新能源汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)檢修 課件 項(xiàng)目一任務(wù)二 單體蓄電池性能

項(xiàng)目一單體蓄電池檢修任務(wù)二單體蓄電池性能新能源汽車動(dòng)力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修1任務(wù)引入Tasktointroduce供應(yīng)鏈部門的同事給了你幾家電池生產(chǎn)企業(yè)提供的單體蓄電池樣品，要求你選擇其中性能相近的單體蓄電池組成電池模組，你作為一名電池助理工程師，應(yīng)該用哪些方法去檢測(cè)這幾家企業(yè)提供的樣品，篩選出合適的電池呢？03單體蓄電池不一致性對(duì)電池組的影響02鋰離子蓄電池的不一致性概述01單體蓄電池的性能參數(shù)目錄CONTENTS單體蓄電池的性能參數(shù)01容量（Capacity）是指動(dòng)力蓄電池所能儲(chǔ)存的電量，其單位是安時(shí)（Ah）。它是一個(gè)與系統(tǒng)能量大小有關(guān)的單位。假設(shè)將電比作水，將電池比作水池，那么水池越大裝的水就越多，說(shuō)明容量也就越大。1.電池容量概述14標(biāo)稱容量額定容量實(shí)際容量單體蓄電池的性能參數(shù)01標(biāo)稱容量：標(biāo)稱容量是指在電池出廠時(shí)，規(guī)定電池在標(biāo)準(zhǔn)條件下應(yīng)該放出的最低電量。額定容量：額定容量是指電池在工作時(shí)，以1C的倍率完全充滿電后，以1C的倍率恒流放電至下限截止電壓時(shí)放出的電量。1.電池容量概述實(shí)際容量：實(shí)際容量是指電池在工作時(shí)，放電至截止電壓時(shí)所放出的電量。實(shí)際容量數(shù)值上等于放電電流與放電時(shí)間的乘積。式中：i表示放電電流，t表示放電至下限截止電壓的時(shí)間。單體蓄電池的性能參數(shù)01（1）能量密度

能量密度是指單位體積或單位質(zhì)量電池釋放的能量。如果是單位體積，即體積能量密度（Wh/L），大多數(shù)時(shí)候被直接簡(jiǎn)稱為能量密度;

如果是單位質(zhì)量，就是質(zhì)量能量密度（Wh/kg），很多地方也叫比能量。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)如一節(jié)鋰電池重300g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其比能量為123Wh/kg。單體蓄電池的性能參數(shù)01（2）倍率

倍率（C-rate）是指在規(guī)按時(shí)間內(nèi)充/放出其額定容量時(shí)所要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。

即充放電電流（A）/額定容量（Ah），其單位一般為C表示，如0.5C，1C，5C等。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)比如：將一塊容量40Ah的單體蓄電池以1C放電，即該電池以40A的電流放電1小時(shí)即可釋放完電，2C即以80A的電流放電0.5小時(shí)可釋放完電。電池的放電倍率決定我們可以多快將電池里面的電充滿或釋放完。單體蓄電池的性能參數(shù)01（3）標(biāo)稱電壓標(biāo)稱電壓是物理學(xué)的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，是指穩(wěn)壓熱敏電阻器在+25℃時(shí)，標(biāo)稱工作電流所對(duì)應(yīng)的電壓值。動(dòng)力蓄電池的標(biāo)稱電壓指的是其在0.2C放電時(shí)全過(guò)程的平均電壓，是一個(gè)近似數(shù)值。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)（4）中值電壓

