新能源汽車電池技術(shù)淺析(二)

◆文/江蘇 吳書龍

新能源汽車電池技術(shù)淺析(二)

◆文/江蘇 吳書龍

(接上期)

二、鋰電池技術(shù)

目前，越來越多的傳統(tǒng)式混合動(dòng)力汽車、插電式與純電動(dòng)汽車都采用的是鋰離子蓄電池。鋰離子蓄電池是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的高容量可充電電池，比鎳氫電池發(fā)展的更晚，其能量大于氫鎳電池，能存儲(chǔ)更多的電能量，而且具有循環(huán)壽命長、自放電率小、電池?zé)o記憶效應(yīng)和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。其主要研究集中在大容量、長壽命和安全性三個(gè)方面，成為當(dāng)前能量存儲(chǔ)技術(shù)的熱點(diǎn)。雖然其從1970年誕生至今時(shí)間并不算長，但憑借能量密度高、循環(huán)使用壽命長等特點(diǎn)迅速占據(jù)了新能源汽車電池市場的絕大部分江山。如今，在售新能源汽車配備的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池兩種，且這兩種電池在自身特點(diǎn)上存在顯著差異，因此我們將對其進(jìn)行細(xì)致的講解與對比。

1.磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，電池負(fù)極是石墨，中間是聚乙烯或聚丙烯材料制成的隔膜板，電池中部的上下端間裝有有機(jī)電解質(zhì)，鋰離子的電解質(zhì)是由有機(jī)溶劑和鋰鹽組成，對人體組織具有腐蝕性，并且可燃，外殼由金屬材料密封，圖10所示為比亞迪e5磷酸鐵鋰電池組安裝位置。

圖10 比亞迪e5動(dòng)力電池組安裝位置

(1)外部特征

比亞迪e5動(dòng)力電池系統(tǒng)最重要的外部特征是：高電壓導(dǎo)線或高電壓接口和12V車載網(wǎng)絡(luò)接口，布置在整車地板下面，電量為47.5kWh。

動(dòng)力電池組的密封蓋一般通過幾十個(gè)螺栓加密封膠以機(jī)械方式與托盤連接在一起。在動(dòng)力電池組上密封蓋上一般粘貼有幾個(gè)提示牌，如一個(gè)型號(hào)銘牌和兩個(gè)警告提示牌。型號(hào)銘牌提供邏輯信息(例如電池參數(shù)標(biāo)簽和電池編號(hào))和最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)(例如額定電壓)。兩個(gè)警告提示牌提醒注意動(dòng)力電池組采用鋰離子技術(shù)且電壓較高以及可能存在的相關(guān)危險(xiǎn)。圖11為動(dòng)力電池組上提示牌的安裝位置、檢驗(yàn)報(bào)告和托盤螺栓固定力矩。

圖11 比亞迪e5動(dòng)力電池組密封蓋上的提示牌

在動(dòng)力電池組上帶有一個(gè)2芯高電壓接口，動(dòng)力電池組通過該接口與高電壓車載網(wǎng)絡(luò)連接，如圖12所示。圍繞高電壓導(dǎo)線的兩個(gè)電氣觸點(diǎn)還各有一個(gè)屏蔽觸點(diǎn)。這樣可使高壓電纜屏蔽層(每根導(dǎo)線各有一個(gè)屏蔽層)一直持續(xù)到動(dòng)力電池組密封蓋內(nèi)，從而有助于確保電磁兼容性EMV。

