《動力電池梯次利用技術(shù)》 課件 項目六 動力電池的重組、系統(tǒng)集成及應(yīng)用

動力電池梯次利用技術(shù)項目六動力電池的重組、系統(tǒng)集成及應(yīng)用任務(wù)一單體電池的材料體系學(xué)習(xí)目標一、知識目標1.了解鉛酸電池的材料體系與特點。2.了解鎳氫電池的材料體系與特點。3.了解鋰離子電池的料體系與特點。二、技能目標1.能描述鉛酸電池組成的材料種類與特點。2.能描述鎳氫電池組成的材料種類與特點。3.描述鋰離子電池組成的材料種類與特點。三、素養(yǎng)目標1.通過“無鈷電池”案例分析，樹立科技報國的思想。2.具有對新技術(shù)、新知識的學(xué)習(xí)能力。3.通過不同材料體系的對比，養(yǎng)成辯證思維能力。4.學(xué)習(xí)本課，提高信息收集、加工和擴展能力。5.了解電池材料前沿技術(shù)，培養(yǎng)勇于探究，敢于創(chuàng)新精神。6.了解科技前沿，提升科學(xué)素養(yǎng)能力。學(xué)習(xí)目標2018年，馬斯克稱未來特斯拉要做到“無鈷電池”。而一款電池的設(shè)計首先要從材料體系的選擇開始，需要根據(jù)目標需求，例如能量密度、倍率特性、循環(huán)壽命和安全等指標，選擇合適的材料。任務(wù)導(dǎo)入目錄鉛酸電池的材料體系與特點01.鎳氫電池的材料體系與特點02.鋰離子電池的料體系與特點03.conents相關(guān)知識鉛酸電池的材料體系與特點01PARTONE閥控式鉛酸蓄電池（valveregulatedleadacidbattery，VRLA蓄電池，以下簡稱VRLA電池）具有以下特征：①VRLA電池的內(nèi)部與周圍大氣之間沒有連續(xù)的氣體交換通道；②VRLA電池不能做到完全密封，而必須要安裝一個閥，甚至在正常條件下，閥也會打開釋放氣體。鉛蓄電池單體的組成包含正負極板、隔膜、電池殼蓋、電解液、極柱等（一）閥控式鉛酸蓄電池VRLA電池（2V單體）極板是電池的核心部分，是電池儲存電能的主要部件。極板分正極板和負極板，做成柵架（網(wǎng)架）形式，上面附滿活性物質(zhì)，如圖（一）閥控式鉛酸蓄電池正負極柵架1．極板與極板組材料正極板上所附活性物質(zhì)為二氧化鉛（PbO2）呈棕紅色；而負極板上所附活性物質(zhì)為海綿狀純鉛（Pb），呈青灰色。柵架是由鉛合金制成的網(wǎng)架形式，一般在鉛中加入少量的銻，近年來為了改善鉛酸電池的自放電性能，而在鉛中加入少量的鈣。將正負極板各一片放入電解液中，即可獲得約2V的電動勢。為了增大容量，一般將多片正極板和多片負極板并聯(lián)組成極板組，如圖（一）閥控式鉛酸蓄電池極板組示意圖1．極板與極板組材料隔板的作用是把正、負極板隔開，防止正、負極板互相接觸造成短路。隔板插于正負極板之間，防止正負極板接觸短路。隔板耐酸而且多孔，便于電解液自由滲透。常用的隔板材料有木質(zhì)、微孔塑料、微孔橡膠、玻璃絲棉等。（一）閥控式鉛酸蓄電池極板組示意圖2．隔板材料微孔塑料隔板孔徑小、孔率高、成本低，因此被廣泛采用。隔板也是制成長方形片狀，面積比極板略大些，厚度不超過1mm，成形隔板的一面有特制的縱向溝槽，另一面則為平面，如圖（一）閥控式鉛酸蓄電池2．隔板材料極板組示意圖電解液是鉛酸電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)，是用純凈硫酸和蒸餾水（去離子水）按一定比例配制而成的，電解液的純度和密度對電池容量和壽命有重要影響。電解液中硫酸密度高，可增強化學(xué)反應(yīng)，提高電動勢，冬季還可避免電解液凍結(jié)。（一）閥控式鉛酸蓄電池3．電解液但密度過高，會使極板腐蝕作用加快，縮短極板與隔膜的使用壽命。電解液的密度一般為1.24～1.28g/cm3（20℃）。氣溫高的地區(qū)或季節(jié)，應(yīng)采用較低密度的電解液；氣溫低的地區(qū)或季節(jié)，應(yīng)采用較高密度的電解液。（一）閥控式鉛酸蓄電池3．電解液蓄電池的外殼外形為長立方體，內(nèi)部一般用隔板分隔成幾個單格，每個單格內(nèi)放入極板組和電解液便組成一個單格電池。殼的底部有凸起的筋條（突棱）用來放置極板組，加液口上有蓋，蓋上有通氣孔，應(yīng)保持暢通，以防外殼內(nèi)氣體增多而把外殼脹裂（一）閥控式鉛酸蓄電池4．外殼材料殼體示意圖殼體應(yīng)耐酸、耐熱、耐寒、耐震、絕緣性好、有一定的機械強度。國內(nèi)多采用硬橡膠外殼，即硬橡膠模壓后，經(jīng)硫化而成，俗稱膠殼。（一）閥控式鉛酸蓄電池4．外殼材料殼體示意圖超級電池（UltraBattery）和鉛碳電池（Pb-C電池）是為高倍率部分荷電狀態(tài)（HRPSoC）下循環(huán)使用而研制的新型鉛蓄電池。超級電池是指正極活性物質(zhì)為PbO2、負極為電容碳材料制備的碳電極和海綿鉛負極并聯(lián)組合或?qū)⑻疾牧细灿阢U負極表面的形式而成。超級電池與碳鉛電池（二）超級電池和鉛碳電池（Pb-C電池）殼體示意圖電解液為H2SO4溶液所構(gòu)成的儲能裝置：Pb-C電池的正極活性物質(zhì)也是PbO2，電解液為H2SO4溶液，其負極則是在傳統(tǒng)負極活性物質(zhì)中加入了一定量的碳材料。超級電池和Pb-C電池的原理和結(jié)構(gòu)如圖超級電池與碳鉛電池（二）超級電池和鉛碳電池（Pb-C電池）殼體示意圖鎳氫電池的材料體系與特點02PARTTWO鎳氫電池由氫氧化鎳的正極和由釩、錳、鎳等金屬形成的多成分合金負極組成，密封鎳氫電池的主要組件包括正極板、負極板、隔膜紙、絕緣圈、密封圈、極耳、蓋帽和鋼殼。鎳氫電池正極的活性物質(zhì)是氫氧化鎳，負極是儲氫合金，用氫氧化鉀作為電解質(zhì)，在正負極之間有隔膜，共同組成鎳氫電池單體。鎳氫電池鎳氫電池的結(jié)構(gòu)（一）鎳氫電池鎳基集流體活性材料導(dǎo)電劑添加劑粘接劑CMC、PTFE等氫氧化亞鎳Ni(OH)2鎳粉鈷、氧化亞鈷、Y2O3、Yb2O3等泡沫鎳或鎳箔（一）鎳氫電池1.氫氧化鎳正極材料鎳氫電池的正極材料包括：1.氫氧化鎳正極材料按照晶體學(xué)理論，鎳電極材料存在四種不同晶型，包括及α-Ni(OH)2、β-Ni(OH）2、γ-NiOOH及β-NiOOH。充放電過程通常在β-NiOOH與β-Ni(OH)2之間進行，但在異常的循環(huán)條件下可得到其他形式結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。在過充電時，β-NiOOH會變成γ-NiOOH和NiO2，由于γ-NiOOH的密度小于β-Ni(OH）2的密度，活性物質(zhì)發(fā)生膨脹，多次循環(huán)會使電極的結(jié)構(gòu)開裂、掉粉，影響電極容量和循環(huán)壽命。（一）鎳氫電池充放電過程正極變化過程1.氫氧化鎳正極材料γ-NiOOH放電后將轉(zhuǎn)變成α-Ni(OH)2，使體積膨脹更加嚴重。而α-Ni(OH)2不穩(wěn)定，在堿溶液中很快轉(zhuǎn)化成α-Ni(OH)2。（一）鎳氫電池不同晶型Ni(OH)2的結(jié)構(gòu)示意圖2.貯氫合金負極材料（1）貯氫合金的概念貯氫合金指常溫常壓下，易生成穩(wěn)定氫化物的金屬元素與氫氣反應(yīng)所形成的金屬氫化物。常用儲氫的金屬元素如La、Zr、V、Ti、Cr、Mn、Co、Fe、Ni、Mg、等，它們在常溫常壓下能夠與氫反應(yīng)，成為金屬氫化物，通過加熱或減壓可以將貯存的氫釋放出來，通過冷卻或加壓又可以再次吸收氫。（一）鎳氫電池氫氣、液氫、金屬氫化物的氫密度和含氫率2.貯氫合金負極材料（1）貯氫合金的概念圖比較了氫氣、液氫、金屬氫化物中的氫密度和氫含量?？梢钥闯觯饘贇浠锏臍涿芏缺葰錃夂鸵簯B(tài)氫還要高，因而可用于貯氫。MH-Ni電池就是利用了貯氫合金的這種性質(zhì)，因此MH-Ni電池具有高的能量密度。同時，稀土元素La形成的金屬氫化物密度最高，而我國是世界稀土生產(chǎn)大國，發(fā)展稀土系貯氫合金具有得天獨厚的優(yōu)勢。（一）鎳氫電池氫氣、液氫、金屬氫化物的氫密度和含氫率2.貯氫合金的種類（一）鎳氫電池貯氫合金分類按貯氫合金組分分類按貯氫合金中各組分的配比分類稀土類如LaNi5，LaNi5-xAx（A=Al、Mn、Co、Cu），MmNi5（Mm為混合稀土等。AB5型如LaNi5，LaNi5-xAx，MmNi5。鈦系類如TiNi，Ti2Ni等。AB2型如ZrMn2。鎂系類如Mg2Ni，Mg2Cu等。A2B型如Mg2Ni，Ti2Ni等。鋯系類如ZrMn2。AB型如TiNi等。02貯氫合金對氫的氧化有電催化作用01貯氫量大，且容易活化03在氫的氧化電位范圍內(nèi)，貯氫合金有抗氧化的能力04在堿性電解質(zhì)溶液中，合金的化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)具有可逆貯氫性能的氫化物有一千余種。但并不是所有的貯氫合金都可以作MH-Ni電池的負極材料，用作電池的貯氫合金必須滿足以下條件：2.貯氫合金的種類（一）鎳氫電池05在反復(fù)充放電過程中，貯氫材料的結(jié)構(gòu)和性能保持穩(wěn)定；06在較寬的溫度范圍內(nèi)，電化學(xué)容量變化??；小結(jié)能夠滿足上述條件的貯氫合金有以LaNi5和MmNi5為主的稀土系和TiNi、Ti2Ni、Ti1-xZrNix等鈦系07原材料來源豐富，價格便宜，無污染?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)具有可逆貯氫性能的氫化物有一千余種。但并不是所有的貯氫合金都可以作MH-Ni電池的負極材料，用作電池的貯氫合金必須滿足以下條件：2.貯氫合金的種類（一）鎳氫電池鋰離子的分類02PARTTWO3.隔膜材料隔膜也是MH-Ni電池的重要組成部分，MH-Ni電池用隔膜必須具備良好的潤濕性和電解液保持能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，在強堿性溶液中不易老化，抗氧化能力強，機械強度好，對電解液的離子傳輸阻力小，電子絕緣，孔率高，透氣性好，而且要求成分均勻、平整、厚薄一致、無雜質(zhì)等。