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汽车锂离子动力电池及使用维护

  新能源汽车动力电池是新能源汽车的核心部件,堪称新能源汽车的心脏。动力电池的日常维护质量将直接影响汽车的技术状况和使用寿命。在当前商业化应用的动力电池中,锂离子电池具有比能量高,循环寿命长,自放率低,使用温度范围宽,无记忆效应,对环境无污染等优势,最被市场看好。

  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通过电解质进行移动实现充电和放电。根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可分为液态锂离子电池和和聚合物锂离子电池两大类,前者使用液体电解质,而后者则以固体聚合物电解质代替,固体聚合物电解质有“干态”和“胶态”两种形式。这两类锂离子电池除了使用的电解液不同外,它们所使用的正、负极材料及工作原理都基本相同。目前,锂离子电池以含锂的化合物作正极,以碳素材料为负极,正负极材料中没有金属锂存在,只有锂离子。正极材料有钻酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂等材料,负极一般为石墨。

  如图1所示,锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔膜及电池壳组成。隔膜采用多孔绝缘材料,主要起到隔离电池正、负极的作用,阻隔电子在电池的正、负极之间移动,但允许锂离子(Li+ )通过隔膜上的微孔在正、负极间移动。锂离子电池充电时,Li+在电场力的作用下,从正极的空隙脱嵌,经过电解液透过隔膜嵌入到负极,此时,负极处于富狸态,正极处于贫锂态;当放电时则相反,Li+从负极的空隙脱嵌,经过电解质嵌入到正极,此时的正极处于富锂态,负极处于贫锂态。因此,在充、放电循环时,Li+分别在正、负极上发生“嵌入脱嵌”反应,Li+便在正负极之间来回移动,电子则通过电池外部导线在电池正、负极间移动而形成充、放电电流。因此,人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅式电池”。锂离子电池工作电压的大小取决于构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度。

  由于单体锂离子电池的电压和容量较小,不能满足汽车的使用要求,需将n个单体锂离子电池组合连接形成电池组(俗称“电池包”),方能用作汽车的动力电池。通常,汽车动力电池组由几十个甚至上百个单体电池组装而成。在电池组中,单体电池的容量、电压等参数必然存在着个体差异,使得各个单体电池在充、放电时很难达到一致。而单体电池的过放电、过充电或内部短路将使电池产生升温现象,这不但会影响电池的使用寿命,而且也有安全隐患。因此,为保证电池组的使用安全和使用寿命,在锂离子电池组中一般都设置有电压、温度和电流等采集线,使电池管理系统(BMS )能对电池组进行参数采集,实施实时监控,确保电池组处于正常的工作状态。

  (2)当仪表显示电量较低时,应及时给锂离子动力电池充电,避免因动力电池亏电而影响电池的正常使用,甚至缩短动力电池的使用寿命。

  (3)汽车行驶中出现电池过热报警时,要停车使电池降温,待过热警告灯熄灭后再继续行驶;若频繁出现电池过热报警或电池故障警告灯常亮,则应及时由专业人员进行故障排除,严禁非专业人员自行对电池组进行拆装,以免造成人身伤害。

  (5)如果车辆长期停驶,为避免电池组亏电而影响使用寿命,应拆下电池组的负极,并每月定期给动力电池充电1次。

  (1)检查电池组的外观。电池组盖与电极柱应清洁,不应有灰尘、金属屑等污物存在,若有,则应用压缩空气进行清理;电池组外壳不应有裂纹、鼓胀、变形、极柱松动等异常情况;电池盖与托盘应保持密封,电池与车身结合处应贴合紧密。

  (2)电池连接状况检查。电池极柱接头连线应牢固可靠,不应有腐蚀现象;单体电池的各连接点及电池组导电带、电压、温度采集端子等节点的接触应可靠,不应有松动、脱落、生锈或变形现象;充电插头与插座接触应良好。

  (3)电池组漏电检测。为减小电动汽车电气设备的工作电流,锂离子电池组的工作电压一般采用直流300 V以上的电压规范,故汽车锂离子动力电池组有着很高的绝缘性要求。电动汽车的绝缘性能以电池组的直流正、负母线对搭铁的绝缘电阻来衡量,按电动汽车国家标准GB/T18384.1-2001规定,电池组对搭铁的绝缘电阻值除以电动汽车直流系统标称电压U,结果大于100 ON,符合安全要求。

  当电池组达到使用寿命后,则需要进行更换。电池组的更换须由具备电工上岗资质的专业人员操作。电池组更换现场应通风、干燥,地面无水迹和油迹,周边无高压设备;操作人员须穿戴绝缘手套(耐压600 V以上)、防护面罩、绝缘胶鞋,不能随身携带任何金属类物品。

  就车拆卸电池组时,应首先切断汽车电源开关,并切断电池组与电池外部用电设备的所有连接。若电动汽车设置有紧急维修开关,只需将紧急维修开关的手柄扳至断电位置即可。然后拆除动力电池与电池管理系统(BMS)、高压配电箱等的连接(特别提醒:高压配线拆下后,应用绝缘胶带将外露金属部分进行包裹)。最后用专用举升设备将电池组平稳取下,严禁撞击。

  安装电池组时,应首先检查电池组与电池箱托盘的密封性;电池组安装至车身后,应目测电池组与车身的结合处是否贴合紧密;然后对电池组进行漏电测试,测试符合技术要求后,按规范将电压、温度和电流等采集线及高压配线安装妥善;最后,对电池组的各连接点进行检查,确认无误后方能将电池组与其外部用电设备进行连接,以免损坏电池及用电设备。

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