯和内部通讯的平台，主要功能如下：（1）接收电池管理系统反馈的实时温度和单体电压（并计算最大值和最小值）。（2）接收高压盒反馈的总电压和电流情况。（3）与整车控制器的通讯。（4）与充电机或快充桩通讯。（5）控制正、负主继电器。（6）控制电池加热。（7）唤醒应答。（8）控制充/放电电流。二、电池管理系统部件2.高压盒高压盒是“监控”动力电池的总电压和充、放电流及绝缘性能，主要功能如下：（1）监控动力电池的总电压。（2）监控动力电池的总电流。（3）检测高压系统绝缘性能。（4）监控高压连接情况。（5）将以上项目监控到的数据反馈给主控盒。二、电池管理系统部件3.电池低压管理系统图2-1-4所示为北汽EV160汽车的电池低压管理系统，也称从控板或者信息采集器，电池低压管理系统是“监控”动力电池的单体电压、电池组的温度，主要功能如下：（1）监控每个单体电压反馈给主控盒。（2）监控每个电池组的温度反馈给主控盒。（3）检测高压系统绝缘性能。（4）电量（SOC）值监测。（5）将以上项目监控到的数据反馈给主控盒。二、电池管理系统部件4.高压继电器高压继电器的作用是控制高压回路的通断，如图2-1-5所示为北汽ev160继电器盒构图，包括主正继电器、主负继电器、预充继电器盒加热继电器，其它某些车型还设有充电继电器，图2-1-6所示为北汽ev160继电器控制原理图。二、电池管理系统部件由图示可以看出，主正、主负继电器分别控制着动力电池包正极和负极输出端的通断，预充继电器与主正继电器并联，在动力电池充电和上电初始阶段，接通主正继电器，先给电机控制器内部的超级电容充电，起到保护动力电池和其他电气设备的作用。所有的继电器动作都受到电池控制单元BMU的控制。二、电池管理系统部件5.电流传感器电流传感器的作用是检测动力电池的充放电总电流，并将其转化成电压信号传输给动力电池管理系统。目前新能源汽车常用的电流传感器有分流器和霍尔电流传感器两种。（1）分流器二、电池管理系统部件分流器是一个可以通过大电流的精密电阻，串联在动力电池组的正极或负极，根据直流电流通过电阻时，在电阻两端产生电压的原理制成，如图？所示。利用欧姆定律U=IR，将流经分流器的电流转换为电压信号，BMS再根据这个电压信号，计算出动力电池的总电流。二、电池管理系统部件（2）霍尔电流传感器霍尔电流安装在动力电池正负极输出端与主正主负继电器之间，如图2-1-8所示，有的车型设置了两个，有的车型只装配一个（正极或负极）。二、电池管理系统部件霍尔电流传感器的工作原理：

霍尔效应：把一块半导体薄片垂直放在感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场的方向通以电流I，就会在薄片的另一对侧面间产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应，所产生的电动势称为霍尔电动势，这种半导体薄片称为霍尔元件。开环式霍尔电流传感器是基于霍尔效应基本原理研制而成的，如图2-1-9所示，原边电流IP（动力电池输出端电流）产生的磁通量聚集在磁路中，用霍尔元件在气隙处进行检测。霍尔装置经过处理后输出弱电压信号，再经过放大器放大，在传感器输出端输出电压信号，该电压信号可精确地反映原边电流IP（动力电池输出端电流）。二、电池管理系统部件二、电池管理系统部件

6.漏电传感器漏电传感器主要监测与动力电池输出相连接的正极或负极母线与车身底盘之间的绝缘电阻，以此判定高压系统是否存在漏电。漏电传感器通常将电流检测元件、控制单元、CAN通信模块集成为一体，将漏电数据信息通过CAN信号发送给电池管理器、电机控制器，以采取相应保护措施。二、电池管理系统部件不同车型漏电传感器安装位置不同，如图2-1-10所示为比亚迪E5的漏电传感器，它安装在汽车前舱的高压电控总成内部，主要是检测动力电池直流母线负极相连接的导线与车身底盘之间的绝缘电阻。图2-1-11所示为比亚迪唐HEV的漏电传感器，它安装在动力电池包内部，检测的是动力电池直流母线正极与车身之间的绝缘电阻。通过阻值来判断动力电池包及系统高压部件的漏电程度。当母线与车身之间的绝缘阻值小于等于100～120kΩ时，为一般漏电；小于等于20kΩ时，为严重漏电。