3新能源汽车动力电池及管理系统

人蓄电池
第三章 动力电池及管理系统
2. 锂离子电池的充放电过程
图3-1 锂离子电池的充电过程
当对电池进行充电时 （图3-1），电池的 正极上有锂离子脱出， 脱出的锂离子经过电 解液运动到负极。而 作为负极的碳呈层状 结构，它有很多微孔， 到达负极的锂离子就 嵌入到碳层的微孔中， 嵌入的锂离子越多， 充电容量越高。
及降低安全性的程度。 灰尘禁锢：尘埃无法进入物体整个直径不能超过外壳的空隙。
第三章 动力电池及管理系统
表3-6 第二特性(防水等级)
防护等 级 0 1 2
3 4 5 6 7
8
（代码中的第二个数字）简要描述定义
无防护 防垂直下坠的水滴：垂直下坠的水滴不会造成有害影响。 当外壳翘起可达15°时防垂直下坠的水滴：当外壳在垂直任何一侧 以任何角度翘起不超过15°时，垂直下坠的水滴不会造成有害影响。 防水雾：在任何一垂直侧以任何不超过60°的角度喷雾不会造成有 害影响 防泼水：对着外壳从任何方向泼水都不会造成有害影响 防喷水：对着外壳从任何方向喷水都不会造成有害影响 防强力喷水：对着外壳从任何方向强力喷水都不会造成有害影响 防短时浸泡：常温常压下，当外壳暂时浸泡在1M深的水里将不会造 成有害影响 防持续浸泡：在厂家和用户都同意，但是条件比7严酷的条件下， 持续浸泡在水里将不会造成有害影响。
加热保险
加热继电器
图3-7 加热继电器与保险
第三章 动力电池及管理系统
（4）继电器集成器（PRA）
外部电压检测点
内部电压检测点
总负继电器
预充继电器 总正继电器
预充电阻
图3-8继电器集修开关
互锁端子
熔断器
图3-9维维修开修关开关
第三章 动力电池及管理系统
3.1.3动力电池相关术语及性能指标
第三章 动力电池及管理系统
放电终止电压 放电电流 额定放电电流 充电电流 （蓄电池） 最大允许电流 自放电
end-of-discharge voltage discharge current rated discharge current charge current
maximum allowable current self discharge
第三章 动力电池及管理系统
表3-5 第一特性（防尘等级）
防护等级 0 1
2
3
4
5 6
（代码中的第一个数字）简要描述定义 无防护 防直径为50mm 甚至更大的固体颗粒物物体尖端或50mm 直径的固体 颗粒物不能完全穿透。 防直径为12.5mm 甚至更大的固体颗粒物物体尖端或12.5mm 直径的固 体颗粒物不能完全穿透。 防直径为2.5mm 甚至更大的固体固体颗粒物物体尖端或2.5mm 直径的 固体颗粒物完全不能穿透。 防直径为1mm 甚至更大的固体固体颗粒物物体尖端或1mm 直径的固 体颗粒物完全不能穿透。 灰尘防护：并不能完全防止尘埃进入，但不会达到妨碍仪器正常运转
第三章 动力电池及管理系统
（1）预充继电器与电阻
预充继电器 预充电阻
图3-5 动力电池内的预充系统
“ 预充流程”在充、
放电初期闭合预充继电器， 串进预充电阻对外部容性 负载进行预充电，预充完 成后断开预充继电器。 BMS控制预充继电器闭合 或断开。放电模式低电压、 小电流给各控制器电容充 电。电容两端电压接近电 池总电压时，闭合总正极 继电器。充电模式给各单 体电芯进行预充电，确定 单体电芯无短路后闭合总 正极继电器。
蓄电池在放电或充电时，所允许的电流最大值。 蓄电池内部自发的或不期望的化学反应造成可用 容量自动减少的现象。 蓄电池内部正极与负极间发生短路的现象。 蓄电池在充／放电过程中，电流及温度发生一种 累积的互相增强的作用而导致蓄电池损坏的现象。 蓄电池经过长期浅充放电循环后，进行深放电时， 表现出明显的容量损失和放电电压下降，经数次 全充／放电循环后，电池特性即可恢复的现象。 蓄电池完全充电后仍延续充电的现象。 蓄电池放电至低于放电终止电压的放电现象。 蓄电池端子与蓄电池箱或车体之间的电阻。 蓄电池中电解质、正负极群、隔板等电阻的总和。
70
200-350
＞90
300-400
＞90
循环寿命 （次） 500-1000 1000-2000 1000-1500 1500-3000 2000-3000
第三章 动力电池及管理系统
3.1.4动力电池IP防护等级
IP 表示Ingress Protection（进入防护），防护等级多以 IP后跟随两个数字来表述，数字用来明确防护的等级。第 一位数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境 中免受危害的程度。代表防止固体异物进入的等级（表3-5 所示），最高级别是6；第二位数字表明设备防水的程度。 代表防止进水的等级（表3-6所示），最高级别是8。目前 很多动力电池采用的防护等级为IP67。
第三章 动力电池及管理系统
名词 放电深度
深度放电 涓流充电
荷电状态 n小时率
容量
额定容量
n小时率容量 充电能量 （蓄电池）
英文及缩写 DOD（depth of discharge） deep discharge trickle charge SOC（state-of-charge） n hour rate
