新能源汽车电池及管理系统课件 1-1 新能源汽车电池认知

新能源汽车电池的认知

任务导入：

新能源汽车上装有高压动力电池和低压电池，作为新能源汽车检修或管理人员，应从车型、电池外观上识别低压电池和高压电池，并识别高压动力电池类型，熟悉高压动力电池的特点，掌握高压动力电池的组成，才能安全地检修或更换电池。

1.任务目标1.知识目标

（1）了解低压电池和高压动力电池的作用；

（2）熟悉低压电池和高压动力电池的类型及特点；

（3）掌握高压动力电池的组成。

2.能力目标

（1）能识别高、低压电池，并在车上找到安装位置；

（2）能识别高、低压电池类型，并能描述其结构、特点；

（3）能识别高压动力电池部件，并在电池组上找出相应部件；

（4）能描述高压动力电池主要部件的功用。一、新能源汽车电池外观认知

新能源汽车低压蓄电池

新能源汽车电池按高、低压级别不同有低压辅助电池和高压动力电池两类

（一）低压辅助蓄电池认知（二）高压动力电池认知

高压动力电池比亚迪刀片电池动力电池高低压接口

动力电池高低压接口动力电池高低压接口及电缆

二、低压蓄电池和高压动力电池的作用

（一）低压蓄电池的作用

1.起动发动机时，给起动机、发电机励磁绕组供电；

2.车载发电机不工作时，给车上低压电器供电；

3.唤醒整车控制器VCU，控制高压动力电池给高压电器供电。

（二）高压动力电池的作用

1.储存器、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电；

2.为新能源汽车车载充电提供高压直流电。（一）低压蓄电池的类型及特点1.类型普通铅酸蓄电池、干式荷电蓄电池、免维护蓄电池。其中最常用的是免维护蓄电池（如图所示）。免维护蓄电池

1.特点

新能源汽车，特别是纯电动汽车，低压蓄电池电池的容量较小，其结构和类型与传统燃油汽车有所区别，以比亚迪秦低压蓄电池为例主要区别如下：（1）起动用正极与车身电器供电用正极分开。（2）电池内有智能控制模块（BMS）对电池智能控制，当电池电压低时，关闭多媒体系统。

（二）动力电池的类型

新能源汽车动力电池从系统角度分，可分为化学电池、物理电池、生物电池三大类。

其中，化学电池和物理电池较常见。

（1）化学电池

化学电池类型如图所示。

铅酸电池

镍-镉电池

镍氢电池

锂离子电池氢燃料电池氢燃料电池

目前，新能源汽车应用最为广泛的动力电池是锂离子电池（简称锂电池），其中，磷酸铁锂电池和三元锂电池最为常用。锂电池具有较长的循环使用寿命。

（2）物理电池

物理电池如图所示。太阳能电池

超级电容飞轮电池

飞轮电池

铅酸电池几种电池燃料电池超级电容器

飞轮电池太阳能电池镍氢电池锂离子电池思考：说出以下电池的系统类型？

2.

动力电池的特点

1）镍氢电池

镍氢电池主要由氢离子和金属镍合成，每个电池单体的额定低压为1.2V。镍氢电池电量储备比镉电池多30%，比镉电池更轻，使用寿命更长。

镍氢电池只要是混合动力汽车使用，如丰田普锐斯、雪佛兰Malibu、福特Escapc等。

2）锂离子电池常见的锂电池有磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池、三元锂电池等。

磷酸铁锂电池与它锂电池相比，有以下优点：

①安全性能好。②寿命长。铅酸电池循环寿命300~500次，磷酸锂电池寿循环命达2000次以上。③高温性能好。磷酸铁锂电池热峰值可达350~500℃，锰酸、钴酸锂电池200℃左右。④大容量。磷酸铁锂电池的单体容量为5~1000A.h.⑤无记忆效应。

可充电池经常在充满电不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫记忆效应。磷酸铁锂电池因为无记忆效应，因此，可随充随用，不需先放完电再充电。⑥环保。锂电池不含重金属、无毒、无污染。