二、电池管理系统部件7.温度传感器电池模组温度采集的原理如图2-1-12所示，通常在电池模组上安装温度传感器采集温度信号，如图2-1-13所示为比亚迪E5汽车和帝豪EV300汽车的电池模组温度传感器，其中比亚迪e5采用的是导线的信号传输方式，而帝豪ev300采用的是排线的信号传输方式，且用的是贴片式的温度传感器电池模组温度传感器。二、电池管理系统部件车上的温度传感器通常采用的是负温度系数的热敏电阻，简称NTC，即它的电阻值会随着被测物体温度的上升而下降。电阻变化引起电压变化，BMS即可根据热敏电阻的电阻-电压变化曲线，推算出被测物体的温度范围。二、电池管理系统部件8.单体电池电压采集如图2-1-14所示为单体电池电压采集原理图，每个串联的单体电池的电压信息都被采集，电压信号先发送至采集板，然后由采集板通过CAN线传送至电池控制单元。图2-1-15所示为导线采集单体电池电压的方式，图2-1-16所示为采集线印刷电路采集单体电池电压的方式，图2-1-17位采集线印刷电路。二、电池管理系统部件二、电池管理系统部件任务二动力电池管理系统工作原理项目二动力电池管理系统检修一、动力电池管理系统功能动力电池管理系统BMS是用来对蓄电池组进行安全监控及有效管理，提高蓄电池使用效率的装置。对于电动车辆而言，通过该系统对电池组充放电的有效控制，可以达到增加续驶里程，延长使用寿命，降低运行成本的目的，并保证动力电池组应用的安全性和可靠性。动力电池管理系统已经成为电动汽车不可缺少的核心部件之一。一、动力电池管理系统功能动力电池管理系统具体的功能包括数据采集、电池状态计算、能量管理、安全管理、热管理、均衡控制、通信功能和人机接口，如图2-2-1所示。二、动力电池管理系统的分类动力电池管理系统按结构可分为集中式系统、分散式系统和集成式系统。（一）集中式系统集中式系统的结构中，中央控制单数据采集单元等形成整个电源系统的管理单元，对电源系统的基本信息如电压、电流、温度进行采样，然后在BMS中央处理器内进行数据的处理、计算、判断和相应控制。图2-2-2为集中式BMS结构示意图。二、动力电池管理系统的分类1.优点集中式系统的优点是材料的成本低，可在电池管理系统之间无限制地通信，安全管理便利，简化了对不同电池参数的调整与改写，对参数的测量速度较快，可靠性高，可以灵活计算，根据不同的情況在中央处理器内修改软件，满足不同要求。2.缺点集中式系统的缺点是需要解决串联蓄电池的电压测量中共地、隔离、测量精度等问题技术难度大。二、动力电池管理系统的分类（二）分散式系统在分散式系统中，数据采集是分散的，即每个电池模组对应一个采集单元，这些单元与中心的BMS通过一根母线进行数据通信，充电控制、放电控制等单元也可能和中央处理单元分开，有的没有总的BMS控制板，直接通过总线传输到电动汽车中心控制器。图2-2-3为分散式BMS结构示意图。二、动力电池管理系统的分类1.优点分散式系统结构的优点是减少了布线，便于电源系统的扩展，可以分散安装，通过总线进行连接与信息通信，采集的数据可以就近处理，精度高，使得有可能更好地计算电池的状态，利于建立标准化的电源管理系统。2.缺点分散式系统的缺点是成本比较高，灵活性差，修改麻烦，数据由串行总线传输，系统巡回检测的速度受限制，数据的实时性不高。BMS是一个动力系统，采用分布式检测系统时，由于采样的下位板数目较多，造成电池包内的走线较多，不利于对系统的维护。在较大电池中，使用分散系统较经济。多适用于由多个电池包组成的电源系统，目前多数专门进行BMS开发或生产的企业制作的多为这种分散式系统。二、动力电池管理系统的分类（三）集成式系统内集成式是采用大量电池管理芯片进行集成设计。现在有很多电池管理芯片，如DS2438芯片，可完成对电池当前各种状态的监测，包括对当前电池的充/放电状态、电压、电流、温度、剩余电量、时间等参数的监测。DS2438芯片能够自动采集这些参数，并将其存放EPROM/RAM中，再通过一根双向数据线与控制器通信。有些电池管理系统任务必须由多个设备来完成，特别是安全管理。正常情况下，设备之间很少或根本没有通信联系，所以要进行最优化运行是不可能的。