更换动力电池内部组件课件

学习任务2 更换动力电池内部组件学习任务2 更换动力电池内部组件【任务描述】4S店技术主管在经过各项检测之后，判断张先生的EV200汽车是动力电池故障动力电池故障，确定需要对动力电池进行解需要对动力电池进行解体体，此时需要你作为维修人员协助技术主管按照规范程序，从车上拆卸动力电池，技术主管完成维修后，需要你对动力电池进行安装，并确认其工作状态正常并确认其工作状态正常。【任务描述】动力电池系统由四部分组成：四部分组成：1、动力电池箱、动力电池箱2、电池模组、电池模组3、电池管理系统、电池管理系统BMS：高压盒高压盒、从控盒从控盒、主控盒主控盒4、辅助元器件：、辅助元器件：主继电器、预充继电器及电阻、加热继电器主继电器、预充继电器及电阻、加热继电器与保险、电流传感器与保险与保险、电流传感器与保险等组成。动力电池系统由四部分组成：让我们先来了解4 个重要参数的意义：1.动力电池系统的额定电压动力电池系统的额定电压动力电池系统的额定电压额定电压=单体电芯额定电压单体电芯额定电压单体电芯单体电芯串串联联数数；2.动力电池系统的容量动力电池系统的容量电池容量是电池性能的重要指标之一，它表示电池存储电它表示电池存储电量的大小量的大小，即电池放电电荷的总量为电池容量，单位单位Ah，影响到整车的续驶里程；动力电池系统的容量容量=单体电芯容量单体电芯容量单体电芯单体电芯并联并联数量数量；一、动力电池系统组成部件和功能一、动力电池系统组成部件和功能让我们先来了解4 个重要参数的意义：一、动力电池系统组成部件让我们先来了解4 个重要参数的意义：3.动力电池的总能量动力电池的总能量 W=QU=UIt动力电池的总能量为电池对外做功所能输出的电能对外做功所能输出的电能，单位是Wh；动力电池系统总能量总能量=动力电池系统的额定电压动力电池系统的额定电压动力电池动力电池系统的容量系统的容量；4.能量密度：单位质量能量密度：单位质量/体积体积的电芯储存的能量的电芯储存的能量，单位Wh/Kg、Wh/L一、动力电池系统组成部件和功能一、动力电池系统组成部件和功能让我们先来了解4 个重要参数的意义：一、动力电池系统组成部件1 1 磷酸铁锂动力电池磷酸铁锂动力电池（1）动力电池箱）动力电池箱动力电池箱：支撑、固定、包围电池系统支撑、固定、包围电池系统的组件，主要包含上盖和下托盘，还有辅助元器件，如过渡件，护板，螺栓等，动力电池箱有承载及保护动力电池组及电气元件承载及保护动力电池组及电气元件的作用。技术要求：电池箱体螺接在车身地板下方，其防护等级为防护等级为IP67，螺栓拧紧力矩为拧紧力矩为80100Nm。整车维护时需观察电池箱体螺栓是否有松动，电池箱体是否有破损严重变形，密封法兰是否完整，确保动力电池可以正常工作；外观要求：电池箱体外表面颜色要求为银灰或黑色，亚光；电池箱体表面不得有划痕、尖角、毛刺、焊缝及残余油迹等外观缺陷，焊接处必须打磨圆滑1 1 磷酸铁锂动力电池（1）动力电池箱动力电池系统的外观动力电池系统的外观动力电池系统的外观备注：动力电池系统铭牌包括动力电池型号电池型号、生产日期生产日期、电池材电池材料料、额定电压额定电压、额定能量额定能量、重量重量等信息。备注：（2）动力电池模组：）动力电池模组：电池单体：电池单体：构成动力电池模块的最小单元最小单元，也称为单体电芯单体电芯。磷酸铁锂单体电芯额定电压一般为3.2v。例：例：1P100S100 块电池单体串联串联，共分为9个模组。例：例：3P91S表示：3 个单体并联并联组成一个模块，再由91 个模块组成若干个模组串联串联成动力电池总成。动力电池模块：动力电池模块：一组并联并联的电池单体的电池单体的组合。动力电池模组：动力电池模组：由多个电池模块或电池单体模块或电池单体串联或并联串联或并联组成的一个组合体，从而形成能输出高压，大电流高压，大电流的供电源。（2）动力电池模组：例：1P100S动力电池模块：一组并联例如：特斯拉Roadster纯电动汽车的电池组由6831节节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组节并联为一组，再将9组串联为一层组串联为一层，最后串联堆叠串联堆叠11层层构成。