（一）鎳氫電池各種隔膜的性能參數(shù)隔膜厚度/mm面密度/(g/m2)吸液速度/(mm/min)吸液率/%透氣性/(cm/s)聚丙烯（氟化處理）0.14544.92489聚丙烯混紡（氟化處理）0.15610.617513改性尼龍0.15622.022018聚丙烯（磺化處理）0.15646.6284353.隔膜材料尼龍纖維強度高，隔膜的潤濕性能和電解液保持能力好，機械強度高。但缺點是隔膜的使用壽命較短，造成電池的壽命降低。聚丙烯纖維強度高，彈性好，耐酸、耐堿、耐磨蝕性優(yōu)于大部分化學(xué)纖維，且制造工藝簡單，價格低廉。但缺點是其分子結(jié)構(gòu)不具有親水基團，吸堿能力度不如尼龍纖維隔膜，需要對其進行表面親水處理。（一）鎳氫電池四種隔膜對應(yīng)的微觀形貌3.隔膜材料對隔膜進行改性來改善隔膜的性能，如化學(xué)處理、輻射接枝處理和磺化處理等。改性可以改善隔膜的親水性、吸堿能力，從而提高隔膜的性能。使用厚的隔膜，電池的內(nèi)阻大。隔膜孔徑大，電解液保持能力差，但透氣能力增強；孔徑小，則與此相反。隔膜中間孔徑大、兩邊孔徑小可使電解液保持能力與透氣性兩者得到較好的配合。（一）鎳氫電池電解液主要是KOH溶液和NaOH溶液兩種。電池一般使用KOH電解液，因為KOH溶液的電導(dǎo)率比NaOH溶液更高，有利于降低電池內(nèi)阻，改善電池高倍率性能，而且NaOH吸收空氣中的CO2后生成的Na2CO3容易結(jié)晶，也會導(dǎo)致電池性能惡化。NaOH電解液NaOH電解液能提高正極的析氧過電勢，從而抑制NiOOH的自分解，改善電池的自放電性能。隨著電解液中NaOH含量的增大，電池容量保持率均在不斷上升，且當(dāng)電解液為NaOH純?nèi)芤簳r，電池容量保持率達到最高。缺點以NaOH電解液代替KOH電解液能夠明顯改善MH-Ni電池的高溫充電效率和自放電性能，但導(dǎo)致電池的放電態(tài)內(nèi)阻增加和大電流放電性能下降。而且在低溫條件下，電解液中NaOH的加入對容量保持率不利。（一）鎳氫電池鋰離子電池的料體系與特點03PARTTHREE放電時發(fā)生還原（鋰離子嵌入）反應(yīng)，采用較多的是過渡金屬氧化物，如LiCoO202正極（一）鋰離子電池在放電時發(fā)生氧化（鋰離子脫出）反應(yīng)，應(yīng)用較多的是碳材料01負極為離子運動提供運輸介質(zhì)；通常為六氟磷酸鋰03電解液為正、負極提供電子隔離。04隔膜鋰離子電池是20世紀90年代由日本的SONY公司率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，迄今，已在數(shù)碼類產(chǎn)品中獲得成功而有廣泛的工業(yè)應(yīng)用。通常鋰離子電池由下述元件組成（一）鋰離子電池鋰離子材料組成如圖:鋰離子電池材料組成鋰離子電池的正極一般以鋁箔作為基底，兩側(cè)均勻涂覆正極材料，正極材料包括一定配比的正極活性物質(zhì)（如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料等）、導(dǎo)電添加劑（如乙炔黑、石墨等）以及黏結(jié)劑［以聚偏氟乙烯（PVDF）為主］。1.正極材料（一）鋰離子電池鋁箔（一）鋰離子電池——1.正極材料鋰離子電池的正極，除了活性物質(zhì)之外，還有導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑，以及用作電流載體的正極基體和正極集流體（正極通常是鋁箔），如圖所示。黏結(jié)劑要把作為活性物質(zhì)的鋰金屬氧化物均勻地“固定”在正極基帶上面，導(dǎo)電劑則要增強活性物質(zhì)與基體的電導(dǎo)率，以達到更大的充放電電流，集流體負責(zé)充當(dāng)電池內(nèi)外部的電荷轉(zhuǎn)移橋梁。鋰離子電池的正極材料（一）鋰離子電池——1.正極材料當(dāng)前，鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、安全性等一些關(guān)鍵指標，主要受制于正極材料?；谶@些因素考慮，經(jīng)過工程研究和市場化檢驗，目前市場常見的鋰離子電池正極材料性能對比見表。目前市場常見的鋰離子電池正極材料正極材料化學(xué)組成結(jié)構(gòu)能量密度循環(huán)壽命成本安全性磷酸鐵鋰（LFP）LiFePO4橄欖石中高低高鎳酸鋰（LNO）LiNiO2層狀高低高低錳酸鋰（LMO）LiMn2O4尖晶石低中低中鈷酸鋰（LCO）LiCoO2層狀中低高低鎳鈷鋁三元（NCA）LiNixCoyAl1-x-yO2層狀高中中低鎳鈷錳三元（NCM）LiNixCoyMn1-x-yO2層狀高高中低鋰離子電池的負極一般以銅箔作為基底，兩側(cè)均勻涂覆負極電極材料，負極材料包括一定配比的負極活性物質(zhì)（石墨、硅碳等）和黏結(jié)劑［丁苯橡膠（SBR）、丙烯酸樹脂（PAA）、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）等］。正、負極活性物質(zhì)分別與黏結(jié)劑相互混合均勻，涂覆在正負極基底上，再經(jīng)過干燥，碾壓后制成正負極材料。2.負極材料鋰離子電池負極材料（一）鋰離子電池——2.負極材料主要為碳材料：①可石墨化碳②難石墨化碳③碳納米管02無機非金屬類負極材料（一）鋰離子電池——2.負極材料包含錫基材料和硅基材料01金屬類負極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，壽命長03金屬氧化物類負極材料在使用的電解質(zhì)中穩(wěn)定性好；不吸收水分；對正極和負極要有優(yōu)異的絕緣性，離子電導(dǎo)率高；有足夠的機械強度；有熱熔性。目前市場上的隔膜主要采用聚乙烯（PE）單層膜、聚丙烯（PP）單層膜以及PP/PE/PP三層復(fù)合微孔膜，其厚度在25μm左右（一）鋰離子電池——3.隔膜材料聚烯烴多孔薄膜鋰離子電池的電解液應(yīng)該滿足離子電導(dǎo)率高（10-3～10-2S/cm）、電子電導(dǎo)低、電化學(xué)窗口寬（0～5V）、熱穩(wěn)定性好（-40～60℃）等要求。基于以上要求，科學(xué)家們找到了由高純度的有機溶劑、電解質(zhì)鋰鹽和必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的電解液。（一）鋰離子電池——4.電解液即采用含鋰化合物作為溶質(zhì)與有機溶劑混合而成，溶質(zhì)以六氟磷酸鋰（LiPF6）為主；有機溶劑為碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）等幾種溶劑的混合液。六氟磷酸鋰及其他新型鋰鹽、溶劑提純、電解液配制、功能添加劑技術(shù)持續(xù)進步，目前的發(fā)展方向是進一步提高其工作電壓和改善動力電池的高低溫性能，安全型離子液體電解液和固體電解質(zhì)正在研制中。（一）鋰離子電池——4.電解液謝謝同學(xué)們的聆聽！姓名Thanks動力電池梯次利用技術(shù)項目六動力電池的重組、系統(tǒng)集成及應(yīng)用任務(wù)二單體電池測試學(xué)習(xí)目標一、知識目標1.掌握單體電池容量的測試方法。2.掌握單體電池內(nèi)阻的測試方法。3.掌握單體電池循環(huán)壽命的測試方法。二、技能目標1.能正確使用儀器測量單體電池的容量。2.能正確使用儀器測量單體電池的內(nèi)阻。3.能正確使用儀器測量單體電池的循環(huán)壽命。三、素養(yǎng)目標1.通過小組分工，提升團隊協(xié)作精神。2.能遵守技術(shù)規(guī)定，規(guī)范進行操作，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)精神。3.通過單體性能檢測，提升職業(yè)素養(yǎng)能力。4.通過實操反思，提升工作責(zé)任感。5.結(jié)合工具的使用，增強作業(yè)安全意識。6.嚴格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理。學(xué)習(xí)目標通過對各單體電池在裝配前進行容量、內(nèi)阻以及循環(huán)壽命方面的測試，并挑選出符合設(shè)定規(guī)格要求的單體電池進行裝配，保證能夠達到動力電池組的整體穩(wěn)定性和安全性目的，同時能提高動力電池組的使用壽命。上述參數(shù)測試怎么操作你知道嗎？任務(wù)導(dǎo)入目錄單體電池容量的測試設(shè)備與測試方法01.單體電池內(nèi)阻的測試設(shè)備與測試方法02.單體電池循環(huán)壽命的測試設(shè)備與測試方法03.conents相關(guān)知識單體電池測試（容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命）任務(wù)實施單體電池容量的測試設(shè)備與測試方法01PARTONE電池容量是指在一定條件下（包括放電倍率、環(huán)境溫度、終止電壓等），供給電池或者電池放出的電量，即電池存儲電量的大小，是電池另一個重要的性能指標。（一）容量參數(shù)——1.電池容量的定義電池容量容量通常以安培·小時數(shù)（A·h）或者瓦特·小時數(shù)（W·h）表示。A·h容量是國內(nèi)外標準中通用容量表示方法，延續(xù)電動汽車電池中概念，表示一定電流下電池的放電能力，常用于電動汽車電池。理論容量是假定全部活性物質(zhì)參加電池的成流反應(yīng)所能提供的電量。理論容量可根據(jù)電池反應(yīng)式中電極活性物質(zhì)的數(shù)量，按法拉第定律計算的活性物質(zhì)的電化學(xué)當(dāng)量求出。（1）理論容量（C0）（一）容量參數(shù)額定容量即按照國家或有關(guān)部門規(guī)定的標準，保證電池在一定的放電條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下放出的最低限度容量。