《混合动力电动汽车结构原理与检修》 课件 学习情景3 混合动力电动汽车动力蓄电池结构与原理

学习情境3：混合动力电动汽车动力蓄电池结构与原理任务3.1动力电池的认知任务3.2动力电池管理系统的认知任务3.1动力电池的认知“我想购买一辆混合动力汽车，想要了解一下汽车的动力性能“请您稍等，我们4s店的服务顾问会就这方面问题给您详细解答。4S任务3.1【学习目标】1了解动力电池的基本要求、性能要求23掌握混合动力汽车动力电池的结构特点掌握动力电池的种类、特点、构造、工作原理任务3.14了解处理动力电池的注意事项任务3.1动力电池1.基本要求在混合动力汽车上，动力电池是辅助电力能源，用作发动机的辅助动力源，以提高整车的动力性能，或作为电动机驱动车辆时的电源。动力电池一般是供给直流电，然后经过变频或逆变器转换成频率和电压幅值可调的交流电，供给驱动电机来驱动车辆行驶。采用的动力电池组，则要求有较大的比功率混动汽车采用的动力电池组，要求有较大的比能量电动汽车VS任务3.1动力电池1.基本要求（1）比能量：保证混合动力汽车能够达到基本合理的行驶里程的重要性能。（2）充电时间短:动力电池快速充电达到额定容量的50%时的时间为20min左右（3）连续放电率高，自放电率低：连续1h放电率可以达到额定容量的70%左右（4）不需要复杂的运行环境：保温热管理系统，能够适应混合动力汽车行驶时的振动（5）安全可靠：动力电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱和外壳（6）驱寿命长，免维修：动力电池循环寿命不低于1000次，使用寿命期间不需要进行维护任务3.12.类型铅酸电池镍氢电池镍镉电池锂离子电池超级电容任务3.12.特点名称优点缺点应用铅酸电池成本低能量和功率低，笨重电动自行车镍镉电池结实、成本低容量小、寿命短、污染严重已淘汰镍氢电池安全性较好、寿命较长成本高混合动力汽车(如丰田普锐斯)锂离子电池能量密度较高、自放电率低、使用寿命长成本高电动汽车（如特斯拉、EV200）超级电容电池功率密度高、充放时间短、寿命长、工作温度宽------任务3.13.混合动力汽车的动力电池特点①一次电池：只能进行的电池，不能进行充电而再利用一次放电。②二次电池：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。如铅酸电池、镍氢电池、锂电池。优点：价格低廉、原材料易获得、用于大电流放电及广泛的环境温度缺点：①充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；②气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境铅酸电池分类：普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池工作原理：充电：

放电：历史：普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史任务3.13.混合动力汽车的动力电池特点优点：内阻很小，可快速充电，又可为负载提供大电流，而且放电时电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池用途：①大型袋式和开口式镉镍电池主要用于铁路机车、矿山、装甲车辆、飞机发动机等作起动或应急电源；②圆柱密封式镉镍电池主要用于电动工具、剃须器等便携式电器；③小型扣式镍镉电池主要用于小电流、低倍率放电的无绳电话、电动玩具等；④由于废弃镉镍电池对环境的污染，该系列的电池将逐渐被性能更好的金属氢化物镍电池所取代。镍镉电池缺点：在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短。记忆效应”就是电池在充电前，电池的电量没有被完全放尽，久而久之将会引起电池容量的降低，在电池充放电的过程中（放电较为明显），会在电池极板上产生些许的小气泡，日积月累这些气泡减少了电池极板的面积也间接影响了电池的容量。任务3.13.混合动力汽车的动力电池特点工作原理：镍氢电池的正极，是球状氢氧化镍粉末与添加剂钴等金属、塑料和黏合剂等制成的涂膏，用自动涂膏机涂在正极板上，然后经过干燥处理成发泡的氢氧化镍正极板。镍氢电池特点：一种碱性电池，标称电压为1.2V，比能量可达到70～80W·h/kg，有利于延长混合动力汽车的行驶里程。比功率可达到200W/kg，是铅酸电池的2倍，能够提高车辆的启动性能和加速性能。任务3.13.混合动力汽车的动力电池特点分类：锂离子电池是液态有机电解质，按照正极材料的不同，目前常用的有以下几种：三元材料锂电池（镍、钴、锰）、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂

瓶颈是：安全性能和汽车动力电池的管理系统。车动力电池的工作电压是12V或24V，而单个动力锂离子电池的工作电压是3.7V，因此必须由多个电池串联而提高电压，但由于电池难以做到完全均一的充放电锂离子电池特点：①工作电压高（是镍镉电池氢-镍电池的3倍）；②比能量大（可达165WH/kg，是氢镍电池的3倍）③体积小；质量轻；循环寿命长；自放电率低；无记忆效应；无污染。任务3.13.混合动力汽车的动力电池特点工作过程：飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。