另一个缺点是与电池相关的控制功能被放在不同设备中，因此每个设备部必须适用于所用的特殊电池。三、动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构设计电动汽车时，通常需要满足一定的加速能力、爬坡能力和最高车速等动力性指标，若只配备单个动力电池单体作为能量源是远远无法达到要求的。因此，工程上通常将动力电池单体进行串并联成组，以满足车辆设计的技术要求。面对大规模的动力电池管理问题，动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构非常重要。动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构直接影响系统成本、可靠性、安装维护便捷性以及测量准确性。一般情况下，电池监测回路（BatteryMonitoringCircuit，BMC）与电池组控制单元（BatteryControlUnit，BCU）共同构成硬件电路部分。根据电池管理系统（BMS）、电池组控制单元（BCU）与动力电池单体三者之间的结构关系，电池管理系统（BMS）可分为集中式拓扑结构和分布式拓扑结构。（一）集中式拓扑结构1.连接结构集中式BMS拓扑结构中的BMC和BCU集成在单个电路板上，实现采集、计算、安全监控、开关管理、充放电控制以及与整车控制器通信等功能，一般应用于动力电池容量低、总压低、电池系统体积小的场合。集中式BMS拓扑结构如图2-2-4所示，所有动力电池单体的测量信号被集中传输到单个电路板。三、动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构2.优点集中式BMS拓扑结构一般具有如下优点：（1）高速的板内通信有利于保证数据的同步采集。（2）结构紧凑，抗干扰能力强。（3）成本较低，仅使用一个封装即可完成BMS的全部工作。3.缺点集中式BMS拓扑结构也存在以下缺点：（1）容易造成大量复杂的布线。（2）当系统的不同部分发生短路和过电流时难以保护电池系统。（3）考虑到高压安全问题，不同通道之间必须保留足够的安全间隙，最终导致电路板的尺寸过大。（4）由于所有的组件都集中在单一电路板上，可扩展性和可维护性差。三、动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构（二）分布式拓扑结构1.连接结构分布式拓扑结构与集中式拓扑结构不同，分布式BMS中的BCU与BMC是分开布置的，如图2-2-5所示。BCU主要负责故障检测、电池状态估计、开关管理、充放电控制以及与整车控制器通信；BMC则用于实现电池单体电压、电流和温度的采集以及安全性和一致性的管理。BCU和BMC之间通过CAN总线连接，任何BMC都可以与BCU通信。此外，每一块BMC电路板都属于CAN总线的一个节点，且单独与对应的动力电池单体建立连接。因此，BMC与BMC之间同样可以建立通信。三、动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构三、动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构2.优点分布式BMS拓扑结构一般具有如下优点：（1）采集与计算功能分离，故障排查容易，计算效率高。（2）极大简化了系统的结构，布置位置灵活，适用性好。（3）可扩展性更强，若想要增加或减少管理的电池数量，只需要在相应电池附近布置或移除BMC电路板，再将它与预留的CAN总线接口相连或解开即可。三、动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构3.缺点同时，分布式BMS拓扑结构也存在以下缺点：（1）部件增多，增加了电路板数量和安装、调试与拆解的步骤。（2）通信网络设计要求高，易形成网络延时，影响采集数据的同步性。目前，分布式BMS拓扑结构在电动汽车领域中的应用最为广泛。例如比亚迪等商业化电动汽车均采用了这类结构。