（2）額定容量（C）（一）容量參數(shù)實際容量是指在實際應(yīng)用情況下電池實際放出的電量，它等于放電電流與放電時間的積分。實際放電容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯?dāng)?shù)字標明放電率，如C20=50A·h，表明在20h放電率下的容量為50A·h，其計算方法如右：（3）實際容量（Cx）（一）容量參數(shù)式中：I—放電電流，是放電時間t的函數(shù)；T—放電至終止電壓所用的時間。恒定電流放電時：變電流放電時：由于內(nèi)阻的存在，以及其他各種原因，活性物質(zhì)不可能完全被利用，即活性物質(zhì)的利用率總是小于1，電池的實際容量、額定容量總是低于理論容量。電池的實際容量與放電電流密切相關(guān)，大電流放電時，電極的極化增強，內(nèi)阻增大，放電電壓下降很快，電池的能量效率降低，因此實際放出的容量較低。（3）實際容量（Cx）（一）容量參數(shù)式中：m1—放出實際容量時消耗的活性物質(zhì)的質(zhì)量；m—活性物質(zhì)的質(zhì)量?；钚晕镔|(zhì)的利用率定義為：剩余容量是指在一定放電倍率下放電后，電池剩余的可用容量。剩余容量的估計和計算受到電池前期應(yīng)用的放電率、放電時間等因素以及電池老化程度、應(yīng)用環(huán)境等多種因素影響，所以在準確估算上存在一定的困難。（4）剩余容量（一）容量參數(shù)單體電池容量的測試設(shè)備主要有：電池充放電一體機、恒溫箱、電池容量測試儀。（二）使用設(shè)備01放電階段（三）容量檢測方法——標準流程02擱置階段03充電階段04擱置階段05放電階段流程（1）用專用的電池充放電設(shè)備，在特定溫度條件下，蓄電池以設(shè)定好的電流進行放電，至蓄電池電壓達到技術(shù)規(guī)范或產(chǎn)品說明書中規(guī)定的放電終止電壓時停止放電。（三）容量檢測方法蓄電池智能放電測試儀流程（2）靜置一段時間，然后再進行充電。充電一般分為兩個階段，先以固定電流恒流充電，至蓄電池電壓達技術(shù)規(guī)范或產(chǎn)品說明書中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，此時充電電流逐漸減小，至充電電流降至某一值時停止充電。（三）容量檢測方法充電的兩個階段流程（3）充電后靜置一段時間，在設(shè)定好的環(huán)境下以固定的電流進行放電，直到放電終止電壓為止，用電流值對放電時間進行積分計算出容量（以A·h計）。（三）容量檢測方法固定電流放電電池容量測試儀測試單體電池容量如圖：（三）容量檢測方法電池容量測試儀與測試方法鋰離子的分類02PARTTWO1.電池內(nèi)阻的定義電池內(nèi)阻指電流通過電池內(nèi)部時受到阻力，使電池的工作電壓降低，該阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)阻的作用，電池放電時端電壓低于電動勢和開路電壓。充電時充電的端電壓高于電動勢和開路電壓。電池內(nèi)阻較小，在許多情況下常常忽略不計，但電動汽車用動力電池常常處于大電流、深放電工作狀態(tài)，內(nèi)阻引起的壓降較大，此時內(nèi)阻對整個電路的影響不能忽略。（一）內(nèi)阻參數(shù)（1）歐姆內(nèi)阻主要由電極材料、電解液、隔膜的內(nèi)阻及各部分零件的接觸電阻組成。與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、電極的成形方式以及裝配的松緊度有關(guān)。（2）極化內(nèi)阻指化學(xué)電源的正極與負極在電化學(xué)反應(yīng)進行時由于極化所引起的內(nèi)阻，它是電化學(xué)極化和濃差極化所引起的電阻之和。極化內(nèi)阻與活性物質(zhì)的本性、電極的結(jié)構(gòu)、電池的制造工藝有關(guān)，尤其是與電池的工作條件密切相關(guān)，電池的放電電流和溫度對其影響很大。VS（一）內(nèi)阻參數(shù)——2.電池內(nèi)阻的分類單體電池內(nèi)阻的測試設(shè)備主要有：直流放電測試儀、交流電阻測試儀等。（二）使用設(shè)備（三）電池內(nèi)阻檢測方法——1.直流放電內(nèi)阻測量法根據(jù)物理公式R=U/I，測試設(shè)備讓電池在短時間內(nèi)（一般為2～3秒）強制通過一個很大的恒定直流電流（目前一般使用40A～80A的大電流），測量此時電池兩端的電壓，并按公式計算出當(dāng)前的電池內(nèi)阻。優(yōu)點：精確度較高，控制得當(dāng)?shù)脑挘瑴y量精度誤差可以控制在0.1％以內(nèi)優(yōu)點直流放電測試儀的電阻散熱裝置（三）電池內(nèi)阻檢測方法——1.直流放電內(nèi)阻測量法（1）只能測量大容量電池或者蓄電池，小容量電池?zé)o法在2～3秒鐘內(nèi)負荷40A～80A的大電流；（2）當(dāng)電池通過大電流時，電池內(nèi)部的電極會發(fā)生極化現(xiàn)象，產(chǎn)生極化內(nèi)阻。故測量時間必須很短，否則測出的內(nèi)阻值誤差很大；（3）大電流通過電池對電池內(nèi)部的電極有一定損傷。缺點直流放電測試儀的電阻散熱裝置（三）電池內(nèi)阻檢測方法——2.交流壓降內(nèi)阻測量法（1）精確度較高，測量精度誤差一般在1％～2％之間。（2）對電池本身不會有太大的損害。（3）可以測量幾乎所有的電池，包括小容量電池。筆記本電池電芯的內(nèi)阻測量一般都用這種辦法。優(yōu)點交流電阻測試儀（三）電池內(nèi)阻檢測方法——2.交流壓降內(nèi)阻測量法（1）交流壓降測量法的測量精度很可能會受到紋波電流的影響，同時還有諧波電流干擾的可能。這對測量儀器電路中的抗干擾能力是一個考驗。（2）交流壓降測量法的測量精度不如直流放電內(nèi)阻測量法。缺點交流電阻測試儀體電池循環(huán)壽命的測試設(shè)備與測試方法03PARTTHREE電池在使用過程中的容量會逐漸損失，導(dǎo)致鋰離子電池容量損失原因很多，有材料方面的原因，也有生產(chǎn)工藝方面的因素。一般認為，當(dāng)蓄電池用舊到只能充滿原有電容量80％的時候，就不再適合繼續(xù)做動力電池使用，可以進行梯次利用、回收、拆解和再生。1.循環(huán)壽命的概念（一）循環(huán)壽命電容量只有原來的80%了，恐怕不能再為人民服務(wù)了......1.循環(huán)壽命的概念按一定測試標準，當(dāng)電池容量降到某一規(guī)定值以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)，稱為蓄電池的循環(huán)壽命或使用周期。目前常用的蓄電池中，鋅銀電池的循環(huán)壽命最短，一般只有30～100次；鉛酸電池的循環(huán)壽命為300～500次；鋰離子電池的使用周期較長，循環(huán)壽命可達1000次以上。（一）循環(huán)壽命電池成組應(yīng)用中，動力電池單體不一致性、單體所處溫區(qū)不同、車輛的振動環(huán)境等都會對電池壽命產(chǎn)生影響。電池壽命影響動力電池壽命的因素主要包括充放電速率、充放電深度、環(huán)境溫度、存儲條件、電池維護過程、電流波紋以及過充電量和過充頻度等。（一）循環(huán)壽命——2.使用壽命的影響因素單體電池循環(huán)壽命的測試設(shè)備主要有：恒溫箱、分容柜、萬用表等。（二）使用設(shè)備將蓄電池充滿電，然后在特定溫度和電流下放電，直到放電容量達到某一預(yù)先設(shè)定的數(shù)值，如此連續(xù)重復(fù)若干次。再將電池充滿電，將電池放電到放電截止電壓，檢查其容量。如果蓄電池容量小于額定容量的80％則終止試驗，充放電循環(huán)在規(guī)定條件下重復(fù)的次數(shù)為循環(huán)壽命數(shù)。（三）循環(huán)壽命檢測方法充電放電（三）循環(huán)壽命檢測方法鋰離子電池循環(huán)判定標準循環(huán)次數(shù)電池類型容量衰減率平臺衰減率電池類型容量衰減率平臺衰減率20次方形鋼殼和鋁殼電池≤2.5%≤5%圓柱形電池≤4%≤8%50次≤4%≤8%≤6%≤12%100次≤6%≤10%≤8%≤15%200次≤10%≤12%≤12%≤20%300次≤15%≤18%≤18%≤25%500次≤20%≤25%≤25%≤35%單體電池測試（容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命）任務(wù)實施（二）場地設(shè)備準備任務(wù)實施前需要做好場地防護準備以及檢查實訓(xùn)場地和設(shè)備設(shè)施是否及存在安全隱患。一、任務(wù)準備1.將單體電池放置在分容柜上，注意選擇正確的倉位以及單體電池正負極朝向，如有需要可使用萬用表測量確定正負極。2.分容柜在進行充放電時，是不支持串聯(lián)充放電，分容柜單通道限壓5V、限流20A，注意設(shè)置電池保護參數(shù)。3.單體電池充電存在電壓上限和電壓下限，不同類型電池一般不盡相同，充電和放電時注意根據(jù)實際情況進行調(diào)整。4.電池內(nèi)阻測試儀精度較高，在測量過程中表頭不得有臟物，可能會影響測量精度。（三）安全防護準備表：設(shè)備及工具準備（一）設(shè)備及工具準備序號設(shè)備及工具名稱數(shù)量1電池內(nèi)阻測試儀1臺2電池內(nèi)阻測試儀檢測線若干條3方形電池1個4動力電池分容柜1臺5萬用表1臺6個人防護套裝1套第一步第一步Step1二、實施步驟——1.單體電池容量的測試步驟1：放置單體電池時查看標示，方形電池正極朝外，啟動倉位開關(guān)。步驟2：啟動分容控制開關(guān)可看到通道一電壓數(shù)值，證明接觸是否良好，電池安裝是否正確。步驟3：依據(jù)單體電池的規(guī)格，對電池參數(shù)進行設(shè)置。