《動力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修》 課件 任務(wù)一 電池成組

任務(wù)一電池成組《動力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修》比亞迪電池組裝車間小王去比亞迪電池組裝車間參觀學(xué)習(xí)，好奇的問李師傅：“李師傅，我們常見的鋰離子蓄電池電壓大概在4V左右，而電動汽車的動力蓄電池系統(tǒng)電壓通常是300V以上。是通過什么方式將這些低電壓的電池組合成滿足電動汽車需要的高電壓電池的呢？”李師傅對這個問題進行了解答，答案就在本任務(wù)中。單體電池是如何連接成高壓動力蓄電池的？電池組裝工李師傅、參觀學(xué)習(xí)學(xué)生小王能根據(jù)電池組合方式，在電池單體性能測試實驗箱上按照要求完成電池的各類組合。能根據(jù)動力蓄電池檢測教學(xué)平臺中電池的組合及連接方式，使用鉛筆、直尺等工具，準(zhǔn)確繪制電池組的連接示意圖。電池的定義電池是通過電化學(xué)反應(yīng)輸出電能的裝置主要由電極、電解質(zhì)、隔膜等組成正極材料和電解質(zhì)界面上發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子負(fù)極材料和電解質(zhì)界面上發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子電池成組試驗此處為視頻電池的分類電池的分類可以按照電解質(zhì)種類、正負(fù)極材料、工作特性、貯存方式進行。最常見的是按照工作性質(zhì)和貯存方式進行分類，分為原電池、蓄電池、貯備電池和燃料電池四大類。電池成組試驗電池的分類原電池是直接使用的一次性電池。放電時正、負(fù)極化學(xué)反應(yīng)不可逆，為一次性使用電池。電池成組試驗體積小、使用方便、可靠性高、成本低、自放電率低，但放電電流偏小。電池的分類工作時，正、負(fù)極進行的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，充放電可反復(fù)多次、循環(huán)進行。蓄電池是二次電池。電池成組試驗具有可充電特性、功率密度高、放電率高、放電曲線平滑、低溫性能好，在儲能領(lǐng)域用途廣泛。電池的分類貯備電池電解質(zhì)與正、負(fù)極在貯存期間是不接觸的，使用時需激活。貯備時間長，能滿足長時間貯備和貯備惡劣環(huán)境的要求。電池成組試驗電池的分類反應(yīng)的產(chǎn)物不能通過充電產(chǎn)生可逆反應(yīng)，工作時需要從外部連接將燃料和氧化劑提供到反應(yīng)界面。燃料電池是通過燃料(包括純氫、富氫燃料或含氫化合物）與氧化劑（純氧或空氣中的氧）發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電能的裝置。電池成組試驗電池的分類燃料電池的工作原理電池成組試驗

該類電池反應(yīng)中，燃料是正極電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)，而氧是負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)。它們的反應(yīng)產(chǎn)物都不能通過充電產(chǎn)生可逆反應(yīng)。因此，燃料電池和普通原電池的工作原理并無區(qū)別，不同之處在于，燃料電池中既不儲存燃料，也不儲存氧化劑，只是在需要使用電池時，從電池外部連續(xù)將燃料和氧化劑分別按需求量適時的提供至正、負(fù)電極/電解質(zhì)的反應(yīng)界面位置，就可以形成電極反應(yīng)，輸出電能。在燃料電池中，只要外部源源不斷供應(yīng)燃料和氧化劑，同時內(nèi)部電極/電解質(zhì)界面及其他成分不發(fā)生變化，燃料電池就能連續(xù)不斷地放電，向負(fù)載輸出直流電能,右圖為燃料電池工作原理圖。

電池的分類燃料電池的工作原理電池成組試驗燃料電池的正負(fù)電極僅是提供一個電化學(xué)反應(yīng)的場所，其本身完全不參與反應(yīng)，因此該類電極的組成材料本身應(yīng)該是化學(xué)惰性的，在電池反應(yīng)過程中不會損耗。燃料電池與傳統(tǒng)熱發(fā)動機相比，具有更高的熱效率和較少的污染，另外還具有較高的能量密度。由于燃料電池是利用氫和氧的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流及水，不但污染少，還可以避免傳統(tǒng)電池充電耗時的問題，是目前最具發(fā)展前景的新能源方式，如能普及并應(yīng)用在車輛及其他高污染的設(shè)備上，將能顯著減輕空氣污染及溫室效應(yīng)。電動汽車用動力蓄電池為電動汽車動力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。包括鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子蓄電池。鋰離子電池質(zhì)量比能量高、質(zhì)量比功率高，自放電率低、無記憶效應(yīng)、無污染，是電動汽車用動力蓄電池的主流產(chǎn)品。電池成組試驗電動汽車用動力蓄電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域電動汽車用動力蓄電池鋰離子電池具有質(zhì)量能量密度高、質(zhì)量功率密度高、自放電率低、無記憶效應(yīng)以及環(huán)境友好等突出優(yōu)點，成為目前電動汽車用動力蓄電池的主流產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了混合動力電動汽車、插電式混合動力電動汽車、純電動汽車以及氫燃料電池汽車等。