三、动力电池管理系统（BMS）的拓扑结构（一）电池状态估算电池电量管理是电池管理的核心内容之一，对于整个电池状态的控制，电动车辆续驶里程的预测和估计具有重要的意义。由于动力电池荷电状态(SOC)的非线性，并且受到多种因素的影响，导致电池电量估计和预测方法复杂，准确估计SOC比较困难。四、动力电池管理系统的工作原理1.电池SOC估算精度的影响因素(1)充放电电流大电流可充放电容量低于额定容量，反之亦然。(2)温度不同温度下电池组的容量存在着一定的变化。(3)电池容量衰减电池的容量在循环过程中会逐渐减少。(4)自放电自放电大小主要与环境温度有关，具有不确定性。(5)一致性电池组的一致性差别对电量的估算有重要的影响。四、动力电池管理系统的工作原理2.精确估计SOC的作用（1）保护蓄电池准确控制电池SOC范围，可避免电池过充电和过放电。（2）提高整车性能SOC不准确，电池性能不能充分发挥，整车性能降低。（3）降低对动力电池的要求准确估算SOC，电池性能可充分使用，降低对动力电池性能的要求。（4）提高经济性选择较低容量的动力蓄电池组可以降低整车制造成本，由于提高了系统的可靠性，后期维护成本降低。四、动力电池管理系统的工作原理四、动力电池管理系统的工作原理3.SOC估计常用的算法（1）开路电压法随着放电电池容量的增加，电池的开路电压降低。可以根据一定的充放电倍率时电池组的开路电压和SOC的对应曲线，通过测量电池组开路电压的大小，插值估算出电池SOC的值，如图2-2-6所示。四、动力电池管理系统的工作原理(2)容量积分法容量积分法是通过对单位时间内，流入流出电池组的电池进行累积，从而获得电池组每一轮放电能够放出的电量，确定电池SOC，运算公式如下：(3)电池内阻法电池内阻有交流内阻(常称交流阻抗)和直流内阻之分，它们都与SOC有密切关系。准确测量电池单体内阻比较困难，这是直流内阻法的缺点。在某些电池管理系统中，内阻法与Ah计量法组合使用来提高SOC估算的精度。四、动力电池管理系统的工作原理（4）模糊逻辑推理和神经网络法模糊逻辑接近人的形象思维方式，擅长定性分析和推理，具有较强的自然语言处理能力；神经网络采用分布式存储信息，具有很好的自组织、自学习能力。二者共同的特点是均采用并行处理结构，可从系统的输入、输出样本中获得系统输入输出关系。神经网络法适用于各种电池，其缺点是需要大量的参考数据进行训练，估计误差受训练数据和训练方法的影响很大。四、动力电池管理系统的工作原理（5）卡尔曼滤波法核心思想是对动力系统的状态做出最小方差意义上的最优估算。适用于各种电池，不仅给出了SOC的估计值，还给出了SOC的估计误差。其缺点是要求电池SOC估计精度越高，电池模型越复杂，涉及大量矩阵运算，工程上难以实现，该方法对于温度、自放电率以及放电倍率对容量的影响考虑的不够全面。四、动力电池管理系统的工作原理（二）动力电池的均衡管理为了平衡电池组中单体电池的容量和能量差异，提高电池组的能量利用率。能量耗散型均衡和能量非耗散型。1.能量耗散型均衡管理能量耗散型均衡管理是将多余的能量全部以热量的方式消耗。单体电池并联电阻进行充电分流以实现均衡，这种均衡方式存在能量浪费和增加热管理系统负荷的问题，主要包括恒定分流电阻、开关控制分流电阻两种方式，图2-2-7所示为开关控制分流电阻式均衡管理。四、动力电池管理系统的工作原理2.非能量耗散型均衡非能量耗散型均衡是将多余能量转移或者转换到其他电池中，这种均衡方法耗能相对于能量耗散型电路小得多，但电路结构相对复杂，具体又分为能量转换式均衡和能量转移式均衡。（1）能量转换式均衡通过开关信号，将电池组整体能量对单体电池进行能量补充，或者将单体电池能量向整体电池组进行能量转换。四、动力电池管理系统的工作原理单体向整体：充电过程中完成，单体电压达到一定值，把单体电池的充电电流进行分流，分出的电流经模块转换把能量反馈回充电母线，如图2-2-8所示。四、动力电池管理系统的工作原理整体向单体：也称补充式均衡，在充电过程中设有主充电模块和补充式均衡充电模块，通过均衡充电装置为电压不足的单体电池补电，如图2-2-9所示。四、动力电池管理系统的工作原理（2）能量转移式均衡利用电感、电容等储能元件，把电池组中容量高的单体电池，通过储能元件转移到容量比较低的电池上。