步驟4：電池進行充電，第一階段涓流充電，設(shè)置充電電流數(shù)值和截止數(shù)值對電池進行充電。第二步第二步Step2二、實施步驟——1.單體電池容量的測試步驟5：進行標準的恒流充電和恒壓充電，標準充電電流數(shù)值和截止值電壓數(shù)值，此時為快速充電階段；恒流充電完成后，設(shè)置標椎充電的恒定電壓和截止電流數(shù)值對電池進行恒壓充電。步驟6：當(dāng)電池充電完成后，對電池進行擱置，電池正常擱置時間為30分鐘之后，設(shè)置標準放電電流和放電截止電壓對電池進行放電。第三步第三步Step3二、實施步驟——1.單體電池容量的測試步驟7：以上設(shè)置充放電完成后，對通道保護參數(shù)進行設(shè)置，需設(shè)置三個保護參數(shù)，設(shè)置通道保護參數(shù)電流上限數(shù)值、電壓下限數(shù)值和電壓上限數(shù)值，設(shè)置完成后，核實其名義號為1，選擇啟動。當(dāng)循環(huán)一結(jié)束后，讀取電池可用容量。第一步第一步Step1二、實施步驟——2.單體電池內(nèi)阻的測試步驟1：打開電池內(nèi)阻測試儀，檢查電池內(nèi)阻測試儀各項參數(shù)，將電池內(nèi)阻比較功能關(guān)閉，將電池電壓比較功能關(guān)閉，返回測量顯示界面。步驟2：使用電池內(nèi)阻測試儀，連接電池內(nèi)阻測試儀檢測線，檢測線金屬頭不分正負極。進行電池內(nèi)阻測試儀校檢。第二步第二步Step2二、實施步驟——2.單體電池內(nèi)阻的測試步驟3：使用此表筆檢測時，注意將表筆中心部分進行按壓短接，短接過程中，兩筆接觸內(nèi)阻過大，需進行校準，點擊短路清理，點擊確定，測量顯示表筆接觸內(nèi)阻正常。步驟4：測電池內(nèi)阻及電壓，測的電池內(nèi)阻和電壓在正常范圍內(nèi)，電池測量正常。步驟5：首先打開電阻比較功能，選擇絕對值，設(shè)置電阻標稱、電阻上限和電阻下限的各個數(shù)值，然后測量電池內(nèi)阻。第一步第一步Step1二、實施步驟——3.單體電池循環(huán)壽命的測試步驟1：在（20±5）℃的環(huán)境溫度下，將單體電池安裝在分容柜里，以1C的電流放電至2.5V或企業(yè)規(guī)定的放電終止條件，擱置不低于1小時或企業(yè)規(guī)定的擱置條件。步驟2：以0.1C的電流恒流充電至3.0V，再以1C的電流充電至3.6V或企業(yè)規(guī)定的充電終止電壓時，轉(zhuǎn)恒壓充電，至充電終止電流降至0.05C時停止充電，充電后擱置不低于30min不高于lh。第二步第二步Step2二、實施步驟——3.單體電池循環(huán)壽命的測試步驟3：以1C的電流放電至企業(yè)規(guī)定的放電終止條件，記錄放電容量。步驟4：循環(huán)步驟1到3步驟500次，若放電容量高于初始容量的90%，則終止試驗。若放電容量低于初始容量的90%，則繼續(xù)循環(huán)500次，計算室溫放電容量和放電能量。謝謝同學(xué)們的聆聽！姓名Thanks動力電池梯次利用技術(shù)項目六動力電池的重組、系統(tǒng)集成及應(yīng)用任務(wù)三動力電池的配對與重組技術(shù)學(xué)習(xí)目標一、知識目標1.掌握單體電池的配對與模組的搭建。2.掌握模組的測試與分組。3.掌握電池管理系統(tǒng)的工作原理和測試。4.掌握回動力電池總成的測試項目與方法。二、技能目標1.能完成單體電池的電壓、內(nèi)阻和容量測試。2.能將單體搭建成模組。3.能完成電池管理系統(tǒng)電池的均衡功能、EMC性能和SOC估算功能測試。4.能將模組連接形成動力電池系統(tǒng)。5.能完成動力電池總成的通用測試項目。三、素養(yǎng)目標1.通過動手搭建模組，培養(yǎng)學(xué)生積極動手實踐能力。2.通過了解動力電池PACK流程，提升職業(yè)素養(yǎng)能力。3.通過小組共同組裝動力電池總成，培養(yǎng)團結(jié)協(xié)作能力。4.在模組性能測試過程中嚴守崗位操作規(guī)程，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)精神。5.實操養(yǎng)成定期反思與總結(jié)的習(xí)慣，改進不足，樹立嚴謹細致的工作態(tài)度。6.嚴格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理。學(xué)習(xí)目標梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈與動力電池的生產(chǎn)制造、車載應(yīng)用、退役回收、測試篩選、系統(tǒng)重組、儲能應(yīng)用以及電池報廢和資源再生等多個環(huán)節(jié)都密切相關(guān)。其中動力電池的退役回收、測試篩選、系統(tǒng)重組以及梯次利用應(yīng)用于儲能領(lǐng)域是核心環(huán)節(jié)，共同決定了梯次利用的技術(shù)能力、經(jīng)濟性水平和系統(tǒng)運行狀況。那么你了解動力電池篩選和重組技術(shù)嗎？任務(wù)導(dǎo)入目錄單體電池的配對與模組的搭建01.模組的測試與分組02.單體電池的連接與模組的連接03.電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計04.conents相關(guān)知識電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試05.單體電池的配對與模組的搭建01PARTONE在電芯模組設(shè)計中，模組結(jié)構(gòu)是多種多樣的，主要根據(jù)客戶和車型的需求來確定，最終導(dǎo)致模組的制造工藝也不一樣。模組一般由電芯、上下支架、匯流排（有的也稱連接片）、采樣線束、絕緣板等主要部件組成一、單體電池的配對與模組的搭建——（一）

模組結(jié)構(gòu)1.電芯分選配對模組工藝設(shè)計時，需要考慮模組電性能的一致性，確保

Pack

整體性能達到或滿足整車的要求。為了保證模組電性能的一致性，需要測量電芯的電壓、內(nèi)阻和容量，將一致性相近的電芯進行分組，但是電芯廠家與

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廠家的最終需求是不同的，考慮到制造工藝、成本、電芯性能等因素，Pack

廠家一般會按自己的標準重新對電芯進行分選。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建典型圓柱電芯模組工藝流程圖2.電芯入下支架電芯入下支架是指把電芯插入下支架的電芯定位孔中。難點在于電芯與下支架孔之間的配合公差，假如孔太大，方便電芯插入，但是電芯固定不好，影響焊接效果；假如孔太小，電芯插入下支架定位孔比較困難，嚴重的可能導(dǎo)致電芯插不進去，影響生產(chǎn)效率。為了便于電芯插入，又能固定好電芯，可以把下支架孔前端開成喇叭口一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建下支架開喇叭口示意圖3.電芯極性判斷電芯極性判斷是指檢查電芯的極性是否符合文件要求，屬于安全檢查。假如沒有極性檢查，而電芯極性又裝反了，在裝入第二面的匯流排時模組就會產(chǎn)生短路，導(dǎo)致產(chǎn)品毀壞，嚴重的可能導(dǎo)致人員受傷。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建下支架開喇叭口示意圖4.蓋上支架蓋上支架（圖5-3-4）是指把上支架蓋到電芯上，并把電芯固定在支架內(nèi)。一般情況下，蓋上支架比電芯入下支架困難，一是與圓柱電芯的生產(chǎn)工藝有關(guān)，工藝里面有個滾槽的工序，假如控制不好，會導(dǎo)致電芯尺寸的一致性差，影響蓋上支架，嚴重的會蓋不上去；二是電芯與下支架固定不好，導(dǎo)致電芯有一定的歪斜，導(dǎo)致上支架不好蓋或者蓋不上。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建下支架開喇叭口示意圖5.模組間距檢測模組間距檢測是指檢測電芯極柱端面與支架表面的間距檢測，目的是檢查電芯極柱端面與支架的配合程度，用于判斷電芯是否固定到位，為是否滿足焊接條件進行提前預(yù)判。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建6.清洗等離子清洗是一種干法清洗，主要是依靠等離子中活性離子的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的。這種方式可以有效地去除電芯極柱端面的污物、粉塵等，為電阻焊接提前做準備，以減少焊接的不良品。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建等離子清洗場景7.匯流排安裝匯流排，如圖，安裝是指把匯流排安裝固定到模組上，以便電阻點焊。設(shè)計時需要考慮匯流排與電芯的位置精度，特別是定位基準的問題，目的是使匯流排位置處于電芯極柱面的中心，便于焊接。在進行上下支架設(shè)計時，要考慮對匯流排的隔離；假如不好做隔離設(shè)計，在工序設(shè)計時需要考慮增加防短路工裝的使用，可以避免在異常情況下發(fā)生短路。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建匯流排示意圖8.電阻焊接電阻焊接是指通過電阻焊的方式把匯流排與電芯極柱面熔接在一起。目前國內(nèi)一般采用電阻點焊，在進行電阻點焊工藝設(shè)計時，需要考慮以下四點：（1）匯流排的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和厚度；（2）電極（也稱焊針）的材質(zhì)、形狀、前端直徑和修磨頻次；（3）工藝參數(shù)優(yōu)化，如焊接電流、焊接電壓、焊接時間、加壓力等；（4）焊接面的清潔度和平整度。