【检修知识】汽车锂离子能源电池及应用保护

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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。在目前商用的动力电池中，锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、自放电率低、温度范围宽、无记忆效应、对环境无污染等优点，最受市场青睐。 1汽车锂离子电池和锂离子电池组 锂离子电池是一种可充电电池，主要依靠锂离子通过电解液在正极和负极之间运动来实现充放电。根据锂离子电池所用电解质材料的不同，锂离子电池可分为液体锂离子电池和聚合物锂离子电池两大类。前者用液体电解质，后者用固体聚合物电解质代替。固体聚合物电解质有两种形式:干态和胶态。除了电解液不同，这两类锂离子电池的正负极材料和工作原理基本相同。目前锂离子电池以含锂化合物为正极，碳材料为负极。正负极材料中没有金属锂，只有锂离子。正极材料包括硼化锂、锰酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂等材料，负极一般为石墨。 如图1所示，锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜和电池壳组成。隔膜由多孔绝缘材料制成，主要起到隔离电池正负极的作用，阻挡电子在电池正负极之间移动，但允许锂离子(li+)通过隔膜上的微孔在正负极之间移动。当锂离子电池充电时，Li+在电场力的作用下从正极的缝隙中脱出，并通过隔膜穿过电解液嵌入负极。此时，负电极处于富状态，正电极处于贫锂状态。相反，当放电时，li+从负极的间隙中脱出，并通过电解质嵌入到正极中。此时，正极处于富锂状态，负极处于贫锂状态。因此，在充放电循环过程中，Li+分别在正负极进行嵌入和脱嵌，Li+在正负极之间来回移动，而电子则通过电池的外部导线在电池的正负极之间移动，形成充放电电流。因此，人们形象地将锂离子电池称为摇椅电池。锂离子电池的工作电压取决于锂离子嵌入化合物本身和锂离子的浓度。 由于单节锂离子电池电压小、容量小，无法满足汽车的使用要求，需要将N节单节锂离子电池组合连接成一个电池组(俗称电池组)才能作为汽车的动力电池使用。通常汽车动力电池组由几十块甚至上百块单体电池组成。在电池组中，单体电池的容量、电压等参数必然存在个体差异，导致每个单体电池很难做到充放电一致。但单体电池过放、过充或内部短路都会导致电池发热，不仅会影响电池的使用寿命，还会存在安全隐患。因此，为了保证电池组的安全性和使用寿命，一般在锂离子电池组中设置电压、温度和电流的采集线，以便电池管理系统(bms)采集电池组的参数，实施实时监控，保证电池组处于正常工作状态。 2汽车用锂离子电池组的使用注意事项 (1)在使用和清洗汽车时，应注意避免锂离子动力电池组的撞击和进水。 (2)当电表显示电量较低时，应及时给锂离子动力电池充电，避免因动力电池电量不足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，停车让电池冷却，过热报警灯熄灭后再继续行驶；如果电池过热报警或电池故障报警灯经常常亮，应及时由专业人员排除故障。严禁非专业人员自行拆装电池组，以免造成人身伤害。 (4)当电池着火时，使用干沙或氮气灭火器灭火。 (5)如果车辆长时间停止行驶，应取出电池组负极，每月定期给动力电池充电一次，以防止电池组失电，影响其使用寿命。 汽车锂离子电池组的日常维护 (1)检查电池组的外观。电池盖和电极柱应清洁，不能有灰尘、金属屑等污物。如果有，应使用压缩空气进行清洁。电池组外壳不应有裂纹、鼓包、变形、极柱松动等异常情况；电池盖和托盘应密封，电池与车身的连接处应紧密贴合。 (2)检查电池连接状态。电池极接头连接应牢固可靠，不应有腐蚀；电池的各连接点与电池组的节点如导电带、电压和温度采集端子等接触应可靠，不得有松动、脱落、锈蚀或变形；充电插头与插座接触应良好。 (3)电池漏电检测。为了降低电动汽车用电设备的工作电流，锂离子电池组的工作电压一般采用300 v DC以上的电压规格，因此汽车锂离子动力电池组的绝缘要求较高。电动汽车的绝缘性能是通过电池组正负DC母线对地的绝缘电阻来衡量的。根据电动汽车国家标准gb/t18384.1-2001，电池组对地绝缘电阻除以电动汽车DC系统标称电压U，结果大于100 on，符合安全要求。 4电池组更换 当电池组达到使用寿命时，需要更换。更换电池组必须由具有电工资格的专业人员操作。电池组更换场地应通风干燥，地面无水油痕迹，周围无高压设备；操作人员必须戴绝缘手套(耐压600 v以上)、防护口罩、穿绝缘胶鞋，不能随身携带任何金属物品。 拆卸车辆上的电池组时，应首先关闭车辆的电源开关，切断电池组与蓄电池外部电气设备的所有连接。如果电动汽车装有紧急维修开关，只需将紧急维修开关手柄旋至断电位置。然后拆下动力电池与电池管理系统(bms)、高压配电箱等之间的连接。(特别提醒:拆下高压接线后，用绝缘胶带将外露金属部分包扎好)。最后用专用起重设备将电池组平稳取下，不允许碰撞。 安装电池组时，先检查电池组和电池盒托盘的密封性；电池组安装到车身上后，目视检查电池组与车身的连接处是否贴紧；然后，对电池组进行泄漏测试。经测试符合技术要求后，按规范正确安装电压、温度、电流等采集线和高压接线。最后，检查电池组的连接点，确认无误后再将电池组与其外部电气设备连接，以免损坏电池和电气设备。