图2-2-10所示为通过切换电容开关传递相邻电池间的能量的均衡方式。四、动力电池管理系统的工作原理（三）动力电池的安全管理主要包括烟雾报警、绝缘检测、高压互锁、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。动力电池在电动车辆上安装应用，因此必须满足车辆部件的耐振动、耐冲击、耐跌落、耐盐雾等强度要求，保证可靠应用。为满足防水、防尘要求，电池包应满足一定的IP防护等级，在极端工况下，通过电池安全管理系统应能实现电池包的高压断电保护、过流断开保护、过放电保护、过充电保护等功能。四、动力电池管理系统的工作原理1.烟雾报警由于烟雾的种类繁多，一种类型的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测某一种或两种特定性质的烟雾。在动力电池上应用，需要在了解电池燃烧产生的烟雾构成的基础上进行传感器的选择。一般电池燃烧产生大量的CO和CO2，因此可以选择对这两种气体敏感的传感器。在传感器的结构上需要适应于车辆长期应用的振动工况，防止由于路面灰尘、振动引起的传感器误动作。四、动力电池管理系统的工作原理图2-2-11所示为北京理工大学开发的奥运电动客车的电池系统烟雾报警系统的结构。该系统采用9V碱性或碳性电池供电，保证24小时都能正常工作。分散的报警器通过内部烟尘传感器检测烟尘浓度，当烟尘浓度未达到限量时，报警器内部控制器控制继电器输出为开路；当烟尘浓度超过限量时，其内部控制器控制继电器输出为短路，将24V电源正极迅速引入显示板，与显示板上的-24V电源负极形成报警回路，发出声光报警信号。四、动力电池管理系统的工作原理四、动力电池管理系统的工作原理2.绝缘检测为安全起见，新能源汽车的高压电路均与车身搭铁绝缘。吉利帝豪EV450高压线缆绝缘电阻必须大于等于20MΩ。BMS绝缘检测范围：（1）在动力电池对外接触器全部断开条件下，绝缘检测范围为电池包内部的绝缘信息，此状不能检测电池包外部绝缘；（2）上高压或放电状态下，绝缘检测范围为整车高压回路，包括电池包内部和整车高压回路的缘性能；（3）快充状态下，绝缘检测范围为整车高压回路和快充的高压回路，包括电池包内部，整车高回路、快充充电桩的绝缘性能；四、动力电池管理系统的工作原理“绝缘检测电路”内置于动力电池管理系统（BMS），可持续监测高压线束和车身搭铁之间的绝缘电阻。如果绝缘电阻降至低于规定值，则存储故障码（DTC）并通过组合仪表显示屏告知驾驶员出现异常情况。如果低于安全值则还需要切断高压系统。BMS的绝缘检测系统如图2-2-12所示四、动力电池管理系统的工作原理绝缘检测电路发出少量的交流电流入高压电路，如图2-2-13所示，并检查交流电是否通过电容器自车身搭铁返回。绝缘电阻下降越多，自电容器返回的交流电波形的振幅越低。根据交流电波形的振幅判断绝缘电阻值。四、动力电池管理系统的工作原理绝缘电阻的检测值，通过绝缘检测电路转化为一个电压信号（检测电压）进行反馈。这个电压信号在0～5V之间，BMS的绝缘检测电路进行检测。如果绝缘电阻下降，则电压信号的值也会减小。四、动力电池管理系统的工作原理3.高压互锁高压互锁（简称HVIL），用低压信号监视高压回路完整性的一种安全设计方法。电池管理系统（BMS）、整车控制器（VCU）向外发送一个低电平信号，该信号经过所有的高压线束插头的互锁线，分别回到BMS和VCU。通过返回信号确认高压线路的完整性。如图2-2-14所示为帝豪EV300的高压互锁回路，从VCU的CA55插接器第73号针脚输出互锁信号，是幅值为12V的方波信号，如图2-2-15所示。四、动力电池管理系统的工作原理图2-2-14帝豪EV300的高压互锁回路图2-2-15高压互锁信号四、动力电池管理系统的工作原理如果信号出现异常，BMS和VCU就默认车辆的高压插头被人为的拔出或者存在插接不牢。为避免造成危险情况的发生，此时BMS会根据车辆状态做出以下反馈。故障报警：只要高压互锁信号缺失，无论汽车处于静止还是行驶状态，仪表报警，并发出报警声。高压切断：高压互锁信号缺失，车辆处于静止状态时，切断高压输出。