新能源汽車基本都會(huì)在整車的關(guān)鍵連接部件上都使用低壓互鎖電路，圖13所示為比亞迪e5主要部件內(nèi)的互鎖電路。互鎖電路是一種低壓電路，在被斷路時(shí)向控制模塊發(fā)出信號(hào)，或者當(dāng)動(dòng)力電池組的維修開關(guān)被部分或完全拆下時(shí)主動(dòng)斷開電路。然而，維修開關(guān)上的互鎖電路通常并不是汽車上唯一的互鎖電路，比如說在高壓電纜連接插頭處或保護(hù)蓋上也有互鎖電路。這樣做的目的是確保在高壓系統(tǒng)某部分被斷接或暴露的情況下，車輛高壓系統(tǒng)能夠立刻斷開(READY為OFF)。有些車輛還會(huì)采用這樣的這計(jì)：只有互鎖電路斷開，同時(shí)車輛以小于每小時(shí)幾英里的速度行駛或者停車時(shí)，汽車才會(huì)斷電。

圖12 比亞迪e5動(dòng)力電池組高電壓接口

12V車載網(wǎng)絡(luò)接口為集成式控制單元提供電壓、總線信號(hào)、傳感器信號(hào)和監(jiān)控信號(hào)，如圖14所示。

圖14 比亞迪e5動(dòng)力電池組低電壓接口

直流高壓電纜組件由兩根絕緣的高壓電纜組成，用來連接混合動(dòng)力汽車或純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池組和汽車的變頻器。由于大部分高壓電纜都位于汽車底盤下(夾在動(dòng)力電池組和底盤之間)，因此它能受到很好的保護(hù)，避免碰撞到路面帶來的損壞。而純電動(dòng)汽車和一些插電式車輛安裝的電池組要大得多，往往要延長到幾乎車輛前部的位置，所以其高壓電纜通常也會(huì)相對混合動(dòng)力汽車中的短一些。比亞迪e5電池高壓電纜從電池端輸出，高壓電控總成端輸入，如圖15所示。

圖13 比亞迪e5互鎖電路

圖15 比亞迪e5電池高壓電纜

(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

比亞迪e5電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)由：電池模組、動(dòng)力連接片、連接電纜、電池采集器、采樣線、電池組固定壓條，密封條等組成，如圖16所示。

圖16 比亞迪e5電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰電池的單體電池標(biāo)稱電壓是3.2V，充電終止時(shí)的最高電壓為3.6V，最大放電的電壓為2.0V。如圖17所示，比亞迪e5由13個(gè)模組串聯(lián)組成，總電壓為633.6V，容量為75Ah；電池組高壓接口在1#電池負(fù)極、13#電池正極。13號(hào)模組在1號(hào)的上層，12號(hào)模組在11號(hào)的上層，6、7、8號(hào)模組分別在5、4、9號(hào)的上層。

圖17 比亞迪e5電池模組結(jié)構(gòu)

比亞迪e5使用電池信息采集器BIC監(jiān)控電池組傳感器測量的數(shù)據(jù)和電池性能。通常情況下，數(shù)據(jù)被報(bào)告給電池管理器BMS，然后BMS根據(jù)工作條件和駕駛員的需求命令電池進(jìn)行相應(yīng)的充電或放電。

如果出現(xiàn)了單體電池、電池模組或部分電路的電壓變得不平衡，部分帶充電系統(tǒng)的電動(dòng)還可以用BIC來幫助進(jìn)行電池電壓均衡。BIC的安裝位置(圖18)，其主要是進(jìn)行電壓、溫度和通訊信號(hào)的采集。

圖18 比亞迪e5電池模組BIC

比亞迪e5動(dòng)力電池組內(nèi)部含有4個(gè)接觸器(影響電池組是否可以串聯(lián))和2個(gè)保險(xiǎn)：2個(gè)分壓接觸器和保險(xiǎn)(6號(hào)和10號(hào)模組內(nèi)部各一個(gè))，1個(gè)正極接觸器(13號(hào)模組內(nèi)部)，1個(gè)負(fù)極接觸器(1號(hào)模組內(nèi)部)，如圖19所示。分壓接觸器在電池模組內(nèi)部，無法單獨(dú)拆卸。只可以通過插頭施加電壓進(jìn)行間接判斷。

圖19 比亞迪e5接觸器

(未完待續(xù))