3.2动力电池与管理系统认知
授课题目
3.2动力电池与管理系统认知
教学目标
应知
1．了解动力电池系统的基本结构
2．了解动力电池管理系统的功能
应会
1．具备资料查询、收集和整理能力
2.  能够分析动力电池系统的运行数据
教学重点
内容
教学方法
1．了解动力电池系统的基本结构
2．了解动力电池管理系统的功能
任务驱动法、现场教学法、实践操作法
教学难点
内容
突破方法
1．具备资料查询、收集和整理能力
2.  能够分析动力电池系统的运行数据
通过教师与学生的互动与学生自主的反复练习
课堂类型
理实一体
授课地点
教学方法
案例分析法、任务驱动法、现场教学法、实践操作法
课时
授课班级
实施时间
备课时间
教学过程
时间分配
内容/项目/情景
教学活动形式
教学目标普桑2013
6S管理
进入实训室门口的检查：
1.工作服穿戴是否整齐
2.食品包装盒不能带入实训室
实训室的检查
1.检查学生是否随手丢垃圾
2.实训操作时是否规范
离开实训室：
1.做到整理；整顿；清扫工作
总装线
教师讲授
注重培养学生的素养
培养学生具有6S管理的理念
约15分钟
一、新课引入：
赵经理开着自己的新能源汽车到4S店进行检修。
赵经理：感觉这辆车最近续航里程下降了很多，请师傅帮忙给检修一下。
技师王：新能源电动汽车的续航里程是广大车主非常关心的一个问题。影响汽车续航里程的主要原因除了常见的车辆行驶路况、车辆负载以外，还有动力电池性能、辅助系统能量消耗、环境温度等因素。
1、提问引入
2、通过提出问题引入案例，并且收集随机抽取的2-3名学生回答的答案
通过提出问题并将学生回答问题的答案引发更多学生讨论，将学生注意力吸引到本节课要讲的内容上来，从而提高学生学习积极性和学习效率
二、讲授新课：
2.1 动力电池系统基本组成
在新能源电动汽车中，动力电池与管理系统、驱动电机及控制系统、整车控制器是三个最重要的核心部件，即通常所说的“三大电”。电控空调系统、电控转向系统、电控制动系统是新能源汽车的三个主要辅助系统，即“小三电”，这6个电气系统作为新能源汽车的关键部件，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性起着决定性的作用。
动力电机        高压电池      电动空调压缩机
电动汽车动力电池系统主要包括动力电池储能系统、动力电池管理系统和动力电池充电系统三大部分。动力电池是新能源汽车的核心，为整车提供驱动车辆行驶的电能。
    动力电池系统的很多零部件通常集成在一个密闭的箱体内，叫做动力电池箱或电池包，安装在车身底部的前后桥与两侧纵梁之间，北汽EV160车型电池箱体如图3-7所示。将动力电池安装在该位置具有较高的碰撞安全性，还可以降低车辆的重心，简化车身结构。
特斯拉主要采用的是ICR 18650型三元锂离子电池，特斯拉Model S的电池总成重量大约为900Kg，上面标示着85KWh，即指85度电的容量。电池箱体由16个电池模组联接，每个电池模组里面有444节锂电池，其中每74节串联到一起，所以，整个电池箱体是由7104节18650锂电池组成。电池箱体位于车辆底盘正下方，沉重的电池箱体所带来的低重心让特斯拉行驶起来更加稳定，坚硬的电池箱体外壳也给车辆的驾乘人员增加了一层保护措施，如下图所示。
（1）动力电池箱
动力电池箱内主要包括动力电池模组、电池管理系统、辅助元器件以及动力电池箱体等部件，动力电池箱结构如图。
    动力电池箱是用来支撑、固定和包围动力电池系统组件，具有承载保护动力电池模组及电气元件的作用。新能源汽车的电池箱体大都是通过螺栓固定在车身底板下方，其防护等级为IP67。当进行整车维护时需观察电池箱体螺栓是否有松动，箱体是否有破损变形，密封法兰是否完整。电池箱体表面不得有划痕、尖角、毛刺、焊缝及剩余油迹等外观缺陷。
北汽EV160动力电池内部结构
比亚迪e5动力电池内部结构
长城WEY P8动力电池内部结构
（2）电池单体
电池单体即电芯，是构成动力电池模组的最小单元。按正极材料来分，主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等。动力电池单体有圆柱形和长方体形，根据壳体材料不同，又有金属外壳和软包外壳等类型。
驾考新规定
（3）电池模组
    电池模组是指电池单体经过串联或并联的方式进行组合，并设置保护线路板及外壳后能够直接提供电能的组合体，如图3-14所示。电池模组的组合方法主要有先并后串、先串后并和混联三种，是组成动力电池系统的次级结构之一。
（4）辅助元器件
    动力电池箱内部的辅助元器件按照作用分类，主要有电子控制单元、继电器组件、信息采集元件、温度调节元件、保护装置以及高低压连接线束等部件。以北汽EV160为例。
（4）辅助元器件
1）主控盒(器）
主控盒是动力电池管理系统的控制中心。用来控制总正继电器、加热继电器以及预充继电器，还通过CAN总线与VCU进行通讯。