组成 正极
负极 电解质 隔膜 外壳 安全阀
材料或作用 采用锂化合物LiXCoO2（钴酸锂）、LiXNiO2 （镍酸锂）、LiFePO4 （磷酸铁锂）、LiXMnO2 （锰酸锂）、以及三元材料Li(NiCoMn)O2） 镍钴锰酸锂；这些锂化合物材料是晶状体结构材料。 采用锂-碳层间化合物LiXC6、Li3TiO3 （钛酸锂） 一般采用溶解有锂盐的有机制剂，根据所用电解质的状态可分为液
C（capacity） rated capacity n hour rate capacity charge energy
定义 表示蓄电池放电状态的参数，等于实际放电容 量与额定容量的百分比。 表示蓄电池50％或更大的容量被释放的程度。 为补充自放电，使蓄电池保持在近似完全充电 状态的连续小电流充电。 蓄电池放电后剩余容量与全荷电容量的百分比。 表示蓄电池放电电流大小的参数，如果以电流I 放电，蓄电池在n小时内放出的电量为额定容量 的话，这个放电率称为n小时放电率。 完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总的 电量，单位为Ah。 在规定条件下测得的，由制造商给定的蓄电池 容量。 完全充电的蓄电池以n小时率放电电流放电，达 到规定终止电压时所释放的电量。 通过充电器输入蓄电池的电能，单位为Wh，这 里指蓄电池充电能量。
内部短路 热失控
internal short circuit thermal runaway
记忆效应
memory effect
过充电 过放电 绝缘电阻 内阻
over charge over discharge insulation esistance internal esistance
蓄电池停止放电时的电压。 放电时蓄电池里输出的电流。 额定容量除以规定时间所得到的电流。 充电时蓄电池里流过的电流。
第三章 动力电池及管理系统
2.电池管理系统 BMS（Battery Management System） 电池管理系统BMS是电池的管理核心 ，它的作用、功能及
组成如下表3-1所示：
项目 作用
功能
组成 硬件 软件
内容 电池保护和管理的核心部件，在动力电池系统中，它不仅要保证电池安全可靠的使用， 而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命；作为电池和整车控制器以及驾驶者沟通的 桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，并向VCU上报动力电池系统的基本参 数及故障信息。 通过电压、电流及温度检测等功能实现对动力电池系统的过压、欠压、过流、过高温和 过低温保护，继电器控制、SOC估算、充放电管理、均衡控制、故障报警及处理、与其 他控制器通信功能等功能；此外电池管理系统还具有高压回路绝缘检测功能，以及为动 力电池系统加热控制功能。 按性质可分为硬件和软件，按功能分为数据采集单元和控制单元。 主板、从板及高压盒，还包括采集电压、电流、温度等数据的电子器件。 监测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值，通过与VCU、充电机的通讯， 来控制动力电池系统的充放电。
第三章 动力电池及管理系统
2.不同电池类型的性能对比
电池类型
铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 锂聚合物电池
质量能量密度 （w.h/kg） 35-50 30-50 60-80 100-200 150-200
质量功率密 度（w/kg） 能量效率（%）
150-400
80
100-150
75
200-400
态锂离子电池、聚合物锂离子电池、全固态锂离子电池。 只允许锂离子Li+往返通过，阻止电子e-通过，在正负极之间起到绝 缘作用。 分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、
铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。 防止蓄电池内部压力过高导致蓄电池破裂，并能防止外面的空气进
第三章 动力电池及管理系统
3.1.2 动力电池系统组成部件
动力电池系统主要由动力电池模组、电池管理系统、动力电 池箱及辅助元器件等四部分组成。
第三章 动力电池及管理系统
1、电池模组 由一个或多个单体电芯并联再串联成一个组合，称电池模
组；把每个电池组串联起来形成动力电池总成。例如：3P91S 即3个并联组成一个单体，再由91个单体串联成动力电池总成。 其中P的含义是并联，S的含义是串联。
第三章 动力电池及管理系统
放电能量 （蓄电池） 能量密度
discharge energy energy density
质量能量密度 specific energy
体积能量密度 volumetric energy density