學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知識目標(biāo)：1.能敘述新能源汽車動力電池的作用；2.能夠認(rèn)識新能源汽車動力電池的安裝位置；3.能夠認(rèn)識動力電池的類型；4.能敘述不同類型動力電池的結(jié)構(gòu)及原理。能力目標(biāo)：1.能夠準(zhǔn)確進行動力電池絕緣測試；2.能夠正確使用工量具拆卸和安裝動力電池。素養(yǎng)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生愛崗敬業(yè)、誠實守信的職業(yè)素養(yǎng)；2.培養(yǎng)工作中的安全意識和團隊協(xié)助精神；3.養(yǎng)成服從管理，規(guī)范作業(yè)的良好工作習(xí)慣。【任務(wù)情境】一輛比亞迪秦純電動轎車無法正常行駛，動力電池故障指示燈點亮，被拖進4S店進行維修，經(jīng)過故障診斷后，判斷該車動力蓄電池存在故障。你知道應(yīng)該如何安全規(guī)范地對動力蓄電池進行檢測、拆卸及安裝嗎？學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換一、新能源汽車動力電池的作用動力蓄電池的作用是接收和儲存由車載充電機、發(fā)電機、制動能量回收裝置或外置充電裝置提供的電能，并且為驅(qū)動電機和其他高壓用電設(shè)備提供電能，如下圖3-1所示。新能源汽車的動力蓄電池相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油汽車的油箱，是新能源汽車的動力源，是能量的儲存裝置，同時也是制約新能源汽車尤其是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前，要使新能源汽車具有競爭力，就要開發(fā)出比能量高、比功率高、使用壽命長、成本低的高效節(jié)能電池。動力蓄電池是純電動汽車的核心部件，也是新能源汽車上價格最高的部件之一。動力電池的性能好壞直接決定了這輛車的實際價值。動力蓄電池一旦失效，車輛就會處于癱瘓狀態(tài)。動力蓄電池屬于高壓安全部件，內(nèi)部機構(gòu)復(fù)雜，工作時需要很苛刻的條件，任何異常因素都將導(dǎo)致動力被切斷，因此對動力蓄電池的診斷與測試前必須經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)才能對動力電池進行各項作業(yè)。a充電b存儲制動能量回收的電能C供電圖3-1動力蓄電池的作用學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換二、新能源汽車動力蓄電池的安裝位置動力電池盡可能放在清潔、陰涼、通風(fēng)、干燥的地方并避免受到陽光直射，遠(yuǎn)離熱源。動力電池應(yīng)當(dāng)水平安裝放置，不可傾斜。純電動汽車的動力電池體積較大，一般位于前地板下面（前后軸之間，駕駛艙正下方），安裝在此位置可以獲得較高碰撞安全性，且降低車輛重心，提高車輛操控性，有利于整車軸荷分配，進而有利于提高整車駕乘體驗和舒適性，如下圖3-2是純電動汽車動力電池安裝位置?；旌蟿恿﹄妱悠嚨膭恿﹄姵貍€體較小，可在行李箱和后排座椅的下方或之間，如下圖3-3是混合動力汽車電池安裝位置。動力蓄電池安裝在這些地方，不但使得拆裝操作更加簡單，避免了動力電池安裝分散，減少動力電池之間高壓連接線束的使用，避免了線路連接過多的問題，而且節(jié)約了成本。圖3-2

純電動汽車動力電池安裝位置混合動力電動汽車的動力電池個體較小，可在行李箱和后排座椅的下方或之間，如下圖

3-3是混合動力汽車電池安裝位置。動力蓄電池安裝在這些地方，不但使得拆裝操作更加簡單，避免了動力電池安裝分散，減少動力電池之間高壓連接線束的使用，避免了線路連接過多的問題，而且節(jié)約了成本。動力電池學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換三、新能源汽車常用的動力電池類型、結(jié)構(gòu)及工作原理動力電池是新能源汽車重要的核心組成部分。動力電池的能量密度、產(chǎn)品性能、使用壽命和成本等直接影響電動汽車?yán)m(xù)駛里程、動力性、安全性和使用成本。目前動力電池占新能源汽車成本的30%～50%。根據(jù)新能源汽車動力電池使用的材料類型不同，可分為：鉛酸電池，鎳氫電池和鋰離子電池三類，具體見圖3-4。鉛酸蓄電池技術(shù)發(fā)展帶來了20世紀(jì)初第一次電動汽車的研發(fā)和應(yīng)用高潮，20世紀(jì)80年代鎳氫蓄電池技術(shù)突破帶來了混合動力電動汽車的產(chǎn)業(yè)化，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的鋰離子動力蓄電池帶來了現(xiàn)在以純電驅(qū)動為主的電動汽車研發(fā)和示范應(yīng)用新紀(jì)元。鋰離子蓄電池具有容量高、比能量高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，因而成為當(dāng)前電動汽車動力電池技術(shù)研究開發(fā)的主要方向。下表3-1為三種類型動力電池性能對比。圖3-3