•  2）从控盒(器）
从控盒用来分别采集左右电池组的单体电压和模组温度，然后通过CAN总线将信息输送给主控盒。
• 3）高压控制盒(器）
高压控制盒的主要作用是采集总电压、电流、检测高压绝缘情况等，然后通过CAN总线传输给主控盒。
•4）高压继电器
        电池包内通常设有多个高压继电器，也叫做断路器或继电器。电池管理系统要完成对继电器的驱动与状态检测，通过与整车控制器通讯协调后进行控制。电池包内的继电器一般有总正、总负、预充以及加热继电器等。
•5）维护插接器
        维护插接器也叫维修开关或紧急开关，在特定时刻能够实现高压系统的电气隔离，是保证电动汽车高压电气安全的关键部件。在车辆维修或存在漏电危险等特殊情况时，使用维修开关人工切断高压电路。
•6）高压断路器
        也叫高压熔断器也叫动力电池主保险，它串联在被保护电路中，用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。
•7）电加热膜
        动力电池的电加热膜外表为一层绝缘硅胶，因此又称硅胶电热膜或硅橡胶电热片。是一种采用耐高温、高导热、绝缘性能好、强度高的硅橡胶和耐高温的纤维增强材料以及金属发热膜电路集合而成的软性电加热膜元件。
•8）温度传感器
        为了保证电池的使用性能必须使电池工作在合理的温度范围之内。温度传感器用来检测动力电池电芯温度。
•9）加热断路器
        当动力电池的加热电流过大时熔断，加热断路器熔断，用来保护加热系统零部件。
•10）预充电阻
        根据电动汽车的安全标准条例，对于高于60V的高压系统，其上电过程必须大于100ms。在上电过程中应该采用预充过程来缓解高压冲击，以提高整车的安全性能。
        预充管理是新能源汽车必不可少的重要环节，主要作用是给驱动电机控制器的大电容进行充电和缩小高压系统电压差，以减少高压继电器在接触时产生的火花拉弧，降低冲击、增加安全性。预充电阻与预充继电器配合工作，共同完成车辆的预充电过程。
•11）分流器
        新能源汽车动力电池工作电流的测量方案主要有霍尔式电流传感器和电阻分流器两种。分流器是一个能够通过极大电流的电阻，其阻值是严格设计好的，串接在直流电路里。当高压电流过分流器时，分流器两端产生毫伏级直流电压差值信号，该信号输送给电池管理系统，用以计量该直流电路里的电流值。
•12）连接线束
        动力电池箱体内部连接线束主要分为高压线缆、低压线缆和CAN信号线。
2.2 电池管理系统
定义：电池管理系统（BMS）是动力电池的核心部件，是集检测、控制与管理为一体的控制单元。
组成：主要由主控盒、从控盒、高压盒、温度调节装置以及信号采集单元等部件组成。
作用：具体任务有电池状态估算、数据采集、温度管理、绝缘检测、安全管理、充放电管理、故障管理以及数据传输等。
•动力电池管理系统运行数据
拓展阅读
动力电池均衡管理
    生产制造和使用过程的差异性，造成了动力电池单体天然就存在着不一致性。不一致性主要表现在单体容量、内阻、自放电率、充放电效率等方面。单体的不一致，传导至动力电池包，带来了动力电池包容量的损失，进而造成寿命的下降。如充电时有的已充满，有的还没满;用电时，有的电已用完了，有的还没用完，易产生过充或过放。
有研究表明，单体电芯20%的容量差异，会带来电池包40%的容量损失。电池单体的不一致，会随着时间的推移，在温度以及振动条件等随机因素的影响下进一步恶化。采取的措施就是电池管理系统对电芯实施均衡。
电池均衡的主要方法，主要分为化学均衡方法（未得到广泛应用）和物理均衡方法。物理均衡方法根据是否有能量损失又分为被动均衡和主动均衡。
被动均衡（有损均衡）：电阻耗能式，在每一颗单体电池并联一个电阻分流，耗能均衡就是将容量多的电池中多余的能量消耗掉，实现整组电池电压的均衡。但由于每个单体并联一个放电电阻，从而损耗电能并产生热量，给电池系统热管理提出了更高的要求。
主动均衡（无损均衡）：能量转移式，将单体能量高的转移到单体能量低的，通过储能原件实现不均衡电池间的能量转移。该类方案普遍结构复杂，硬件成本高，对系统的可靠性设计也提出了较高的要求；但其能量利用率较高，是目前电池单体均衡研究的一个热点。根据储能原件不同，又可分为：电容均衡、变压器均衡和电感均衡三类。
（1）动力电池均衡管理
三、学生分组操作
•1、高压防护用具正确使用与场地的隔离
•2、动力蓄电池的拆卸与内部组件的认识
•3、新能源汽车故障诊断仪的连接与使用
•4、动力电池系统的运行数据记录与分析
  填写P58-59上的任务实施记录单
学生相互监督完成操作
四、本课小结passat领驭
•1、动力电池系统的组成与作用
•2、动力电池管理系统的功能与组成
•斯柯达3、动力电池管理系统的主要数据分析
小结本课内容
通过总结使学生明白本次课自己掌握了什么，学到了什么，还有哪些不足。北京违章查询
参考资料