磷酸铁锂电池的缺点：

能量密度低、低温性能差、制造成本高。

三元锂电池的优点：能量密度高。

三元锂电池的缺点：

安全性能、耐高温性能、大功率放电性能差，寿命短，不环保。

四、高压动力电池的基本结构

动力电池系统主要由电池箱、电池模组、电池管理系统、热管理系统、辅助元器件几大部分构成。

1.电池箱

（1）作用保护电池。

（2）结构由上箱体（顶壳）、下箱体（底壳）构成。上箱体一般采用玻璃钢材质，下箱体为铸铁或铸铝。

（3）组装要求

电池箱组装时，上下箱体应用密封垫、密封胶进行密封处理，防止动力电池冷却液或外来水分进入电池箱体内。

（4）电池的标签

动力电池的电池箱壳体外贴有两类标签：电池信息标签和高压警示标签。如图所示。

2.电池模组

（1）电池单体

电池单体是构成动力电池模块的最小单元，

一般由正极、负极、

电解质及外壳等构成，

可实现电能与化学能之间的直接转换。

磷酸铁锂电池单体的电压为3.2V左右，三元锂电池单体的电压为3.75V左右。电池单体的并联可以提高容量，单体电池的串联可以提高电压。

（2）电池模块

把多个电池单体与框架结构、电池连接系统、绝缘组件等部件连接组装在一起，就组装成不同的电池模块，如图所示。

（3）电池模组

如图所示，将多个电池模块或单体电芯串并联组合，加装电流检测、数据收集、固定保护电芯等作用的装置后形成模块化的统一的整体就是电池模组。

动力电池的成组方式

（1）串联电池组

如图a所示串联电池组适用于输出电流不太大,而输出电压要求较高的场合。

（2）并联电池组

如图b所示。并联电池组适用于每个电池的电动势能够满足负载所需的电压、而单个电池的输出电流小于负载所需的电流的情况。

图a图b

电池模组、电池箱、辅助元器件组合后构成电池组总成（电池包）如图所示：小贴士：

动力电池的额定电压=单体电芯的额定电压×单体电芯的串联数；

动力电池的额定容量=单体电芯容量×单体电芯并联数量；

动力电池系统总能量=动力电池额定电压×动力电池容量；

动力电池质量比能量=动力电池总能量÷动力电池质量。

3.

电池管理系统（BMS或BMC）

3.

电池管理系统（BMS或BMC）

BMS的作用：

1）是电池和整车控制器VCU以及驾驶员沟通的桥梁，通过控制接触器控制动力电池的充、放电，并向整车控制器上报动力电池系统的基本参数及故障信息。2）保证电池安全可靠使用，充分发挥电池的能力和延长电池的使用寿命，是电池保护和管理的核心部件。

4.

辅助元器件动力电池辅助元器件主要包括电池系统内部电子元器件及接口，如熔断器、接触器（继电器）、电流传感器、温度传感器、维修开关、密封条、绝缘材料等；所示。

接触器

熔断器

电流传感器维修开关

（1）接触器（继电器）主要用来实现危险电压自动切断。在碰撞、绝缘故障、HVIL失效等事件发生时，主动进行电隔离措施，将危险电压隔离在电池组内，不出现在外部电路或部件中。

（2）熔断器用来保护汽车高低压电路，防止流过电路的电流过大造成电气设备烧坏或引起火灾。

（3）电流传感器用来监测动力电池充、放电电流的大小。

（4）温度传感器温度传感器（PTC）用来检测电池模组或单体的温度。

（5）电压传感器用于检测电池模组或电池单体电压。

（6）维修开关

动力电池手动维修开关（MSD）又称维修塞。

维修开关的作用：

保护电源，并在出现紧急情况、进行高压系统维修保养或对动力电池拆装时，避免维修人员操作不当引发电击，确保维修人员的人身安全。

电动汽车对动力电池的要求：

1.比能量高

为了提高电动汽车的续驶里程,要求电动汽车上的动力电池尽可能储存多的能量,但电动汽车又不能太重,其安装电池的空间也有限,这就要求电池具有高的比能量。

2.比功率大

为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争,就要求电池具有高的比功率。

3.循环寿命长

循环寿命越长,则电池在正常使用周期内支撑电动汽车行驶的里程数就越多,有助于降低车辆使用期内的运行成本。

4.均匀一致性好

对于电动汽车而言,电池组的工作电压大多均应达到数百伏,这就要求至少有几十到上百只电池串联。为达到设计容量要求,有时甚至需要更多的单体的并联。由于电池组的使用性能会受到性能最差的某些单节电池的制约,因此设计上要求各电池单体在容量、内阻、功率特性和循环特性等方面具有高度的均匀一致性。

5.高低温性能好、环境适应性强

电动汽车作为一种交通工具,要求电池既要在北方冬天极冷的气温下,又要在南方夏天炎热环境中长期稳定地工作。在最恶劣的气候条件下,电池的工作温度可能要从一40℃变到60℃,甚至80℃。因此,要求电池应当具有良好的高低温特性。

6.安全性好

能够有效避免因泄漏、短路、撞击、颠簸等引起的起火或爆炸等危险事故发生,确保汽车在正常行驶或非正常行驶过程中的安全。

7.价格低廉

包括材料来源丰富,电池制造成本低,以降低整车价格,提高电动汽车的市场竞争力。

8.绿色、环保

要求电池制作的材料与环境友好、无二次污染,并可再生利用。课堂练习一、填空 1.新能源汽车电池按功能不同有

和

。2.新能源汽车上的车灯、喇叭、音响等由车上的

供电；驱动电机、空调压缩机等由

供电。3.新能源汽车动力电池从系统角度可分为

、

、

三大类。4.目前新能源汽车普遍使用的化学电池是

，其中最常用的是

、

。5.动力电池主要由

、

、

、

几部分组成。6.电池单体是构成

的最小单元，一般由

、

、

组成。7.电池模组是通过将多个

或

串并联组合。8.电池管理系统是

和

及

沟通的桥梁，通过控制接触器控制动力电池的充放电，并向整车控制器上报动力电池系