例如：特斯拉Roadster纯电动汽车的电池组由6831节1（3）辅助元器件：）辅助元器件：主要包括动力电池系统内部的电子电器元件，如熔断器，继电熔断器，继电器，分流器，接插件，紧急开关，烟雾传感器器，分流器，接插件，紧急开关，烟雾传感器等，维修开关以及电子电器元件以外的辅助元器件，如密封条，绝缘材料等。（3）辅助元器件：1）主继电器）主继电器主继电器主要包含主正继电器和主负继电器主正继电器和主负继电器，主正继电器如图3-19 所示，在普莱德电池中，主正继电器由主正继电器由BMS 控制控制，主负继电器由VCU 控制控制。它的作用是控制回路的通断。1）主继电器2）预充继电器与电阻）预充继电器与电阻“预充流程”在充、放电初期充、放电初期闭合预充继电器进行预充电，预充完成后断开预充继电器：BMS 控制控制预充继电器闭合或断开闭合或断开。充电模式充电模式给各单体电芯进行预充电，确定单体电芯无短路确定单体电芯无短路后闭合总正极继电器。放电模式放电模式低电压、小电流给各控制器电容充电给各控制器电容充电。电容两端电压接近电池总电压时接近电池总电压时，闭合总正继电器闭合总正继电器。2）预充继电器与电阻充电模式给各单体电芯进行预充电，确定单体3）加热继电器与保险）加热继电器与保险充电过程充电过程当电芯温度低于设定值电芯温度低于设定值，BMS 控制加热继电器闭合通过保险接通加热膜电路3）加热继电器与保险更换动力电池内部组件课件充电加热充电加热（仅适用于有加热功能的动力电池）仅适用于有加热功能的动力电池）慢充时低于低于0的温度点，启动启动加热模式：闭合加热片，待所有电芯温度点高于高于5，停止停止加热，启动充电程序，过程中出现加热片温度差高于20，则间歇停止加热，待加热片温度差低于15，则重启加热片。加热过程中，正常情况下充电桩电流显示为4A6A。充电过程中充电桩电流显示为12A13A。如果单体压差大于如果单体压差大于300mV,则停止充电则停止充电，报充电故障报充电故障。快充时低于等于5的温度点，启动加热模式：电芯温度数据与慢充相同；如果充电过程中最低温度低于等于5度，则停止充电模式，也不重新启动加热模式。充电加热（仅适用于有加热功能的动力电池）充电加热与保温充电加热与保温保温策略保温策略1.充电保温只发生在车载充电完成后充电保温只发生在车载充电完成后；2.充电完成后，电池温度电池温度 5 时进入保温模式，若电池温度 5 ，电池进入静置状态；3.保温策略以保温保温2 小时小时为唯一截止条件；4.保温过程中：电池温度上升至电池温度上升至8 时时，电池进入静置状态；5.保温过程中，如果电池温差超过20 ，电池进入静置状态直至温差低于10 再次启动加热。备注：仅适用于有加热功能的动力电池充电加热与保温3.保温策略以保温2 小时为唯一截止条件；（4）电流传感器与保险）电流传感器与保险“电流传感器”监测充、放电电流的大小监测充、放电电流的大小，保险保险防止能防止能量回收过压过流或放电过流量回收过压过流或放电过流：1.保险规格250A 电压500V（4）电流传感器与保险（4）电流传感器与保险）电流传感器与保险2.电流传感器类型为无感分流器，在电阻的两端形成毫伏级的电压信号，作为监测总电流（型号300A75mv）要测量一个很大的直流电流要测量一个很大的直流电流，例如几十安培，甚至更大，几百安培，没有那么大量程的电流表没有那么大量程的电流表进行电流的测量，怎么办？这就要采用分流器。就是一根短的导体一根短的导体，可以是各种金属或合金的，其直流电阻是严格调好的；串接在直流电路里串接在直流电路里，直流电流过分流器，分流器分流器两端产生两端产生毫伏级直流电压信号毫伏级直流电压信号，使并接在该分流器两端的计量表指针摆动，该读数就是该路里的电流值。所谓分流，即分一小的电流去推动表指示所谓分流，即分一小的电流去推动表指示，该小电流（mA)与大回路里的电流(1A-几十A）比例越小，电流表指示读数的线比例越小，电流表指示读数的线越好，也更精确。越好，也更精确。这是电工电路的常用产品，防雷有分流措施。（4）电流传感器与保险要测量一个很大的直流电流，例如几十安培（4）电流传感器与保险）电流传感器与保险SK 动力电池的电流传感器动力电池的电流传感器与普莱德电池的作用相同，采用了霍尔式采用了霍尔式电流传感器电流传感器。