中值電壓是指電池放到50%容量時(shí)的電壓。中值電壓是衡量大電流放電、電池高倍率放電能力的重要指標(biāo)。單體蓄電池的性能參數(shù)01（5）峰值電壓峰值電壓（PeakVoltage）是指電池充電截止電壓。如磷酸鐵鋰蓄電池峰值電壓3.65V、NCM三元鋰蓄電池峰值電壓3.7V等。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)（6）終止電壓終止電壓（FinalVoltage）指電池放電截止電壓。如磷酸鐵鋰蓄電池終止電壓2.5V、NCM三元鋰蓄電池終止電壓2.75V等。單體蓄電池的性能參數(shù)01（7）放電平臺(tái)放電平臺(tái)（DischargeCurve）是電池放電曲線的一個(gè)直接的表征。即電池完全充電后，以一定速率的電流放電時(shí)，電壓下降相對(duì)緩慢的那段時(shí)間。如：三元鋰蓄電池NCM622，通常以1C放電至3.6V的時(shí)間表示放電平臺(tái)。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)（8）自放電自放電（SelfDischarge）是指電池在沒(méi)有對(duì)外做功的情況下，其自身內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而致使電池能量（容量）損失的現(xiàn)象。如自放電較大的電池往往表現(xiàn)為儲(chǔ)存一段時(shí)間后出現(xiàn)低電壓或零電壓的現(xiàn)象。單體蓄電池的性能參數(shù)01（9）循環(huán)（Cycle）電池完成一個(gè)充電-放電的過(guò)程稱為一個(gè)循環(huán)。電池可以在不同功率、電壓或者恒定倍率下進(jìn)行充/放電。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)（10）深度放電深度放電（DepthofDischarge，DOD）指電池使用過(guò)程中，電芯或電池組已經(jīng)利用的電量占總電量的比例。單體蓄電池的性能參數(shù)01（11）荷電狀態(tài)荷電狀態(tài)（stateofcharge，SOC）是指電池剩余的電量對(duì)于電池全部電量的比例，范圍0～100%。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)（12）健康狀態(tài)健康狀態(tài)（stateofhealth，SOH）指電池壽命起始狀態(tài)相比較的當(dāng)前電池狀態(tài)，即電池衰減率。單體蓄電池的性能參數(shù)01（13）內(nèi)阻內(nèi)阻（InternalResistance）是指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部受到的阻力，包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。歐姆內(nèi)阻包括電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻；極化內(nèi)阻包括電化學(xué)極化電阻和濃差極化電阻。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)內(nèi)阻的單位一般是毫歐姆（mΩ），內(nèi)阻大的電池，在充放電的時(shí)候，內(nèi)部功耗大，發(fā)熱嚴(yán)重，會(huì)造成電池的加速老化和壽命衰減，同時(shí)也會(huì)限制大倍率的充放電應(yīng)用。所以，內(nèi)阻做的越小，電池的壽命和倍率性能就會(huì)越好。通常電池內(nèi)阻的測(cè)量方法有交流和直流測(cè)試法。單體蓄電池的性能參數(shù)01（14）串聯(lián)串聯(lián)（series）是通過(guò)正極與負(fù)極首尾相連接而形成的結(jié)構(gòu)，如圖所示。串聯(lián)是為了增加動(dòng)力蓄電池的電壓。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)單體蓄電池的性能參數(shù)01（15）并聯(lián)并聯(lián)（parallel）是電池平行連接，即正極接正極、負(fù)極接負(fù)極形成的結(jié)構(gòu)，如圖所示。并聯(lián)是為了增加動(dòng)力蓄電池的容量。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)單體蓄電池的性能參數(shù)01（16）電池壽命概述電池壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)參數(shù)。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)循環(huán)壽命指的是電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。即在理想的溫度、濕度下，以額定的充放電電流進(jìn)行充放電，計(jì)算電池容量衰減到80%時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。