混和動力汽車動力電池安裝位置動力電池a鉛酸電池b鎳氫電池c鋰離子電池圖3-4常見電池類型學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換電池類型能量效率（%）能量密度（W·h/kg）標(biāo)稱電壓（V）循環(huán)壽命鉛酸蓄電池8035～502.1500～1000鎳氫電池7060～801.21000～1500鋰離子電池90150～2003.71500～30001.鉛酸電池鉛酸電池發(fā)明100多年來，廣泛應(yīng)用于人類生產(chǎn)和生活的各個方面。作為起動、點火、照明電池，主要用于汽車、摩托車、內(nèi)燃機車和電力機車；作為工業(yè)用鉛酸蓄電池，主要用于郵電、通信、發(fā)電廠和變電所開關(guān)控制設(shè)備以及計算機備用電源等；閥控密封式鉛酸蓄電池可用于應(yīng)急燈、UPS、電信、廣電、鐵路和航標(biāo)等；作為動力電池，主要用于電動汽車、電動叉車等。（1）鉛酸電池的結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池主要由正負(fù)極板、隔板、電解液等部分組成，具體結(jié)構(gòu)見下圖3-5所示。正負(fù)極板是蓄電池的核心部分，正負(fù)極板做成柵架（網(wǎng)架）形式，上面附滿活性物質(zhì)。蓄電池的充電和放電，就是靠正、負(fù)極板上活性物質(zhì)與硫酸溶液的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)的。隔板的作用是把正、負(fù)極板隔開，防止正、負(fù)極板互相接觸造成短路；保證電解液中正、負(fù)離子順利通過；延緩正、負(fù)極板活性物質(zhì)的脫落，防止正、負(fù)極板因振動而損傷。電解液是鉛酸蓄電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)，鉛酸蓄電池電解液是用純凈硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成的。電解液的純度和密度對電池容量和壽命有重要影響。學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換圖3-5鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)（2）鉛酸電池的工作原理鉛酸蓄電池的充電指的是將電能回充到蓄電池中。充電過程中將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。放電指的是從蓄電池中提取電能。放電過程中將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。具體工作原理見下圖3-6所示。圖3-6鉛酸蓄電池充放電過程學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換2.鎳氫電池鎳氫電池是一種性能良好的蓄電池，具有高能量、長壽命、無記憶效應(yīng)、無污染的特點，因此被稱為“綠色電池”。鎳氫電池被廣泛應(yīng)用在混合動力汽車上。鎳氫電池根據(jù)形狀可分為方型鎳氫電池和圓形鎳氫電池。鎳氫電池常應(yīng)用于混合動力汽車，下圖3-7是常用混合動力汽車鎳氫電池形狀，主要有圓柱形和方形兩種。（1）鎳氫電池的結(jié)構(gòu)鎳氫電池由氫氧化鎳正極，儲氫合金負(fù)極，隔膜紙，電解液，鋼殼，頂蓋，密封圈等組成，具體如下圖3-8所示。在圓柱形電池中，正負(fù)極用隔膜紙分開卷繞在一起，然后密封在鋼殼中。在方形電池中，正負(fù)極由隔膜紙分開后疊成層狀密封在鋼殼中。圖3-7鎳氫電池的形狀學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換圖3-8鎳氫電池的結(jié)構(gòu)（2）鎳氫電池的工作原理鎳氫電池采用鎳氧化物作為正極，儲氫金屬作為負(fù)極，主要成分是KOH（氫氧化鉀）的堿液作為電解液。鎳氫電池的工作原理工作是：充電時正極的Ni（OH）2（氫氧化鎳）和OH-（氫氧根）反應(yīng)生成NiOOH（氫氧化氧鎳）和H2O（水），同時釋放出e-（電子）。充電時負(fù)極M（儲氫基體材料）和H2O（水）生成MH（金屬氫化物）和OH-，同時失去e-（電子）?？偡磻?yīng)是Ni（OH）2和M生成NiOOH和MH（金屬氫化物）。放電時與此相反，具體如圖3-9所示。正極充電反應(yīng)：Ni（OH）2+OH-=H2O+NiOOH+e-負(fù)極充電反應(yīng)：H2O+M=MH-e-+OH-總反應(yīng)：Ni（OH）2+M=NiOOH+MH學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換圖3-9鎳氫電池的工作原理3.鋰離子蓄電池鋰電池是指電化學(xué)體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的電池。鋰離子蓄電池廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。在便攜式電器方面的應(yīng)用，目前移動電話、筆記本電腦、微型攝像機等需要便攜式電源都選擇了鋰離子電池，鈷酸鋰、錳酸鋰鋰離子電池占有主導(dǎo)地位。在交通行業(yè)的應(yīng)用，國內(nèi)外眾多汽車研制和生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的電動汽車半數(shù)以上車型采用了鋰離子電池，并有逐步擴大的趨勢。在軍事裝備及航空航天事業(yè)中的應(yīng)用，鋰離子電池主要用做動力起動電源、無線通信電臺電源、微型無人駕駛偵察飛機動力電源等。其他鋰離子電池應(yīng)用，在醫(yī)療、石化、電力行業(yè)等均具有廣闊的應(yīng)用前景。學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換（1）鋰離子電池的類型。根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類。液態(tài)鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì)，而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來代替。液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料都是相同的，工作原理也基本一致。根據(jù)鋰離子電池封裝形式不同，鋰離子電子可分為方形電池，圓柱形電池，軟包電池，如圖3-10所示。軟包動力電池是典型的“三明治”層狀堆壘結(jié)構(gòu)，區(qū)別于方形硬殼和圓柱電池形態(tài)。軟包內(nèi)部結(jié)構(gòu)由正極片，隔膜，負(fù)極片依次層疊起來，外部用鋁塑膜包裝；圓柱電池則以正極、隔膜、負(fù)極的一端為軸心進行卷繞，封裝在圓柱金屬外殼之中；方形硬殼電池通常有兩個軸心，正極、隔膜、負(fù)極疊層圍繞著兩個軸心，進行卷繞，然后以間隙直入方式裝入方形鋁殼之中。a圓柱形鋰離子電池b方形鋰離子電池c軟包鋰離子電池圖3-10鋰離子電池不同的封裝形式學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換3）根據(jù)鋰離子電池正極材料不同，鋰離子電池可以分為錳酸鋰電池、三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。其中三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池目前被廣泛運用在新能源汽車動力電池上。不同類型的鋰離子電池對比見下表3-2所示。

