纯电动汽车构造原理与检测项目3

任务3.2 EV200动力电池系统
1.EV200动力电池系统的组成 (３)动力电池箱。 动力电池箱是支撑、固定和 包围电池系统的组件， 主要包括上盖和下托盘, 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器元件 的作用， 如图所示。
任务3.2 EV200动力电池系统
(１)磷酸铁锂电池的优势。
③环保且不需要稀有金属。 磷酸铁锂电池不含任何(锂之外)重金属或者稀有 金属， 无毒(ＳＧＳ 认证通过)， 无污染， 符合欧洲 ＲＯＨＳ 规定， 为环保 电池。
④充电速度快， 自放电少， 无记忆效应。 磷酸铁锂电池可在专用充电器下大 电流充电， 充电 ３０ｍｉｎ 内即可使电池充满 ９５％， 起动电流可达 ２Ｃ ,而铅酸电池现在无此性能。
纯电动汽车构造 原理与检测
项目3
车载动力电池系统
任务
磷酸铁锂电池
EV200动力电池系统
任务3.1 磷酸铁锂电池
1.磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池， 自1996年日本的NTT 首次 揭露AyMPO4(A为碱金属，M为 CoFe两者之组合:LiFeCoPO4 )的橄榄石结构 的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学研究群也接着报道了 LiFeCoPO4 的可逆性地迁入脱出锂的特性， 美国与日本不约而同地发表橄榄 石结构(LiMPO4)， 使得该材料受到了极大的重视， 并引起广泛的研究和迅速 的发展。 与传统的锂离子二次电池正极材料， 尖晶石结构的LiMn2O4 和层状 结构的LiCoO2 相比，LiMPO4的原物料来源更广泛、 价格更低廉且无环境污 染。
③ＢＭＳ 具备的功能。 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电压 、 欠电压、 过电流、 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、 与其他控制器通信等功能。 此外， 动力电池管理系统还具有高 压回路绝缘检测功能， 以及动力电池系统加热功能。
4.动力电池系统充电模式 动力电池系统充电分为快充、 慢充和制动能量回收三种方式。
(２)快充采用地面充电机充电， 充电温度与充电电流要求， 如表所示。
任务3.2 EV200动力电池系统
4.动力电池系统充电模式 动力电池系统充电分为快充、 慢充和制动能量回收三种方式。
(３)制动时， 电机产生最大 ３６５Ｖ 的感应电动势， 动力电池可以接受的最 大持续回馈电流， 如表所示。
任务3.2 EV200动力电池系统
1.EV200动力电池系统的组成
①电池单体: 构成动力电池模块的最小单元， 一般由正极、 负极、 电解质及外壳等构成， 可 实现电能与化学能之间的直接转换。
②电池模块: 一组并联的动力电池单体的组合。 该组合额定电压与动力电池单体额定电压相 等， 是动力电池单体在物理结构和电路上连接起来的最小分组， 可作为一个单体替换。 ③电池模组: 由多个动力电池模块或单体电池串联组成的一个组合体。 ④磷酸铁锂电池: 它具有很高的安全性及良好的循环寿命， 高温性能较好， 电性能较差。 低 温时， 充电对其寿命有极大影响， 另外， 放电容量及放电功率也有所下降， 因此， 冬季低 温时整车会出现续驶里程低及动力性下降的现象。
通常所称的锂电池， 是以各种含锂材料为正极材料的电池， 目前市场上 的锂离子电池， 正极材料主要是钴酸锂(LiCoO2)、 锰酸锂(LiMn2O4)， 另外 还有少数采用镍酸锂(LiNiO2)以及二元 / 三元聚合物作正极材料的锂离子电池。
任务3.1 磷酸铁锂电池
2.磷酸铁锂电池原理和特点 磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂(LiFePO4， 简称LFP)材料做电池正极的锂离子电池,
其内部结构如图所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为 电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的 隔膜， 它把正极与负极隔开，但锂离子(Li+)可以通过而电 子(e-)不能通过， 右边是由碳(石墨)组成的电池负极， 由 铜箔与电池的负极连接。 电池的上下端之间是电池的电解 质， 电池由金属外壳、 铝塑复合膜或塑料壳密闭封装。
任务3.1 磷酸铁锂电池
3.磷酸铁锂电池的性能与特点
(２)磷酸铁锂电池的劣势。
⑤制造成本高。 磷酸铁锂具有安全性、 环保性、 循环次数高等优点是毋庸置 疑的， 但目前的制造成本相对铅酸电池、 锰酸锂电池要高， 其主要原因是: 材料物理性能和其他锂电材料相差较大， 其粒度小， 振实密度小， 比表面积 大， 材料的加工性能不好， 涂敷量低， 导致电池成本增加； 磷酸铁锂电池 只有 ３２Ｖ， 比其他的锂电低２０％左右， 单体电池要多用 ２０％， 导致 电池组成本上升较多。
综上可知， 磷酸铁锂电池相对传统电池和其他锂电池， 具有自身明显的 优势。
任务3.1 磷酸铁锂电池
3.磷酸铁锂电池的性能与特点
(２)磷酸铁锂电池的劣势。