日歷壽命是指電池在使用環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)特定的使用工況，達(dá)到壽命終止條件（容量衰減到80%）的時(shí)間跨度。日歷壽命與具體的使用要求緊密結(jié)合的，通常要規(guī)定具體的使用工況，環(huán)境條件，存儲(chǔ)間隔等。單體蓄電池的性能參數(shù)01循環(huán)壽命是一個(gè)理論上的參數(shù)，而日歷壽命更具有實(shí)際意義。但日歷壽命的測(cè)算復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，所以一般電池廠家只給出循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)目前市場(chǎng)上所有的新能源汽車共有的動(dòng)力蓄電池保修條款，8年或15萬(wàn)公里內(nèi)，動(dòng)力蓄電池的衰減率不超過(guò)20%（即保證動(dòng)力蓄電池在8年或15萬(wàn)公里內(nèi)，電池的容量在80%以上）。單體蓄電池的性能參數(shù)01（17）化成化成是指電池制成后，要對(duì)電芯進(jìn)行小電流充電，將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，在負(fù)極表面形成一層鈍化層——SEI（solidelectrolyteinterface）膜，使電池性能更加穩(wěn)定，這一過(guò)程稱為化成，電池經(jīng)過(guò)化成后才能體現(xiàn)其真實(shí)的性能。2.專業(yè)術(shù)語(yǔ)化成過(guò)程中的分選過(guò)程能夠提高電池組的一致性，使最終電池組的性能提高，化成容量是篩選合格電池的重要指標(biāo)。021.電池不一致性的概念在現(xiàn)有的電池技術(shù)水平下，電動(dòng)汽車必須使用多塊電池單體構(gòu)成的電池組來(lái)滿足使用要求。由于不一致性的影響，動(dòng)力蓄電池組在電動(dòng)汽車上使用的性能指標(biāo)往往達(dá)不到電池單體原有水平，使用壽命可能縮短數(shù)倍甚至十幾倍，嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車的性能和應(yīng)用。電池不一致性的概念是指同一規(guī)格、同一型號(hào)的電池單體組成電池組后，在電壓、內(nèi)阻及其變化率、荷電量、容量、充電接受能力、循環(huán)壽命、溫度影響、自放電率等參數(shù)方面存在的差別。鋰離子蓄電池的不一致性概述022.電池不一致產(chǎn)生的原因這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不完全一致性，就會(huì)使同一批次出廠的同一型號(hào)電池的容量、內(nèi)阻等參數(shù)不可能完全一致。在裝車使用時(shí)，由于電池組中各個(gè)電池的溫度、通風(fēng)條件、自放電程度、電解液密度等差別的影響，在一定程度上導(dǎo)致電池電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致性。在制造過(guò)程中，由于工藝上的問(wèn)題和材質(zhì)的不均勻，使得電池極板活性物質(zhì)的活化程度和厚度、微孔率、聯(lián)條、隔板等存在很微小的差別。鋰離子蓄電池的不一致性概述023.電池不一致性的分類根據(jù)使用中電池組不一致性擴(kuò)大的原因和對(duì)電池組性能的影響方式，可以把電池的一致性分為容量一致性、電壓一致性和電阻一致性。鋰離子蓄電池的不一致性概述14容量一致性電壓一致性電阻一致性起始容量一致性是指電池組在出廠前的分選試驗(yàn)后單體初始容量一致性，實(shí)際應(yīng)用的容量一致性是指電池在放電過(guò)程中剩余電量不相等。初始容量不一致可在使用過(guò)程中通過(guò)電池單體充放電來(lái)調(diào)整，使之差異性較小，而實(shí)際容量不一致則有可能與電池單體內(nèi)阻等參數(shù)有關(guān)。電池起始容量受電池循環(huán)工作次數(shù)影響顯著，越接近電池壽命周期后期，實(shí)際容量不一致就越明顯。同時(shí)電池起始容量還與電池容量衰減特性有關(guān)，受到電池儲(chǔ)存溫度、電池荷電狀態(tài)（SOC）等因素影響。電池組實(shí)際放電容量不一致性還與電池放電電流有關(guān)。所以，在電池組實(shí)際使用過(guò)程中，容量不一致主要是電池起始容量不一致和放電電流不一致綜合影響的結(jié)果。02鋰離子蓄電池的不一致性概述（1）容量一致性——主要體現(xiàn)在起始容量和實(shí)際容量?jī)蓚€(gè)方面02電壓不一致的主要影響因素在于并聯(lián)組中電池的互相充電，當(dāng)并聯(lián)組中一節(jié)電池電壓低時(shí)，其他電池將給此電池充電。如圖所示為并聯(lián)電壓不一致性連接方式，低壓電池容量小幅增加的同時(shí)高壓電池容量急劇降低，能量將損耗在互充電過(guò)程中而達(dá)不到預(yù)期的對(duì)外輸出。若低壓電池和正常電池一起使用，將成為電池組的負(fù)載，影響其他電池的工作，進(jìn)而影響整個(gè)電池組的壽命。鋰離子蓄電池的不一致性概述（2）電壓一致性所以，在電池組不一致明顯增加的深放電階段，不能再繼續(xù)行車，否則會(huì)造成低容量電池過(guò)放電，影響電池組使用壽命。電池內(nèi)阻一般要求是一致的，電池內(nèi)阻不一致使得電池組中每個(gè)單體在放電過(guò)程中熱損失的能量各不一樣，最終會(huì)影響電池單體能量狀態(tài)。02鋰離子蓄電池的不一致性概述（3）內(nèi)阻一致性單體蓄電池不一致性對(duì)電池組的影響031.影響電池容量利用在充電時(shí)，容量小的單體先達(dá)到充電終止電壓充滿電，電池組停止充電，而其他單體尚未充滿，使電池組所能充滿的電量偏少。在放電時(shí)，容量小的單體率先放空電而達(dá)到放電終止電壓，而其他電池電量沒(méi)有完全釋放出，從而導(dǎo)致電池組實(shí)際可放出容量下降。032.降低電池循環(huán)壽命當(dāng)單體存在不一致性時(shí)，電池組的容量在使用過(guò)程中會(huì)不斷變化。如果不能及時(shí)有效地對(duì)電池單體電壓和容量實(shí)際情況進(jìn)行估算與監(jiān)控，則會(huì)出現(xiàn)一些電池單體發(fā)生過(guò)充過(guò)放的情況，加快電池組容量衰減以致循環(huán)壽命縮短。單體蓄電池不一致性對(duì)電池組的影響3.影響電池安全性能