特性：飞轮电池比能量可达150W·h/kg，比功率达5000-10000W/kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。飞轮电池特点：飞轮电池是以旋转的动能转换成电能，用物理方法实现储能。任务3.1超级电容超级电容突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。超级电容可以弥补现阶段锂离子电池在功率密度等方面的不足。任务3.14.混合动力汽车的动力电池结构特点知识拓展混合动力汽车会有三个独立的电压系统吗？丰田汉兰达HEV有一个12V辅助系统，一个供电子动力辅助转向盘的42V系统和一个混合动力驱动的288V系统。大多数混合动力电动车使用双压电系统。高压系统用于向驱动电动机提供动力，而传统的12V系统用于向所有其他汽车运行方面提供动力。用该系统的一个好处是汽车能利用任何系统的电气配件到汽车设计中。任务3.14.混合动力汽车的动力电池结构特点Prius采用镍氢电池，NiMH蓄电池比能量、循环寿命及安全性的性能特点。比亚迪采用其自主研发的锂离子电池，因采用的材料含Fe，其命名为铁电池。镍氢电池和锂离子电池己经可以达到混合动力电动汽车的使用要求，但仍有价格高或寿命不长等缺陷。大多数混合动力汽车用镍金属氢化物（NiMH）电池技术作为汽车的高压电池来产电。任务3.1动力电池结构NiMH蓄电池的每个单电池只产生1.2V电压。为了制造一个能产生高压的电池组（如本田IMA144V，福特Escape混合动力车330V），多个NiMH单体电池必须串联连接。很显然，电池的输出电压越高，到达必要电压要用的单体电池的数量就越多。如何计算串联的单体电池个数？任务3.1动力电池结构知识拓展丰田普锐斯第四代动力电池技术与前三代有区别吗？第三代普锐斯的动力电池采用镍氢电池，由28个单独的电池模块组成，通过2个母线模块相互串联在一起。每个电池模块均由6个单格组成，动力电池总共有168个单格（6个单格*28个模块）和单格电压是1.2V，额定电压是201.6V。知识拓展丰田普锐斯第四代动力电池技术与前三代有区别吗？第四代普锐斯提供了两种电池选择，较为传统的镍氢电池和目前比较流行的锂离子电池。两款电池的输出电压相近，锂离子电池的输出电压为207.2V，镍氢电池则为201.6V，所占的体积也相似，锂电池大小约为30.5L升(1.1立方英尺)，镍氢电池约为35.5升(1.25立方英尺)。任务3.1动力电池的冷却动力电池在充电时，其化学反应过程与放电时是相反的。在这个热学过程中会放出热量，这就导致动力电池变热了。于是除了导致动力电池老化外，最重要的是还会使得相关导体上的电阻增大，这会导致电能不转化为功，而是转换成热量释放掉了。AudiQ5采用风冷法，利用专用冷却风扇和来自车厢内部的空气冷却动力电池。在新鲜空气工作模式时，风扇V457从备胎坑内抽入空气，空气经蒸发器被引入到蓄电池，热空气经后保险杠下方被引出。在循环空气工作模式时，循环空气翻板1和2都是关闭着的，不会吸入新鲜空气。在需要时，控制单元J840将请求信息通过CAN总线发送给空调控制单元，以便去接通电动空调压缩机V470。任务3.1处理动力电池的注意事项•使用硼酸和水的饱和液进行中和

•用石蕊试纸判定混合液为中性，用抹布或废布将其擦除•用和水稀释液或大量的清水进行冲洗

•立即脱下沾有电解液的衣服◆动力电池电解液接触到皮肤、眼睛等时◆动力电池所在区域出现液体泄漏时◆报废车辆时•从车辆上拆下动力电池以通过规定的途径进行回收◆存放动力电池时•切勿将动力电池置放于潮湿的地方任务3.1处理动力电池的注意事项•断开辅助蓄电池负极端子