特別是得益于新能源汽車的持續(xù)快速發(fā)展，近年來中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的規(guī)模穩(wěn)步增長，寧德時代、比亞迪等骨干企業(yè)快速成長。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2018年全年我國鋰離子電池累計產(chǎn)量達(dá)到139.9億只，同比增長25.9%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到1727億元，同比增長9%，再次創(chuàng)下歷史新高。電池成組試驗2021年國內(nèi)動力電池企業(yè)裝機量與同比電動汽車用動力蓄電池寧德時代2011年成立，2017年靠三元鋰電池一炮而紅，成為國內(nèi)外最大電池供應(yīng)商。生產(chǎn)的動力電池供應(yīng)特斯拉最多，占比20%。此外還有蔚來汽車、小鵬汽車、上汽集團、一汽集團。電池成組試驗寧德時代電動汽車用動力蓄電池比亞迪1995年成立，老牌電池生產(chǎn)企業(yè)，后續(xù)以電池為基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)戰(zhàn)汽車整車制造生產(chǎn)，成就了今天的新能源汽車一線企業(yè)。其主要生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池，刀片電池是其招牌，旗下動力電池超90%為自用，小部分供應(yīng)中國一汽、金康汽車等。電池成組試驗比亞迪電動汽車用動力蓄電池國軒高科1995年成立，2015年借殼東源電器上市后的國軒高科成為目前A股上市公司最純正的動力電池標(biāo)的。旗下動力電池供應(yīng)上汽集團車輛最多，占比29%。此外還有江淮汽車、奇瑞汽車、零跑汽車、長安汽車等。電池成組試驗國軒高科電動汽車用動力蓄電池鋰離子電池有三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鈦酸鋰等，他們的各有優(yōu)缺點。電池成組試驗類別鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰鎳鈷錳(三元材料)耐過充不耐耐耐不耐氧化性很強一般弱強過充極限0.5C/6V3C/10V3C/10V0.5C/6V用作動力電池的安全性很不安全安全性能好安全性能好不安全安全容量1Ah10~30Ah可達(dá)100Ah/大功率能力好很好一般/價格昂貴低廉低廉一般電池單體的基本組成電極：包括正極和負(fù)極。正極是氧化電極，正極材料接受外電路傳來的電子，進行電化學(xué)反應(yīng)，被還原；負(fù)極是還原電極，負(fù)極材料進行釋放電子的電化學(xué)反應(yīng)，將電子傳給外電路，自身被氧化。電池成組試驗隔膜：為避免電池單體內(nèi)極性相反的電極片直接接觸造成內(nèi)部短路的組件。電解質(zhì)：電荷轉(zhuǎn)移的介質(zhì)。通過離子在電池單體內(nèi)正、負(fù)極之間的移動，實現(xiàn)電池單體內(nèi)部電荷的轉(zhuǎn)移，完成電流的全回路流通，由此向負(fù)載連續(xù)輸出電能。外殼：電池單體的容器。端子：電池單體與外部導(dǎo)體連接的部件，分為正極端子和負(fù)極端子。電池單體的外形電池成組試驗圓柱形鋰離子電池由正極極片、負(fù)極極片、隔膜、電解液、外殼、蓋帽/正極帽、墊片、安全閥等，常見型號有14650、14500（5號電池）、18650、21700等。方形鋰離子電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，結(jié)構(gòu)較為簡單，整體附件重量要輕，相對能量密度較高。軟包鋰電池內(nèi)部組成(正極、負(fù)極、隔膜、電解液)與方形、圓柱鋰電池的區(qū)別不大，最大的不同之處在于軟包電池采用鋁塑復(fù)合膜作為外殼，在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池最多只會鼓氣裂開，安全性較高。電池單體的外形電池成組試驗三種電芯對比，各有優(yōu)勢，具體情況如右表。電池成組的定義電池成組試驗動力蓄電池作為電動汽車的動力源，需要較高的電壓和較大的容量，電池單體往往無法滿足要求，需要根據(jù)實際需求，將若干個電池單體通過串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)的形式組合使用，這個過程稱為電池成組。電池的組合方式電池成組試驗串聯(lián)組合方式并聯(lián)組合方式串并混聯(lián)組合方式電池的組合方式用mPnS來表示，其中P表示并聯(lián)，S表示串聯(lián)，m、n表示并聯(lián)或串聯(lián)的電池單體個數(shù)。例如：1P4S表示4個電池單體串聯(lián)組成電池組；3P1S表示3個電池單體并聯(lián)組成電池組；3P4S表示每3個電池單體并聯(lián)為1組，串聯(lián)4組（共12個電池單體）組成電池組。電池的發(fā)展趨勢電池成組試驗無鈷電池三元鋰電池降低鈷元素的比例和含量，會降低成本，因此，無鈷電池的出現(xiàn)，將有力推動新能源汽車市場的發(fā)展。電池的發(fā)展趨勢電池成組試驗固態(tài)電池固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。固態(tài)鋰電池技術(shù)采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度，并且具有高機械強度，在電池循環(huán)過程中能有效抑制鋰枝晶的刺穿，使具有高理論能量密度的金屬鋰作為負(fù)極材料成為可能。電池的發(fā)展趨勢電池成組試驗刀片電池刀片電池是是比亞迪于2020年3月29日發(fā)布的電池產(chǎn)品，該電池采用磷酸鐵鋰技術(shù)，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在成組時可以跳過“模組”，大幅提高了體積利用率，最終達(dá)成在同樣的空間內(nèi)裝入更多電芯的設(shè)計目標(biāo)。相較傳統(tǒng)電池包，刀片電池的體積利用率提升了50%以上，也就是說續(xù)航里程可提升50%以上，達(dá)到了高能量密度三元鋰電池的同等水平。課前測試成績靠前的為組長，組長挑選各組組員電池成組實驗電池成組試驗資料員查閱電池參數(shù)。記錄員繪制聯(lián)接方法。操作員熟悉聯(lián)接方式并檢查是否正確。在電池單體性能測試試驗箱中完成電池成組實驗電池成組試驗電池成組試驗匯報時明確電池在各聯(lián)接方式下的注意事項電池單體性能測試實驗箱絕緣手套、護目鏡、安全帽、耐磨手套導(dǎo)線、電池單體、彩色鉛筆、直尺電池性能參數(shù)電池成組試驗注意電池的正負(fù)極聯(lián)接。小心短路。檢查聯(lián)接無誤后再連線。線路連接要牢固，不能出現(xiàn)虛接。聯(lián)接完成后用萬用表測量電壓值。聯(lián)接完成后進行7S管理。電池成組試驗電池成組實驗