按照安培定律原理做成，在载流导在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场体周围产生一正比于该电流的磁场，通过测量霍尔电势的大小间接测量测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小载流导体电流的大小，使电流的非非接触测量接触测量成为可能。（4）电流传感器与保险SK 动力电池的电流传感器与普莱德电池电流互感器流互感器电流互感器原理是依据依据电磁感磁感应原理的原理的，电流互感器的作用是可以把数把数值较大的一次大的一次电流通流通过一定的一定的变化化转换成数成数值较小的小的二次二次电流流，用来进行保护、测量等用途。电流互感器2）电流传感器）电流传感器方法方法优点优点缺点缺点适应范围适应范围电电阻阻分分流流器器检检测技术测技术高精度，响应速度快，成本低测量电路与被测电流没有电隔离低频率小幅值电流测量电流互感器电流互感器能将较大的电流转变成较小的电流测量不能测量直流电流可测大交流电流40-20KHz霍尔电流传感霍尔电流传感器器可测直流和交流、频率高达100KHz、较高的精度和很好的隔离响应速度不够快，小电流精度低一些直流和交流DC-100KHz磁通磁通门电流流传感器感器分辨率高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量不能测量交流电流直流罗氏氏线圈圈范围宽、精度高、绝缘性能好和无磁饱和现象只能测量交流电流可对大交流电流测量巨磁阻巨磁阻电流流传感器感器抗干扰性强、灵敏度高、高速响应、温度温度性好所测电流不能太大直流和交流光光纤电流流传感器感器容易安装、无电磁噪音干扰、计测范围广、可实现长距离信号传输较传统技术价格较高直流和交流2）电流传感器方法优点缺点适应范围电阻分流器检测技术高精度5）高低压插接件）高低压插接件如图3-26 所示，为动力电池的高低压插接件的端子定义高低压插接件的端子定义，动力电池系统通过使用可靠地高压插接件“总正”“总负”与高压控制盒相连，低压接插件低压接插件连接“CAN”总线与VCU 或车载充电机之间进行通讯进行通讯。5）高低压插接件6）高低压线束）高低压线束如图3-27 所示所示橙色波纹管为高压动力线束橙色波纹管为高压动力线束；黑色波纹管为低压线束。6）高低压线束（4）BMS 的功能：的功能：电池保护和管理的核心部件，提高电池的利用率提高电池的利用率，防止电防止电池出现过充电和过放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。1）通过电压、电流传感器电压、电流传感器采集动力电池组的串联模块电串联模块电压、总电压和总电流压、总电压和总电流，控制动力电池组的充放电充放电，监控电池的状态，防止电池出现过充电和过放电防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命；控制及监测控制及监测（4）BMS 的功能：控制及监测（4）BMS 的功能：的功能：2）作为电池和整车控制器以及驾驶者沟通的桥梁，并向向整车控制器整车控制器VCU上报动力电池系统的基本参数、剩余电量上报动力电池系统的基本参数、剩余电量及故障信息及故障信息；3）具有高压回路绝缘检测功能具有高压回路绝缘检测功能，检测电池组与箱体、车体等之间的绝缘状况；4）通过对温度检测实现对动力电池过高温和过低温保护对动力电池过高温和过低温保护，具有控制动力电池的加热功能；CAN通信通信高压电安全管理高压电安全管理温度采集温度采集（4）BMS 的功能：CAN通信高压电安全管理温普莱德动力电池的普莱德动力电池的BMS组成主要由：组成主要由：BMS的组成：的组成：按性质可分为硬件和软件硬件和软件，按功能分为数据采数据采集单元和控制单元集单元和控制单元；BMS的硬件：的硬件：高压盒高压盒、从控盒从控盒、主控盒主控盒，还包括采集电压线、电流、温度等数据的电子器件电子器件；BMS的软件：的软件：监测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值，通过与通过与VCU、充电机的通讯、充电机的通讯，来控制动力电池系统的充放电。