降低功率运行：高压互锁信号缺失，车辆处于高速行车过程中，降功率运行，保证驾驶员将车停在安全的位置。四、动力电池管理系统的工作原理（四）动力电池的数据通信1.数据通信的定义数据通信是电池管理系统的重要组成部分之一，主要涉及电池管理系统内部主控板与检测板之间的通信、电池管理系统与整车控制器、非车载充电机等设备间的通信。数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，分为有线数据通信与无线数据通信两种。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。四、动力电池管理系统的工作原理2.数据通信的作用在有参数设定功能的电池管理系统上，还有电池管理系统主控板与上位机的通信。CAN通信方式是现阶段电池管理系统通信应用的主流，RS232、RS485总线等方式在电池管理系统内部通信中也有应用。3.电池管理系统通信方式图2-2-16所示为某纯电动客车电池管理系统通信方式，该系统可实现电池单体电压检测、电池温度检测、电池组工作电流检测、绝缘电阻检测、冷却风机控制、充放电次数记录和SOC的估测等功能。四、动力电池管理系统的工作原理四、动力电池管理系统的工作原理（1）RS232电池管理系统通信方式中的RS232主要实现主控板与上位机或手持设备的更新，完成主控板、检测板各种参数的设定；（2）RS485电池管理系统通信方式中的RS485实现主控板与检测板之间的通信，完成主从板电池数据、检测板参数的传输；（3）CAN电池管理系统通信方式中的CAN通信分为CAN1和CAN2两路，CAN1主要与整车控制器通信，完成整车所需电池相关数据的传输，CAN2主要用于车载仪表、非车载充电机通信，实现电池数据的共享，并为充电控制提供数据依据。四、动力电池管理系统的工作原理图2-2-17所示为车载运行模式下电池管理系统的结构。四、动力电池管理系统的工作原理图2-2-18所示为在应急模式下电池管理系统的结构。任务三动力电池管理系统检修项目二动力电池管理系统检修一、动力电池管理系统部件的拆装（一）动力电池控制单元的拆装以比亚迪E5汽车的动力电池管理单元拆装为例，该车的动力电池管理单元安装于发动机舱内。按照以下步骤操作：（1）关闭汽车点火开关，拆卸低压蓄电池的负极，如图2-3-1所示，并等待5分钟；一、动力电池管理系统部件的拆装（2）拆卸雨刮器，并且拆卸导流板螺栓，取下导流板，如图2-3-2所示（3）拆卸雨刮电机螺栓，取下雨刮电机，如图2-3-3所示；一、动力电池管理系统部件的拆装（4）拔下电池包加热控制器插头，如图2-3-4所示；（5）拆下雨刮电机固定支架，如图2-3-5所示；一、动力电池管理系统部件的拆装（6）拔下电池控制单元3个通讯插接器，位置如图2-3-6所示；（7）拆卸电池控制单元3颗固定螺栓，如图2-3-7所示；（8）取下电池控制单元，如图2-3-8所示；（9）安装的顺序与拆卸顺序相反。一、动力电池管理系统部件的拆装（二）动力电池电流传感器拆装以比亚迪E5汽车的电池电流传感器拆装为例，按照以下步骤操作：1.拆卸电池包正极输入霍尔传感器（1）拆卸高压控制总成的防护盖板，如图2-3-9所示；一、动力电池管理系统部件的拆装（2）高压控制总成中有大容量薄膜电容，电容在脱离高压时，可能会带有高压电，须先对薄膜电容两端电压进行检测。测的电压0V，可进行下一步操作。高压控制总成中有两个霍尔传感器，分别安装在电池包正极输入母线上和电池包负极输入母线上。（3）将正极输入的线排固定螺栓进行调整，依次拆除预充接触器输入线束固定螺栓、主接触器线排固定螺栓、交流充电接触器线排固定螺栓、高压桩头线排固定螺栓和霍尔传感器固定螺栓。（4）取下正极连接线排，拔出霍尔传感器低压插接件，取出霍尔传感器，如图2-3-10所示。一、动力电池管理系统部件的拆装2.安装电池包正极输入霍尔传感器（1）安装霍尔传感器，霍尔传感器带有三角形符号，三角形顶点要对着电流方向，如图2-3-11所示；一、动力电池管理系统部件的拆装（2）连接霍尔传感器低压插接件，如图2-3-12所示；（3）将正极连接线板插入霍尔传感器中心圆孔，放置霍尔传感器，如图2-3-13