表3-2不同類型鋰離子電池性能對比（2）鋰離子電池的結(jié)構(gòu)。

鋰離子蓄電池由正極材料、負(fù)極材料、電解液、絕緣體和導(dǎo)電材料等組成，如圖3-11所示。其中正、負(fù)極材料的選擇和質(zhì)量直接決定鋰離子蓄電池的性能與價格。鋰蓄電池正極材料一般都是鋰的氧化物，應(yīng)用比較多的有鈷酸鋰，鎳酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰等。負(fù)極材料一般選用活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳。絕緣體也稱為隔膜，它只允許鋰離子Li+往返通過，阻止電子e-通過，在正負(fù)極之間起到絕緣作用。學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換圖3-11典型鋰離子電池的結(jié)構(gòu)（3）鋰離子電池的工作原理。鋰離子電池在原理上實際是一種鋰離子濃差電池。鋰離子在正負(fù)電極間的往返嵌入和脫嵌形成電池的充電和放電過程。如圖3-12所示，充電時，鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電子的補償電荷從外電路供給到負(fù)極，保持負(fù)極的電平衡。放電時則相反，鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層面間距的變化，不破壞晶體結(jié)構(gòu)；在放電過程中，負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變。因此，從充放電的可逆性看，鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)。素養(yǎng)微課堂—汽車名人：陳立泉，中國工程院院士，中國科學(xué)院物理研究所研究員。他從事鋰電池的研究48年，開創(chuàng)了中國固態(tài)離子學(xué)研究新的學(xué)科領(lǐng)域，為中國鋰電池從無到有，從跟跑到領(lǐng)跑作出了奠基性貢獻(xiàn)。是我國鋰電池方向的奠基者、開拓者和引領(lǐng)者。學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換一、實訓(xùn)前準(zhǔn)備1.防護裝備。工位防護套裝，如：絕緣地墊，安全隔離帶，安全警示牌滅火器等。人員防護套裝，如：絕緣手套，絕緣鞋，護目鏡，安全帽，工作服等。2.整套絕緣拆裝工具及檢測設(shè)備，如：故障診斷儀，數(shù)字式萬用表，絕緣電阻測試儀，動力電池舉升支架，如圖3-13所示等。素養(yǎng)微課堂—汽車名人：學(xué)無止境、永不自滿、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、求真創(chuàng)新。--吳浩青（被譽為中國“鋰離子電池之父”）圖3-12鋰離子蓄電池工作原理（充電狀態(tài)）【任務(wù)實施】圖3-13動力電池舉升支架學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換3.實訓(xùn)車輛：比亞迪秦EV。試車，驗證故障現(xiàn)象。維修人員進入車輛，踩下制動踏板，按下啟動按鈕，組合儀表動力電池故障指示燈點亮，車輛上電失敗。連接比亞迪專用檢測儀，讀取故障記憶，診斷儀顯示“動力電池故障”。二、動力電池的拆卸1.關(guān)閉啟動開關(guān)，選用10mm扳手?jǐn)Q松低壓蓄電池負(fù)極線固定螺栓，取下負(fù)極線，并做好負(fù)極線的相關(guān)防護措施，如下圖3-14所示。