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建匯流排示意圖10.打膠膠水在模組應(yīng)用上，一般有兩種用途：一種用途是固定電芯，主要強調(diào)膠水的黏接力、抗剪強度、耐老化、壽命等性能指標；另一種用途是把電芯和模組的熱量通過導(dǎo)熱膠傳遞出去，主要強調(diào)膠水的導(dǎo)熱系數(shù)、耐老化、電氣絕緣性、阻燃性等性能指標。由于膠水的用途不同，膠水的性能和配方也不同，實現(xiàn)打膠工藝的方法和設(shè)備就不同。在膠水選擇和打膠工藝方面，需要考慮以下三點：（1）膠水的安全環(huán)保性能（2）膠水的表干時間（3）膠水的用量一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建11.蓋絕緣板蓋絕緣板是指把模組的匯流排進行絕緣保護起來。在工藝設(shè)計時，需要注意絕緣板不能高出支架的上邊緣，同時絕緣板與支架邊框之間的間隙最好小于1mm。蓋好絕緣板后模組就搭建完成。一、單體電池的配對與模組的搭建——（二）模組搭建單體電池的連接與模組的連接02PARTTWO主要針對模組的特殊特性進行測試，主要測試項目有：（1）絕緣耐壓測試；（2）內(nèi)阻測試；（3）電壓采樣測試；（4）尺寸檢測；（5）外觀檢查。經(jīng)EOL測試合格的模組按規(guī)定轉(zhuǎn)入Pack組裝工序或入庫，轉(zhuǎn)運過程中需要對模組進行絕緣保護和防止模組跌落。測試項目一般根據(jù)客戶和產(chǎn)品的要求來增減，其中安全檢測項目是必不可少的。（一）模組EOL測試二、模組的測試與分組模組EOL測試（二）模組分組在優(yōu)化梯次利用退役動力電池的成組過程中，需要對不同的退役動力電池模組建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)材料體系、容量、內(nèi)阻、剩余循環(huán)壽命等參數(shù)重新分組。分組參數(shù)設(shè)定要合理，過大不好，模組離散性大，成組為系統(tǒng)后對系統(tǒng)性能和壽命影響很大；過小也不行，分組過于嚴格會導(dǎo)致可匹配的模組少，系統(tǒng)集成困難，產(chǎn)品成本很高。分組后不同類型的退役動力電池模組組成系統(tǒng)，需要結(jié)合產(chǎn)品定位和目標市場（高端、中端、低端），結(jié)合現(xiàn)有退役動力電池模組等級和類型，以及產(chǎn)品開發(fā)具體目標（性能、壽命等），建立一個系統(tǒng)級模型，推算出相關(guān)的匹配系數(shù)，確定產(chǎn)品的總體方案。二、模組的測試與分組123單體電池的連接與模組的連接03PARTTHREE在動力電池成組時，動力電池單體之間連接片的連接，一般采用激光焊焊接、電阻焊焊接還是螺栓機械鎖緊。每個動力電池單體電芯之間連接的一致性、牢固性，對整體動力電池模組能量發(fā)揮和整車安全具有重要作用。連接方式動力電池模組是由若干動力電池單體電芯通過導(dǎo)電連接件串并聯(lián)而成，而動力電池單體之間連接的方法和工藝的選擇需根據(jù)電池類型及其極柱（極耳）的類型來定。三、單體電池的連接與模組的連接——（一）單體電池的連接方式1.按極柱分類（1）外螺紋極柱型電池它在連接防松設(shè)計上可分為摩擦防松、機械防松、永久防松。摩擦防松一般可采用彈簧墊片防松、自鎖螺母防松等；機械防松一般可采用槽形螺母和銷子防松、止動墊片防松等；永久防松一般可采用螺紋緊固膠（如厭氧膠）防松等。優(yōu)點是組裝連接可以采用多種方式，簡單靈活；缺點是受自身結(jié)構(gòu)限制，相對于平頭型極柱，其體積偏大，體積能量密度受到一定影響。三、單體電池的連接與模組的連接——（一）單體電池的連接方式外螺紋極柱示意圖1.按極柱分類（2）內(nèi)螺紋極柱型電池優(yōu)點是組裝連接可以采用多種方式，易于拆卸；缺點是由于自身結(jié)構(gòu)限制，相對于平頭型極柱，組裝過程需要增加金屬配件，動力電池模組重量有所增大。螺接用防松螺釘固定電芯與母排之間的連接，其工藝上比較簡單，但主要應(yīng)用于鋰動力電池單體容量比較大的動力電池系統(tǒng)中，尤其是方形動力電池中螺接結(jié)構(gòu)比較多。三、單體電池的連接與模組的連接——（一）單體電池的連接方式內(nèi)螺紋極柱示意圖1.按極柱分類（3）平頭極柱型電池通常采用電阻焊焊接，電阻焊是工件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的熱，將焊件接觸點加熱到塑性或熔化狀態(tài)，然后使工件組合焊接到一起的焊接方法。該工藝的優(yōu)點是成組后的動力電池模組具有體積小、體積能量密度高、質(zhì)量能量密度高等優(yōu)點；缺點是連接工藝選擇方式單一，組裝完成的鋰動力電池單體不易拆卸替換，只能以焊接方式完成成組組裝。三、單體電池的連接與模組的連接——（一）單體電池的連接方式平頭極柱示意圖1.按極柱分類（4）長條型極耳動力電池在長條型極耳形動力電池單體（圖5-3-10）之間連接成組時，其連接片與極耳之間通常采用激光焊、錫焊或電阻焊接的連接工藝，或非焊接式機械壓緊。這種工藝的優(yōu)點是體積能量密度和質(zhì)量能量密度較高；缺點是成組工序復(fù)雜，需要較多輔助的支架等。目前聚合物電芯的連接工藝，主要有焊接與不焊接（機械壓接）2種方式。三、單體電池的連接與模組的連接——（一）單體電池的連接方式長條形極柱示意圖與激光焊接機三、單體電池的連接與模組的連接——（一）單體電池的連接方式1.模組參數(shù)計算：有的動力電池組如果所需電壓比實際電池電壓高時，由其電池單元串聯(lián)而成：即它的某個單體電池或電池模組的正極連接另外一個單體電池或電池模塊的負極，以此類推。蓄電池的總電壓與單體電池的電壓之和相同。電池組的串聯(lián)三、單體電池的連接與模組的連接——（一）單體電池的連接方式1.模組參數(shù)計算串聯(lián)電池組中的每個單體電池的開路電壓為U，內(nèi)阻為Ri，N個單體電池串聯(lián)組成的電池組的電壓為N*U，電池組的總內(nèi)阻為N*Ri。通過電池的并聯(lián)可以提高蓄電池的電容量。蓄電池電壓則保持不變。電池組的性能通常比單體電池性能差。例如圖5-3-13中的總電壓Uges=U1=U2=U3。電池組的并聯(lián)三、單體電池的連接與模組的連接——（二）模組的連接方式2.電池模組的連接方式：電池組典型的連接方式有先并聯(lián)后串聯(lián)、先串聯(lián)后并聯(lián)，混聯(lián)方式。電池組的并聯(lián)三、單體電池的連接與模組的連接——（二）模組的連接方式2.電池模組的連接方式：從電池組連接的可靠性、電池電壓不一致性和電池組性能影響的角度分析，先并聯(lián)后串聯(lián)連接方式優(yōu)于先串聯(lián)后并聯(lián)連接方式，而先串后并的電池拓撲結(jié)構(gòu)有利于對系統(tǒng)各個電池單體進行檢測和管理。電池組的并聯(lián)三、單體電池的連接與模組的連接——（二）模組的連接方式3.動力電池模組規(guī)格尺寸：隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展和規(guī)范化應(yīng)用，零部件和電池模組要求標準化。根據(jù)動力電池國家標準GB/T34013—2017《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》，蓄電池模塊的尺寸系列見表蓄電池模塊尺寸系列序號L/mmW/mmH/mm1211~515141211/2352252~590151108/119/130/14131571592694285~793178130/163/177/200/216/240/255/2655270~79319047/90/110/140/197/225/2506191/590220108/29475472261448269~31923485/29792803252071018~27，330~672367114/275/42911242~24640216712162~861439363三、單體電池的連接與模組的連接——（二）模組的連接方式4.動力電池模組的固定與連接：按使用功能分類，固定和連接可以分為機械固定和連接、電氣固定和連接。（1）機械固定與連接可以分為連接匯流排設(shè)計和復(fù)合PCB板設(shè)計。圓角銅排復(fù)合PCB板溫度采集線設(shè)計包含對插電壓采集模塊端膠殼及端子的選型、線材的使用、溫度采集線標簽命名方式等。02溫度采集線①單線采集設(shè)計方式②采集板采集線設(shè)計方式01電壓采集線模塊間通信線設(shè)計包含膠殼及端子的使用、模塊通信線定義、模塊通信線和電源線的使用、模塊通信線命名。03模塊間通信線04電池箱通信線三、單體電池的連接與模組的連接——（二）模組的連接方式4.動力電池模組的固定與連接：按使用功能分類，固定和連接可以分為機械固定和連接、電氣固定和連接。（2）動力電池成組的電連接：動力電池成組的電氣固定連接不僅需要考慮固定和連接的強度，還需要考慮過流能力、是否有電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象等。電池箱內(nèi)主要有電壓采集線、溫度采集線、模塊間通信線、電池箱通信線。三、單體電池的連接與模組的連接——（二）模組的連接方式4.動力電池模組的固定與連接：按使用功能分類，固定和連接可以分為機械固定和連接、電氣固定和連接。（2）動力電池成組的電氣固定連接不僅需要考慮固定和連接的強度，還需要考慮過流能力、是否有電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象等。電池箱內(nèi)主要有電壓采集線、溫度采集線、模塊間通信線、電池箱通信線。