①导电性差、 锂离子扩散速度慢。 高倍率充放电时， 实际比容量低， 这个 问题是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。 磷酸铁锂之所以这么晚还没有大 范围的应用， 这是一个主要的问题。
任务3.2 EV200动力电池系统
5. 动力电池系统故障处理
三级故障: 表明动力电池性能下降， 动力电池管理系统降低最大允许充 / 放电 电流。
任务3.1 磷酸铁锂电池
3.磷酸铁锂电池的性能与特点
(１)磷酸铁锂电池的优势。
①超长寿命。 长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右， 最高也就500次， 而磷酸铁锂动力电池在室温下充放电循环2000 次， 容量保持率80％以上； 是铅酸电池5倍， 镍氢电池的4倍， 是钴酸锂电池4倍， 是锰酸锂电池 4 ~ 5 倍左右。
随着技术的发展， 磷酸铁锂材料上的这些缺点正在逐步得到解决， 其性 价比也逐步得到提高， 应用范围也逐渐扩大。
任务3.2 EV200动力电池系统
1.EV200动力电池系统的组成 动力电池系统主要是由动力电池模组、 动力电池管理系统、 动力电池箱
及辅助元器件等组成， 如图所示。
任务3.2 EV200动力电池系统
任务3.2 EV200动力电池系统
1.EV200动力电池系统的组成
(２)动力电池管理系统(ＢＭＳ)。 ①动力电池管理系统组成和控制单元， 如图所示。ＢＭＳ 硬件: 主板、 从板及高压盒， 还包 括采集电压线、 电流、 温度等数据的电子器件。 ＢＭＳ 软件: 监测动力电池的电压、 电流 、 ＳＯＣ 值、 绝缘电阻值、 温度值， 通过与 ＶＣＵ、 充电机的通信来控制电池系 统的充放电。
1.EV200动力电池系统的组成 (１)动力电池模组。 采用锂离子动力电池系统， 锂离子电池是一种充电
电池， 它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。 充电时， 锂离子从 正极脱嵌， 通过电解质嵌入负极， 负极处于富锂状态， 放电时则相反， 如图所示。
锂离子电池根据正极材料的不同可以分为钴酸锂电 池、 锰酸锂电池、 磷酸铁锂电池和三元素电池。
任务3.2 EV200动力电池系统
2.动力电池系统的工作原理
动力电池系统使用可靠的高低压插接件与整车进行连接。 系统内的BMS 实时采集各电芯的电压值、 各温度传感器的温度值、 动力电池系统的总电压 值和总电流值， 动力电池系统的绝缘电阻值数据， 并根据 ＢＭＳ 中设定的 阀值判定动力电池系统工作是否正常， 以对故障实时监控。 动力电池系统通 过 ＢＭＳ 使用 ＣＡＮ 与 ＶＣＵ 或充电机进行通信， 最终实现对动力电池 系统充放电等的综合管理。
任务3.2 EV200动力电池系统
1.EV200动力电池系统的组成
(２)动力电池管理系统(ＢＭＳ)。
②纯电动汽车动力电池管理系统(ＢＭＳ)的作用。 动力电池保护和管理的核心部件， 在动力 电池系统中， 它的作用相当于人的大脑。 它不仅要保证动力电池安全可靠的运行， 还要充 分发挥动力电池的能力并延长其使用寿命。 作为动力电池和整车控制器以及驾驶人之间沟通 的桥梁， 它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。
任务3.1 磷酸铁锂电池
2.磷酸铁锂电池原理和特点
LiFePO4电池的工作原理是: 电池充电时， 正极材料中的锂离子脱出来， 经过电解液， 穿过隔膜进入到负极材料中； 电池放电时， 锂离子又从负极中 脱出来， 经过电解液， 穿过隔膜回到正极材料中。 (注: 锂离子电池就是因锂 离子在充放电时来回迁移而命名的， 所以锂离子电池又称“摇椅电池”)
任务3.2 EV200动力电池系统
3.动力电池系统的功能
动力电池系统的功能为接收和储存由车载充电机、 驱动电机、 制动能量 回收装置和外置充电装置提供的高压直流电， 并为驱动电机控制器、 ＤＣ / ＤＣ、 电动空调、 ＰＴＣ等高压元件提供高压直流电。 提高动力电池的利用 率， 防止动力电池出现过充电和过放电， 延长动力电池的使用寿命， 监控动 力电池的状态。
任务3.1 磷酸铁锂电池
3.磷酸铁锂电池的性能与特点
(２)磷酸铁0次， 但是制作出 来的电池一致性不佳， 进而影响到电池组的使用性能和整体寿命， 因此应用 在动力汽车上存在一定障碍。
④磷酸铁锂电池低温性能差。 磷酸铁锂材料的固有特点， 决定其低温性能劣 于锰酸锂等其他正极材料。 一般情况下， 对于单只电芯， 其 ０℃ 时的容量 保持率约 ６０％ ~７０％， －１０℃时为 ４０％ ~ ５５％， －２０℃ 时为 ２０％ ~ ４０％。 这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。
②安全性高。 磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强, 所以结构更加稳定,并且不易释放氧气。 磷酸铁锂电池在高温下的稳定性可达 400℃ 以上， 保证了电池内在的高安全性； 不会因过充、 温度过高、 短路、 撞击而产生爆炸或燃烧。
任务3.1 磷酸铁锂电池
3.磷酸铁锂电池的性能与特点
动力电池系统的单体电芯电压范围为2.5~3.7Ｖ， 动力电池系统的总电压 范围为255~372Ｖ。