在普莱德电池中，BMS由高压盒、从控盒和主控盒由高压盒、从控盒和主控盒组成。普莱德动力电池的BMS组成主要由：高压盒高压盒高压盒“监控”动力电池的总电压总电压、总电流总电流、绝缘性能绝缘性能。监控动力电池的总电压总电压（主继电器内外4 个监测点，内部320V，外部0v检测）检测充放电电流充放电电流高压系统绝缘性能绝缘性能监控高压连接情况高压连接情况将以上项目监控到的数据 反馈给主控盒反馈给主控盒高压盒从控盒从控盒电池低压管理系统是“监控”动力电池的单体电压单体电压、电池电池组的温度组的温度，主要功能如下：监控每个单体电压反馈给主控盒单体电压反馈给主控盒监控每个电池组的温度反馈给主控盒电池组的温度反馈给主控盒电量（电量（SOC）值监测）值监测将以上项目监控到的数据反馈给主控盒数据反馈给主控盒从控盒主控盒主控盒主控盒是一个连接外部通讯和内部通讯的平台连接外部通讯和内部通讯的平台，主要功能如下：接收从控盒反馈的实时温度和单体电压（并计算最大值和接收从控盒反馈的实时温度和单体电压（并计算最大值和最小值）最小值）接收高压盒反馈的总电压和电流情况接收高压盒反馈的总电压和电流情况与整车控制器与整车控制器vcu 的通讯的通讯控制主正继电器控制主正继电器控制电池加热控制电池加热控制充控制充/放电电流放电电流主控盒2 三元锂动力电池三元锂动力电池1.动力电池箱体动力电池箱体SK 的动力电池箱体与普莱德电池箱体在防护等级防护等级 IP67、安装方式和拧紧力矩一致，但在制作材料上有区别，SK 电池箱体的上盖板为 SMC 复合材料是优良的绝缘材料复合材料是优良的绝缘材料，而下盖板为了增加硬度和耐磨性材料增加硬度和耐磨性材料为钣金。2 三元锂动力电池1.动力电池箱体SK 的动力电池箱体与3.辅助元器件辅助元器件1）继电器集成器（）继电器集成器（PRA）与普莱德电池相比，SK动力电池的继电器集成器（PRA）如图所示，它是将主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充将主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻进行了集成电阻进行了集成，其各个功能与之前所述相同。3.辅助元器件1）继电器集成器（PRA）3）维修开关和熔断器）维修开关和熔断器保护电源，在出现紧急情况、进行高压系统维修保养或进行电在出现紧急情况、进行高压系统维修保养或进行电池维护安装时池维护安装时，能够及时断开手动维修开关，将电池包的电流断开，有效避免因为维修人员操作不当而引发的电击情况，保护维修人员安全。内部装有内部装有250A。3）维修开关和熔断器保护电源，在出现紧急情况、进行高压系统注意区别：注意区别：与普莱德电池相比，SK电池的电池的BMS采用了高压盒、从控盒采用了高压盒、从控盒和主控盒集成的方式和主控盒集成的方式。它的主要功能：它的主要功能：与外部通讯（与外部通讯（VCU、充电机、快充桩）、充电机、快充桩）控制负极继电器控制负极继电器检测内、外部总电压检测内、外部总电压检测充、放电电流检测充、放电电流监测单体电压和电芯温度监测单体电压和电芯温度保护电池寿命和安全保护电池寿命和安全控制预充继电器控制预充继电器注意区别：注意区别：普莱德动力电池的普莱德动力电池的正极继电器由正极继电器由BMS中的高压盒控制中的高压盒控制，负极继电器负极继电器由由VCU控制控制；SK动力电池的正动力电池的正极继电器由极继电器由VCU控控制制，负极继电器由负极继电器由BMS控制控制；注意区别：它的主要功能：注意区别：3.电池管理系统电池管理系统 BMS根据电池类型和布置不同，电池管理系统电池管理系统 BMS 结构分为结构分为分布分布式结构式结构和和集成式结构集成式结构。分布式方案优缺点：分布式方案优缺点：配置灵活、信号采集速度快、线束少，但配置灵活、信号采集速度快、线束少，但成本较高成本较高。BMS 分布式方案分布式方案3.电池管理系统 BMS集中式方案优缺点：集中式方案优缺点：成本低，结构简单，但灵活性差，线束过成本低，结构简单，但灵活性差，线束过长，增加辐射干扰长，增加辐射干扰。BMS 集中式方案集中式方案集中式方案优缺点：成本低，结构简单，但灵活性差，线束过长，增动力电池系统的故障动力电池系统的故障动力电池系统的故障