電池箱通信整體示意圖電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計04PARTFOUR整車廠會針對要設(shè)計的整車，在考慮安全設(shè)計、線束連接設(shè)計、插接件設(shè)計等相關(guān)要求后，形成一個有限的動力電池系統(tǒng)空間大小。然后在有限的空間約束下，進行電池模組、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)等布置，保證電池單體及模塊均勻散熱，保證電池的一致性，提高電池系統(tǒng)的壽命與安全。（一）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計流程四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計動力電池系統(tǒng)構(gòu)成四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（一）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計流程1）確定整車的設(shè)計要求。2）確定車輛的功率及能量要求。3）選擇所能匹配合適的電池單體。4）確定電池模塊的組合結(jié)構(gòu)形式。5）確定電池管理系統(tǒng)設(shè)計及熱管理系統(tǒng)設(shè)計要求。動力電池系統(tǒng)的設(shè)計流程一般如下：6）仿真模擬及具體試驗驗證。在產(chǎn)品開發(fā)初期，系統(tǒng)需求分析的主要作用是構(gòu)建產(chǎn)品總體功能、總體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)等。方案設(shè)計需求方案設(shè)計需求的目的是了解整車及用戶對動力電池系統(tǒng)的相關(guān)要求，確定方案的設(shè)計需求和預(yù)期達成的目標，并分析與實際需求之間存在的差距。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求1．動力電池系統(tǒng)的總體功能作為電動車輛的重要組成部分，動力電池系統(tǒng)用來給一個車載高壓電氣系統(tǒng)提供電能的吸收、存儲和供應(yīng)，并且能通過車載充電機，或者連接到電網(wǎng)或發(fā)電機的專門充電裝置進行充電?？傮w功能如表四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求序號功能1滿足功能安全要求，提供電池安全保護（過充電/過放電/過溫保護等）功能。2滿足電磁兼容（EMC）要求。3滿足熱管理要求，包括高溫散熱、低溫加熱、保溫、熱分布均勻性要求。4提供電能（支持整車驅(qū)動，同時支持其高壓附件系統(tǒng)工作）。5充電功能（接收交流充電器和直流充電器充電）。6回收電能（接收整車電機再生制動回收的能量）。7存儲電能（支持長時間的能量存儲，不發(fā)生明顯的自放電或能量損失）。8滿足工作溫度、存儲溫度、濕度條件，以及海拔條件等環(huán)境要求，滿足環(huán)境兼容性要求。9滿足整車電機、電機控制器等工作電壓范圍要求。10滿足能量、充放電功率性能要求。11滿足使用壽命、存儲壽命要求。12滿足力學(xué)性能和安全性能要求，包括機械剛度和強度、重量/輕量化要求、機械振動和沖擊、跌落、碰撞防護、密封防護要求（防塵、防水），以及滿足機械濫用（擠壓、穿釘?shù)龋┑陌踩蟮取?3滿足壓力平衡/補償，以及緊急排氣要求。14滿足阻燃性能要求，滿足熱失控蔓延控制要求，滿足外部火燒要求。15滿足高壓電安全管理要求，至少包括高壓互鎖（HVIL）、高壓絕緣監(jiān)測、繼電器狀態(tài)診斷、碰撞斷電保護。16提供電池狀態(tài)［荷電狀態(tài)（SOC）、健康狀態(tài)（SOH）等］估算功能。提供CAN通信功能、CAN網(wǎng)絡(luò)管理功能。17提供電能物理參數(shù)（電壓、溫度、電流等）實時監(jiān)測功能，提供故障診斷和預(yù)警功能。18滿足相關(guān)法律法規(guī)及相關(guān)政策性要求，滿足強檢認證相關(guān)要求。19滿足耐蝕性要求，滿足可制造性、可維護性要求，滿足質(zhì)量與可靠性要求。20滿足可回收、循環(huán)利用要求。電池模組電池箱體構(gòu)建電子電氣組件熱管理系統(tǒng)組件功能輔件主要由平衡防爆閥、卡扣、扎帶、密封圈/墊、密封膠、導(dǎo)熱膠等組件構(gòu)成。主要由電池箱體、固定/支撐結(jié)構(gòu)部件、密封組件、平衡閥（具有防爆炸功能）、標準件（如螺栓、螺母、墊片等）等組件構(gòu)成。主要由電池管理系統(tǒng)、繼電器、熔絲、電流傳感器、預(yù)充電阻、高/低壓線束、連接器等組件構(gòu)成。主要由冷板、軟管、管接頭、彈性支撐、電阻絲/加熱膜等組件構(gòu)成。由電池單體、模組結(jié)構(gòu)件、電池參數(shù)檢測傳感器（如溫度/電壓采樣傳感器及線束等）、電氣連接部件等組件構(gòu)成。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求系統(tǒng)方案設(shè)計通常采用類似于結(jié)構(gòu)化的分析方法，講一個復(fù)雜的產(chǎn)品分解成多個容易分別實現(xiàn)和維護的子系統(tǒng)層級。按結(jié)構(gòu)組成劃分，整個動力電池系統(tǒng)各主要子部件構(gòu)成如下所述。2．動力電池系統(tǒng)的總體框架3．動力電池系統(tǒng)參數(shù)（1）額定電壓及電壓應(yīng)用范圍對于高速電動車輛動力電池系統(tǒng)的額定電壓等級，參照《電動汽車高壓系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電壓等級》（GB/T31466—2015）可選擇144V、288V、320V、346V、400V、576V等。對于微型低速電動車動力電池系統(tǒng)的電壓等級，100V以下主要以48V、60V、72V和96V為主。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求3．動力電池系統(tǒng)參數(shù)（2）動力電池系統(tǒng)容量整車概念設(shè)計階段，從整車車重和設(shè)定的典型工況出發(fā)，根據(jù)續(xù)駛里程、整車性能（最高車速、爬坡度、加速時間等）要求，可以計算出汽車行駛所需搭載的總能量需求。動力電池系統(tǒng)容量主要基于總能量和額定電壓來進行計算。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求3．動力電池系統(tǒng)參數(shù)（3）功率和工作電流整車在急加速情況下，動力電池系統(tǒng)需要提供短時脈沖放電功率，對應(yīng)的工作電流為峰值放電電流。在緊急制動情況下，需要提供短時能量回收功率，對應(yīng)的回饋電流為峰值充電電流。整車在平路持續(xù)加速或長坡道時，動力電池系統(tǒng)需要提供穩(wěn)定的持續(xù)放電功率，此時要求能夠長時間穩(wěn)定輸出一定額度的電流，即持續(xù)放電工作電流。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求3．動力電池系統(tǒng)參數(shù)（4）可用SOC范圍通常，為了更好地保護動力電池系統(tǒng)，并延長其使用壽命，充電時不能將其充滿電（接近100%SOC），放電時也不能完全放電（低于5%SOC），否則可能會損壞電池單體，縮短其使用壽命。但是，如果單方面為了延長動力電池使用壽命而加大電池系統(tǒng)的能量，來減小SOC使用區(qū)間，對于系統(tǒng)成本和空間布置都會產(chǎn)生不利影響。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求3．動力電池系統(tǒng)參數(shù)（5）溫度應(yīng)用范圍基于整車對應(yīng)的持續(xù)放電和脈沖放電功率能力要求，以及電池單體在低溫條件下的充電窗口，確定溫度下限應(yīng)用范圍。為避免由于溫度過高引起電池單體壽命的快速衰減和出現(xiàn)熱失控，根據(jù)電池單體的溫度特性及以往電池包產(chǎn)品使用經(jīng)驗，確定溫度上限應(yīng)用范圍。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（二）動力電池系統(tǒng)方案設(shè)計需求1）工作溫度范圍：-20～60℃外部環(huán)境溫度2）存儲溫度范圍：-40～60℃范圍內(nèi)（1）重量與輕量化（2）外觀標識（3）機械強度和剛度（4）機械振動和沖擊（5）碰撞一是高能量、大質(zhì)量的動力電池包在碰撞中受到擠壓損傷時）可能會引起起火、爆炸：二是高電壓的電驅(qū)動系統(tǒng)碰撞后可能會與乘員發(fā)生直接或間接接觸從而引發(fā)電擊傷害?；緟?shù)包含：電池系統(tǒng)中電池單體化學(xué)體系類型、額定電壓、總能量、最大放電電流、最大充電電流、電池系統(tǒng)整體質(zhì)量等。要求具有安全風(fēng)險警示標簽。1）由于電池包的質(zhì)量較大，電池箱體下売體縱橫梁/加強筋的邊緣部位應(yīng)力都比較集中，容易發(fā)生疲勞失效。2）電池箱體下売體的中心區(qū)域變形量較大，會影響整車離地間隙和通過性。1）自身有較大的重量；2）電池箱體外殼破裂。3）電池箱內(nèi)部支架結(jié)構(gòu)損壞。4）插接件、標準件出現(xiàn)松動。5）高低壓線束磨損出現(xiàn)絕緣電阻降低或短路。6）焊接動力電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要以提高產(chǎn)品的質(zhì)量比能量和質(zhì)量比功率為目標，通過輕量化設(shè)計提高產(chǎn)品的集成效率。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計1.