•存放期间，应每两个月对动力电池进行充电。使用以下程序，对动力电池充电：

（1）连接辅助蓄电池负极端子

（2）将电源开关置于ON（IG）位置3分钟，不要施加任何电器负载。（执行此操作以使混合动力车辆控制ECU总成检测正确的SOC。）

（3）将电源开关置于ON（REDAY）位置。发动机启动后，使其运转30分钟以对动力电池充电。如果发动机无法起动或在30分钟内间歇性地停止，则立即停止操作。（无需对动力电池充电。）◆长时间存放车辆时，防止动力电池放电或损坏任务3.2“我的比亚迪秦，在行驶过程中，信息显示屏上动力电池切断指示灯亮起“请您放心，我们的技师会及时为您的车检查。维修车间任务3.2动力电池管理系统的认知【学习目标】1掌握动力电池管理系统的作用；23掌握动力电池管理系统的基本功能和组成。拓展学习动力电池管理系统在纯电动车和混合动力汽车上的不同作用；任务3.2任务3.21.动力电池管理系统的作用电池的娇贵，你知道吗？任务3.21.动力电池管理系统的作用电池种类不同，性能也不一样，但是他们都有一个”臭脾气“？我冷！这么厚，你想热死老娘！太冷不行太热也不行任务3.21.动力电池管理系统的作用温度过热混动汽车在行驶过程中电池不断地充电和放电，过冷或者过热，会让电池压力山大啊？由于电池局部过热产生热点，会引起连锁放热反应，最终造成冒烟起火，甚至爆炸等严重的热失控事件。温度过冷温度过低时，电池容量迅速发生衰减，再过低温度下充电，则可能瞬间引发电压过冲现象，导致短路，并击穿电池隔膜。任务3.21.动力电池管理系统的作用没想到吧？电池脆弱的就像新出生的baby，需要有人把它捧在手心里！动力电池管理系统（BMS）主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。。动力电池管理系统就是干这事儿的！任务3.21.动力电池管理系统的作用结构功能1.检测电池组的电压、电流、温度和继电器状态；2.进行荷电状态(SOC)和电池健康状态(son)的预测3.完成温度管理、均衡控制、充放电控制、故障诊断、CAN通信和液晶显示任务3.21.动力电池管理系统的作用混合动力汽车除动力电池组提供主要电源外，还有一个发动机—发电机组向动力电池组通过转换器不断地补充电能。根据电动车辆所采用的电池类型和动力电池组的组合方法，动力电池组管理系统不一样。1.热（温度）管理系统混动汽车BMS2.电池组管理系统3.电线线路管理系统任务3.21.动力电池管理系统的作用任务3.21.动力电池管理系统的作用热管理子系统温度是直接影响动力电池性能和寿命的关键性因素。电池温度的准确检测与测量；温度过高时有效散热和通风；低温时迅速加热；保证电池组温度场的均匀分布。意义功能任务3.21.动力电池管理系统的作用按照传热介质不同，热管理子系统分为风冷和液冷。风冷冷却方式强制风冷液冷优势1、结构简单、重量轻2、没有漏液的可能3、电池产生有害气体时可有效通风4、成本较低1、换热系数高，冷却加热速度快2、体积比较小劣势1、散热系数低，冷却或加热速度慢2、因电池内部风管，增加电池包的体积1、存在漏液的可能2、后续维修保养更麻烦3、设计零件多，成本高任务3.21.动力电池管理系统的作用按照安装位置不同，温度管理子系统分为水平分布和垂直分布。风冷水平布置的温度管理系统垂直布置的温度管理系统任务3.21.动力电池管理系统的作用电池组管理子系统1.对电池的组合、安装、充电、放电、电池组中各个电池的不均衡性、电池的热管理和电池的维护等进行监管。2.动力电池组的安全管理和保洁1.电池的技术性能；2.电池状态的管理；3.动力电池组的安全管理作用功能任务3.21.动力电池管理系统的作用不同类型和不同型号、不同使用程度的电池都具有不同的性能，在安装电池组之前，应对每个电池进行认真检测，将性能差异不大的电池组成动力电池组。电池的技术性能当混合动力汽车发生碰撞或倾覆时，电池管理系统应能立即切断电源，防止高压电引起的人身事故和火灾，并防止电解液造成的伤害，以保证人身安全。动力电池组的安全管理任务3.21.动力电池管理系统的作用知识拓展SOC：StateofCharge的英文缩写，是指充电状态，等同于充电率。混合动力车辆控制ECU总成根据持续、反复充电和放电的累计安培数估算动力电池的SOC。并通过控制，使得SOC始终保持在正确水平。混合动力汽车的动力电池组由多个单节电池组成，其基本状态包括在充电和放电时双向作业的电压、电流、温度、SOC的比例等。在正常情况下动力电池组的电压、电流、温度、SOC的比例等应能够进行双向计算和显示。电池状态的管理任务3.21.动力电池管理系统的作用知识拓展电池组寿命困境是什么？因为电池组里各个电芯的电量存在差异，整个电池组的电量类似“木桶原理”，是由电池组内电量最小的电芯决定的，为了让每个电芯保持较好的一致性，就要对电芯组实施均衡，尽量让每个电芯的电量趋于相同。由于多种原因在动力电池组中个别电池会出现性能的改变，使得动力电池组在充电时不能充足，而在放电时很快将电能放尽，这就要求电池管理系统应能够及时自动检测各个单节电池的状态，当检测出某节电池出现损坏状态时，及时报警，以便将“坏”电池剔出、更换。电池状态的管理任务3.21.动力电池管理系统的作用线路管理子系统管理电池与电池、电池组与电池组之间的线路1.动力电池组分组及连接；2.手动或自动断电器；3.安装、拆卸和检修时切断电流；4.各种传感器线路和连接作用功能任务3.21.动力电池组管理BMS基本功能2.单节电池管理3.荷电状态的估计和故障诊断2.动力电池组管理系统的基本功能动力电池组管理系统承担着动力电池组的全面管理，一方面要保证动力电池组的正常运作，显示动力电池组的动态响应并及时报警，以便使驾驶人随时都能掌握动力电池组的情况；另一方面要对人身和车辆进行安全保护，避免因电池引起的各种事