單體蓄電池過(guò)充或者過(guò)熱會(huì)造成電池中活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)，惡化電池性能，甚至引發(fā)火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)。

單體蓄電池的不一致甚至失效將產(chǎn)生強(qiáng)烈的連鎖反應(yīng)，所以必須對(duì)每節(jié)單體監(jiān)測(cè)和均衡保護(hù)。03單體蓄電池不一致性對(duì)電池組的影響實(shí)

訓(xùn)Practicaltraining01設(shè)備及工具準(zhǔn)備設(shè)備及工具準(zhǔn)備序號(hào)設(shè)備及工具名稱數(shù)量1方形電池1個(gè)2動(dòng)力蓄電池分容柜1臺(tái)3萬(wàn)用表1臺(tái)02場(chǎng)地設(shè)備準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施前需要做好場(chǎng)地防護(hù)準(zhǔn)備，以及檢查實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地和設(shè)備設(shè)施是否及存在安全隱患，如不正常請(qǐng)匯報(bào)老師并進(jìn)行處理方可實(shí)施任務(wù)。（1）將單體蓄電池放置在分容柜上，注意選擇正確的倉(cāng)位以及單體蓄電池正負(fù)極朝向，如有需要可使用萬(wàn)用表測(cè)量確定正負(fù)極。（2）分容柜在進(jìn)行充放電時(shí)，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(hù)參數(shù)。（3）單體蓄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(shí)注意根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。03安全防護(hù)準(zhǔn)備04實(shí)訓(xùn)記錄使用電池分容儀測(cè)算單體蓄電池的容量和恒流比序號(hào)步驟記錄完成情況1放置單體蓄電池時(shí)查看標(biāo)示，方形電池正極朝外，啟動(dòng)倉(cāng)位開(kāi)關(guān)

已完成□未完成□2啟動(dòng)分容控制開(kāi)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

已完成□未完成□04實(shí)訓(xùn)記錄使用電池分容儀測(cè)算單體蓄電池的容量和恒流比序號(hào)步驟記錄完成情況1依據(jù)單體蓄電池的規(guī)格，對(duì)電池參數(shù)進(jìn)行設(shè)置

已完成□未完成□2電池進(jìn)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(duì)電池進(jìn)行充電

已完成□未完成□04實(shí)訓(xùn)記錄使用電池分容儀測(cè)算單體蓄電池的容量和恒流比3進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的恒流充電和恒壓充電，標(biāo)準(zhǔn)充電電流數(shù)值和截止值電壓數(shù)值，此時(shí)為快速充電