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計要求（6）擠壓（7）密封防護要求（8）底部抗石擊性能（9）底部球擊和穿刺通常，密封防護等級要求達到IP67，才能保證電池包密封防水，電池組不會因為進水而短路。通常參考傳統(tǒng)燃油汽車，要求在電池箱體底部設(shè)置防護裝甲（例如采用厚度約為2～4mm且具有彈性的樹脂保護層），要求滿足防腐蝕、防石擊要求。安裝在整車地板下方的電池箱體很容易受到?jīng)_擊變形，從而可能對電池箱內(nèi)部的電池模組、水冷板形成擠壓。設(shè)計需要滿足穿刺要求。擠壓主要是模擬整車發(fā)生碰撞過程中，電池模組及電池箱內(nèi)部高壓電氣部件可能受到的機械接觸式作用力、變形量及位移，進而可能形成的危害事件，是碰撞安全的進一步補充。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計1.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計要求四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計1）電池單體之間的串并聯(lián)可靠性連接、電池單體之間導(dǎo)電連接距離盡可能短且連接內(nèi)阻小，匯流排能滿足最大載流能力要求。2）電池模組裝配松緊度適中，各結(jié)構(gòu)件具有足夠的強度和剛度，防止因電池的內(nèi)壓變化而產(chǎn)生變形或破壞3）電池單體之間、電池單體與結(jié)構(gòu)件之間達到電絕緣，同時還要滿足設(shè)備所要求的電氣間隙、爬電距離、接觸防護、等電位聯(lián)結(jié)等。4）根據(jù)電池包整體結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，能夠與水冷板進行良好的熱交換。5）電池模組溫度采樣的布點應(yīng)能體現(xiàn)其特征溫度。2.電池模組方案設(shè)計四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計6）電池模組的標準化及可擴展性設(shè)計?？捎刹煌瑪?shù)量的電池單體進行串并聯(lián)擴展設(shè)計、零部件盡量復(fù)用。7）具有安裝固定位置，能牢固地固定在電池包內(nèi)部。8）電池模組中的結(jié)構(gòu)件應(yīng)具有良好的生產(chǎn)工藝性，制造簡單、方便，易批量化加工制作，低工藝成本。9）具有良好的裝配工藝性，方便安裝、拆卸；應(yīng)盡可能通用、具有互換性。10）在滿足強度和剛度的前提下，盡量減少材料用量，盡量減輕重量。2.電池模組方案設(shè)計電池箱體必須密封防水，防止進水而導(dǎo)致高壓短路，電池箱體設(shè)計的防護等級要求滿足IP6702絕緣與防水性能要求四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計鋰離子電池的平均工作電壓為3.6V，是鎳鎘動力電池和鎳氫動力電池工作電壓的3倍，單位質(zhì)量能釋放更高功率。01碰撞安全性要求為確保動力電池的安全和使用壽命，電池箱體要具備良好的散熱能力。03通風(fēng)與散熱性能要求3.電池箱體方案設(shè)計——要求外部電池不得穿入乘客艙內(nèi);內(nèi)部電池考慮人電分離；碰撞時，電池模塊完整、斷電保護；01碰撞安全性要求1）上、下箱體設(shè)計不同的材料和加工工藝，對上下箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計影響很大。上下箱體使用較成熟的材料有鈑金、鋁合金和復(fù)合材料，這三種材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還需要根據(jù)加工工藝（鈑金折彎、鈑金沖壓、鋁合金沖壓、復(fù)合材料模壓等）的選擇，進行具體設(shè)計。一般來講，下箱體需要承載電池箱的大部分重量，而上蓋承載較小，因此設(shè)計時，主要進行下箱體的設(shè)計，上箱體主要考慮箱蓋承載自身的強度和防護性能，確保滿足防護要求和機械安全要求。鈑金和鋁材板上蓋有兩種成形工藝：折彎結(jié)合拼焊和一體沖壓成形，復(fù)合材料一般采用一體成形。下箱體作為主要機械承載部件，設(shè)計時相對復(fù)雜，需要考慮其機械強度、密封設(shè)計、防腐蝕、輕量化等。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計3.電池箱體方案設(shè)計——2）支撐板設(shè)計（3）功率和工作電流支撐板作用是加強箱體內(nèi)部擋板強度，主要用于電池箱壁和箱內(nèi)擋板之間，為焊接件，由供應(yīng)商根據(jù)設(shè)計尺寸與電池箱體進行焊接及噴涂。支撐板結(jié)構(gòu)如圖四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計3.電池箱體方案設(shè)計——3）隔板設(shè)計①固定隔板隔板由鈑金件折彎成形焊接在箱體內(nèi)部，主要作用是防止電池模組在箱體內(nèi)部移動，加強箱體強度等作用，主要材質(zhì)為汽車高強度鋼。②固定支架當(dāng)電池模組采用穿桿結(jié)構(gòu)時，電池模組兩端使用固定支架固定，固定支架焊接在箱體上。箱體固定支架的設(shè)計要保證強度，電池模組支架的固定折邊需要焊接加強筋，防止電池模組在箱體內(nèi)部移動。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（三）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）高壓電氣設(shè)計通用要求高壓電氣系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)電壓、電流等級和應(yīng)用環(huán)境等因素（如車載工況、溫度、濕度、海拔、電磁干擾等）進行選型和設(shè)計開發(fā)。（2）絕緣和耐壓在全生命周期內(nèi)，要求高壓電氣系統(tǒng)的輸出端（正極和負極）與電池箱體之間的絕緣阻抗大于2.5MΩ（3）直接接觸防護直接接觸防護主要包括電氣絕緣和屏護防護要求。高壓電氣系統(tǒng)的帶電部件，應(yīng)具有屏護防護，包括采用保護蓋、防護欄、金屬網(wǎng)板等來防止發(fā)生直接接觸。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（四）高壓電氣設(shè)計1.高壓電氣設(shè)計要求（4）間接接觸防護間接接觸防護主要包括等電位、電氣間隙和爬電距離要求。（5）預(yù)充電回路保護由于整車端高壓電氣系統(tǒng)中存在大量的容性負載，直接接通高壓主回路可能會產(chǎn)生高壓電沖擊，為了避免接通瞬間的大電流沖擊，高壓電氣系統(tǒng)需具有預(yù)充電功能。（6）余能泄放保護為避免余電可能帶來的危害，通常要求整車高壓電氣系統(tǒng)具有主動能量泄放電路。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（四）高壓電氣設(shè)計1.高壓電氣設(shè)計要求（7）過電流/短路保護高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計可以設(shè)置過載或短路的保護部件，例如設(shè)置熔斷器等。（8）高壓電電磁兼容性高壓線束布置和接插件選型應(yīng)考慮電磁兼容需求。（9）高壓電氣功能安全依據(jù)ISO26262《道路車輛功能安全標準》對高壓電氣系統(tǒng)功能進行危害分析與風(fēng)險評估，對應(yīng)的汽車功能安全完整性等級和安全目標符合設(shè)計要求。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（四）高壓電氣設(shè)計1.高壓電氣設(shè)計要求四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（四）高壓電氣設(shè)計1.高壓電氣設(shè)計要求序號安全功能嚴重程度可控度功能安全完整等級安全目標1電池管理系統(tǒng)整體功能安全S3E4ASIL-CBMS應(yīng)有足夠的手段來保證BMS整體可靠運行．準確并及時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，進行高壓安全管理。2高壓互鎖S3E2ASIL-A應(yīng)能覆蓋高壓連接部件，當(dāng)檢測到高壓回路斷開時，能立即切斷高壓輸出。3碰撞斷開高壓S3E1ASIL-A應(yīng)能在發(fā)生碰撞時．接收到碰撞信號，并能立即切斷高壓輸出。4繼電器控制和狀態(tài)診斷S3E4ASIL-B控制和診斷邏輯應(yīng)能保證繼電器按照指令正確地動作，出現(xiàn)異常時能及時進行處理。5絕緣檢測S3E2QM高壓電氣系統(tǒng)ASIL與安全目標方案一方案二方案三方案四方案五（5）高壓接觸器選型（2）高壓線束線徑面積選擇（3）高壓熔斷器選型（4）預(yù)充電阻和預(yù)充時間的確定（1）高壓電氣負載匹配四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（四）高壓電氣設(shè)計2.高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計方案熱管理系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)使動力電池系統(tǒng)內(nèi)各并聯(lián)、串聯(lián)電池單體間的溫度差異穩(wěn)定控制在某一限值以內(nèi)。