圖3-14拆卸蓄電池負(fù)極

圖3-15拆卸維修開關(guān)2.打開中央扶手，拆卸維修開關(guān)緊固螺釘，戴好絕緣手套后拔出維修開關(guān)總成，如圖3-15所示。3.舉升車輛，確保舉升到合適的高度。4.使用棘輪扳手、接桿、10mm套筒拆卸護板9顆固定螺栓，取出全部固定螺栓后取下護板，如下圖

3-16所示。學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換圖3-16拆卸下護板（5）戴好絕緣手套，拆卸動力電池低壓控制線束插接器。拆卸時注意：先逆時針方向旋轉(zhuǎn)外側(cè)自鎖扣，注意必須旋轉(zhuǎn)到位完全解鎖，再水平方向拔出端子，切忌上下?lián)u動，否則容易形成倒針、折斷、變形現(xiàn)象，如下圖3-17所示。

圖3-17拆卸低壓控制線束插接器（6）拆卸動力電池高壓線束插接器，具體如下圖3-18所示。在拆卸時注意防止插接器折斷、變形。拔出高壓線束插接器后務(wù)必使用萬用表測量正、負(fù)極母線對地電壓，標(biāo)準(zhǔn)值是0V，如圖3-19所示。學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換

圖

3-18

拆卸高壓控制線束插接器

圖

3-19

測量電池母線對地電壓（7）在水管下面放置接水盤，拆卸冷卻水管，如圖3-20所示，注意不讓冷卻水不落在地面。圖3-20拆卸冷卻水管（8）將動力電池舉升支架推入車輛底部，確保其位于動力電池正下方，如圖3-21所示。防止在拆卸動力電池時，動力電池舉升支架隨意滑移。動力電池舉升支架調(diào)至合適的高度，將動力電池托住。注意舉升支架不能檔住需要拆卸的螺栓。學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換a推入動力電池舉升支架b注意不要遮擋固定螺栓圖3-21操作電池舉升支架9.選用棘輪扳手、接桿和18mm套筒，拆卸動力蓄電池10顆固定螺栓，按照對角交叉、從外到里的原則拆卸。緩慢降低舉升車，將動力蓄電池與車體分離，防止動力蓄電池從舉升支架掉落。檢查動力蓄電池外觀及銘牌。具體如下圖3-22所示。圖3-22拆卸和檢查蓄電池外觀及銘牌學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換三、動力電池的絕緣測試（1）根據(jù)各接線端子外形特點，選擇合適的測量表筆對動力蓄電池進行絕緣測試，鱷魚夾夾住公共端金屬部分，如下圖3-23所示。圖3-23測量位置（2）設(shè)置絕緣電阻表的量程。由于比亞迪秦EV電池包電壓為600多伏，因此絕緣電阻表的輸出電壓規(guī)格必須大于該電壓值，選擇1000V，如下圖3-24所示。圖3-24設(shè)置絕緣電阻表學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換（3）分別測量正負(fù)極接線柱與外殼的絕緣電阻，絕緣電阻大于20MΩ為合格，如下圖3-25所示。圖3-25絕緣電阻測量及結(jié)果四、動力電池的安裝（1）將動力電池置于動力電池舉升支架上，將舉升車推入車底，固定腳輪，緩慢將舉升車升起至接近汽車底盤位置，如下圖3-26所示。動力電池舉升支架動力電池

圖3-26舉升動力電池學(xué)習(xí)任務(wù)三

新能源汽車動力電池的認(rèn)知與更換（2）調(diào)整動力電池舉升支架