在下圖中分別畫出電池單體1P2S、2P1S和2P2S的接線方式，并在電池單體性能測試實驗箱中完成接線操作。（a）1并2串

（b）2并1串

（c）2并2串

電池組接線動力蓄電池的基本術(shù)語電池單體：將化學(xué)能與電能進行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置。電池模塊：將一個或以上的電池單體按照串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式組合，并作為電源使用的組合體。電池組：由多個電池模塊串聯(lián)組成的一個組合體，通常用來表示一個電池包內(nèi)所有動力蓄電池的組合體。動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池的基本術(shù)語電池包：具有從外部獲得電能并可對外輸出電能的單元。通常包括電池單體、電池箱體、高壓電路、過流保護裝置及與其他外部系統(tǒng)的接口（如冷卻、高壓、輔助低壓和通信等）。動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池系統(tǒng)：一個或一個以上的電池包及相應(yīng)附件（管理系統(tǒng)、高壓電路、低壓電路、熱管理設(shè)備及機械總成）構(gòu)成的為電動汽車整車的行駛提供電能的能量存儲裝置。動力蓄電池的基本術(shù)語動力蓄電池箱：用于盛裝蓄電池組、蓄電池管理系統(tǒng)以及相應(yīng)的輔助元器件，并包含機械連接、電氣連接、防護等功能的總成，簡稱電池箱。蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）：監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)等），可為蓄電池提供通信、安全、電芯均衡及管理控制，并提供與應(yīng)用設(shè)備通信接口的系統(tǒng)動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池系統(tǒng)的組成電池單體通過串并聯(lián)的方式組成電池模塊，電池模塊串聯(lián)組成電池組；電池組與BMS、相應(yīng)附件、電池箱等組成電池包；電池包與相應(yīng)的附件組成動力蓄電池系統(tǒng)。動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池的連接方式電池模塊之間采用銅排相互串聯(lián)連接，并有電壓采集線、溫度采集線等低壓線束與BMS連接。為了提高維修過程的安全性，便于在維修時切斷高壓回路，通常在電池模塊之間串聯(lián)高壓維修開關(guān)。動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池連接圖繪制資料員查閱教學(xué)平臺說明書，讀取動力蓄電池系統(tǒng)的基本信息，并告知組員。記錄員要正確繪制動力蓄電池連接圖。繪制動力蓄電池檢測教學(xué)平臺上電池的連接圖動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池連接圖繪制匯報時簡單講解平臺參數(shù)。匯報繪制的思路。動力蓄電池檢測教學(xué)平臺絕緣手套、護目鏡、安全帽、耐磨手套高壓安全防護用品、彩色鉛筆、直尺教學(xué)平臺說明書動力蓄電池連接圖繪制注意觸碰高壓時佩戴安全防護裝備。小心工具落地。注意作業(yè)時拉隔離欄。注意仔細(xì)查閱平臺說明書。仔細(xì)觀察電池的連接方式。繪制時用彩色筆區(qū)別不同的連線。動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池檢測教學(xué)平臺

動力蓄電池檢測教學(xué)平臺如下圖所示，能夠直觀的了解動力蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成、連接方式。動力蓄電池連接圖繪制動力蓄電池基本信息

（1）讀取動力蓄電池基本信息查找教學(xué)平臺說明書，讀取動力蓄電池系統(tǒng)的基本信息，完成下表填寫。項目記錄動力蓄電池種類

電池單體數(shù)量

電池模塊數(shù)量

電池組合方式

P

S是否裝有高壓維修開關(guān)是□

否□標(biāo)稱電壓/額定電壓

額定容量

動力蓄電池連接圖