02熱均衡要求四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（五）熱管理系統(tǒng)設(shè)計所設(shè)計的熱管理系統(tǒng)應(yīng)能在一定的時間內(nèi)帶走一定的熱量，使動力電池系統(tǒng)內(nèi)各電池單體在不同環(huán)境溫度的工作狀態(tài)下不超過某一溫度限值。01散熱要求在電池因寒冷天氣或位于高寒地帶而無法工作時，動力電池系統(tǒng)應(yīng)具備加熱功能，使其在短時間內(nèi)溫度升高至可運轉(zhuǎn)溫度。03加熱要求熱管理系統(tǒng)應(yīng)能使動力電池系統(tǒng)不受外界高低溫的影響，高溫下隔絕熱量進入，低溫下阻擋熱量逸出。04保溫要求1.熱管理系統(tǒng)設(shè)計要求冷卻方式的選擇包括如下步驟：①冷卻系統(tǒng)目標確認；②產(chǎn)熱功率計算；③電池單體模型建立；④熱流體仿真分析；⑤對流換熱系數(shù)分析；⑥冷卻方式選擇。（五）熱管理系統(tǒng)設(shè)計四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（五）熱管理系統(tǒng)設(shè)計冷卻方式選擇四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（五）熱管理系統(tǒng)設(shè)計1）空氣自然冷卻采用自然冷卻散熱方式是典型的以空氣作為傳熱介質(zhì)的被動散熱方案2）空氣強制對流空氣強制對流是通過運動產(chǎn)生的風(fēng)將電池箱體內(nèi)部電池的熱量經(jīng)過排風(fēng)扇帶走，是一種主動散熱方式，散熱效率更高.3）液體冷卻液體介質(zhì)相對于空氣介質(zhì)擁有更大的換熱系數(shù)，通常以50%的水和50%乙二醇（體積分數(shù)）的混合物作為傳熱介質(zhì).4）相變材料冷卻相變材料（PhaseChangeMaterial，PCM）是一種能夠利用自身的相變潛熱吸收或釋放系統(tǒng)熱能的材料.（1）冷卻散熱方案：按照冷卻介質(zhì)的不同，現(xiàn)階段已經(jīng)有產(chǎn)品應(yīng)用的冷卻方式主要分為空氣冷卻、液體冷卻和相變材料冷卻三種方式。常見的加熱方式有三種：電加熱膜加熱、陶瓷PTC加熱和液熱。加熱膜屬于電阻加熱方式，一般是將金屬加熱絲封裝于絕緣層內(nèi)，金屬絲通電之后發(fā)熱可對電池系統(tǒng)進行加熱。PTC加熱器也是電阻加熱的一種，不同的是它的電阻會隨自身溫度的升高而增大，從而達到恒溫加熱的效果。液熱則是通過整車PTC加熱部件將冷卻液加熱到一定溫度，利用主動液冷系統(tǒng)來對電池系統(tǒng)加熱的一種方式。（2）加熱方案四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（五）熱管理系統(tǒng)設(shè)計常見的三種加熱方式特點項目加熱特點空間限制加熱設(shè)備干燒溫度電池電體溫升率電池單體溫差電加熱膜加熱電阻加熱0.3~2mm≥60℃0.15~0.3℃/mm10~15℃陶瓷PTC加熱功率加熱5~8mm60~80℃0.15~0.3℃/mm10~15℃液熱對流加熱集成與液冷系統(tǒng)40~60℃0.3~0.8℃/mm8~10℃2.熱管理系統(tǒng)設(shè)計方案（3）保溫方案需要通過保溫設(shè)計減少外部夏季高溫或者冬季低溫環(huán)境對電池箱內(nèi)部電池的影響。通常采用保溫材料起到隔熱的作用，減少外部環(huán)境因素的影響。保溫系統(tǒng)通常是配合冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)完成工作的，優(yōu)良的保溫系統(tǒng)不僅可以提高冷卻和加熱的效率，而且還可以降低能耗。四、電池系統(tǒng)的柔性設(shè)計——（五）熱管理系統(tǒng)設(shè)計鋰離子的分類05PARTFIVE（一）動力電池管理系統(tǒng)的工作原理典型電池管理系統(tǒng)拓撲圖結(jié)構(gòu)主要分為主控模塊和從控模塊兩大塊。具體來說，由中央處理單元（主控模塊）、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊、顯示單元模塊、控制部件（熔斷裝置、繼電器）等構(gòu)成。一般通過采用內(nèi)部CAN總線技術(shù)實現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)信息通訊。五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試電池管理系統(tǒng)（BMS）1.主要設(shè)備五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試電池模擬器電池管理系統(tǒng)測試主要設(shè)備有：電池模擬器、高低溫濕熱試驗箱、電池仿真測試系統(tǒng)、組合式干擾發(fā)生器、雷擊浪涌數(shù)據(jù)線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)、靜電實驗臺、靜電放電槍頭。高低溫濕熱試驗箱防靜電實驗臺1.主要設(shè)備五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試(1)電池模擬器主要應(yīng)用于動力電池組/整車BMS測試，可完成BMS整體的性能測試及各項技術(shù)指標的測試，并生成完善的測試報告。功能如下表:電池模擬器1.主要設(shè)備五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試(1)電池模擬器主要應(yīng)用于動力電池組/整車BMS測試，可完成BMS整體的性能測試及各項技術(shù)指標的測試，并生成完善的測試報告。功能如下表:序號功能1靜態(tài)電流消耗測試與對比。2電池模擬：模擬多個電池串聯(lián)與充放電曲線。3均衡電流測試與對比。4電壓測試與比對（電壓精確度）。5電流測試與對比（電流精確度）。6過電流測試。7工況模擬測試。8溫度測試（過溫保護）。9SOC對比。10BMS外殼與內(nèi)部回路絕緣測試。11BMS通信與數(shù)據(jù)采集測試。1.主要設(shè)備五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試（2）高低溫濕熱試驗箱高低溫濕熱試驗箱是目前實驗室現(xiàn)有的設(shè)備，主要用于BMS系統(tǒng)實驗。如圖高低溫濕熱試驗箱1.主要設(shè)備五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試（3）電池仿真測試系統(tǒng)圖為電池仿真測試系統(tǒng)，其主要的功能如下：1）動力電池組基于不同工況的循環(huán)充放電試驗。2）BMS的SOC校準表達。3）對被測產(chǎn)品BMS的電壓、電流等參數(shù)的校準標定。電池仿真測試系統(tǒng)1.主要設(shè)備五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試組合式干擾發(fā)生器雷擊浪涌數(shù)據(jù)線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)1.主要設(shè)備五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試靜電實驗臺靜電放電槍頭2.物理參數(shù)要求五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試測試過程中若使用電池模擬系統(tǒng)，則模擬儀表、設(shè)備須滿足以下條件：1）單體電壓模擬設(shè)備穩(wěn)壓精度小于1mV，工頻紋波系數(shù)小于0.5mV。2）總電壓模擬設(shè)備穩(wěn)壓精度小于1%，工頻紋波系數(shù)小于0.5%。3）總電流信號源穩(wěn)流精度1%，響應(yīng)時間小于10ms。BMS測試現(xiàn)場3.物理參數(shù)采樣精度測試五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試針對各個狀態(tài)度參數(shù)的精度測試，必須包含電壓、電流、溫度、絕緣電阻、安時積分等內(nèi)容，其測試方法是將電池管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)（單體或模塊電壓采集通道數(shù)不少于5個，溫度采集通道不少于2個，測試電流采用電池系統(tǒng)額定充放電電流進行精度測量）與檢測設(shè)備檢測的對應(yīng)數(shù)據(jù)進行比較，檢測設(shè)備的精度必須比BMS采集精度高一個數(shù)量級。BMS系統(tǒng)檢測狀態(tài)參數(shù)測試精度要求參數(shù)總電壓值電流值溫度值單體電壓值A(chǔ)?h積分絕緣電阻測量程≤±2%FS≤±2%FS≤±2℃≤±0.5%FS8%±20%最大誤差5V2A/10mV1A·h50kΩ1）總電壓在-40℃、常溫和85℃下，用BMS分別檢測0%、20%、40%、60%、80%、100%滿量程總電壓，數(shù)據(jù)與檢測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較。五、電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作原理與測試——（二）電池管理系統(tǒng)測試2）單體電壓在-40℃、常溫和85℃下，用BMS分別檢測1V、2V、3V、4V、5V單體電壓，數(shù)據(jù)與檢測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較。3）總電流在一40℃、常溫和85℃下，用BMS分別檢測0%、±10%、±20%、±30%、±40%、