汽車鋰離子動力電池及使用維護

杭州汽車高級技工學校（310011） 田勇根

汽車鋰離子動力電池及使用維護

杭州汽車高級技工學校（310011） 田勇根

新能源汽車動力電池是新能源汽車的核心部件，堪稱新能源汽車的心臟。動力電池的日常維護質量將直接影響汽車的技術狀況和使用壽命。在當前商業化應用的動力電池中，鋰離子電池具有比能量高，循環壽命長，自放率低，使用溫度范圍寬，無記憶效應，對環境無污染等優勢，最被市場看好。

1 汽車鋰離子電池及鋰離子電池組

鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間通過電解質進行移動實現充電和放電。根據鋰離子電池所用電解質材料不同，鋰離子電池可分為液態鋰離子電池和和聚合物鋰離子電池兩大類，前者使用液體電解質，而后者則以固體聚合物電解質代替，固體聚合物電解質有“干態”和“膠態”兩種形式。這兩類鋰離子電池除了使用的電解液不同外，它們所使用的正、負極材料及工作原理都基本相同。目前，鋰離子電池以含鋰的化合物作正極，以碳素材料為負極，正負極材料中沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰等材料，負極一般為石墨。

如圖1所示，鋰離子電池主要由正極、負極、電解質、隔膜及電池殼組成。隔膜采用多孔絕緣材料，主要起到隔離電池正、負極的作用，阻隔電子在電池的正、負極之間移動，但允許鋰離子（Li+）通過隔膜上的微孔在正、負極間移動。鋰離子電池充電時，Li+在電場力的作用下，從正極的空隙脫嵌，經過電解液透過隔膜嵌入到負極，此時，負極處于富鋰態，正極處于貧鋰態；當放電時則相反，Li+從負極的空隙脫嵌，經過電解質嵌入到正極，此時的正極處于富鋰態，負極處于貧鋰態。因此，在充、放電循環時，Li+分別在正、負極上發生“嵌入脫嵌”反應，Li+便在正負極之間來回移動，電子則通過電池外部導線在電池正、負極間移動而形成充、放電電流。因此，人們又形象地把鋰離子電池稱為“搖椅式電池”。鋰離子電池工作電壓的大小取決于構成電極的鋰離子嵌入化合物本身及鋰離子的濃度。

由于單體鋰離子電池的電壓和容量較小，不能滿足汽車的使用要求，需將n個單體鋰離子電池組合連接形成電池組（俗稱“電池包”），方能用作汽車的動力電池。通常，汽車動力電池組由幾十個甚至上百個單體電池組裝而成。在電池組中，單體電池的容量、電壓等參數必然存在著個體差異，使得各個單體電池在充、放電時很難達到一致。而單體電池的過放電、過充電或內部短路將使電池產生升溫現象，這不但會影響電池的使用壽命，而且也有安全隱患。因此，為保證電池組的使用安全和使用壽命，在鋰離子電池組中一般都設置有電壓、溫度和電流等采集線，使電池管理系統（BMS）能對電池組進行參數采集，實施實時監控，確保電池組處于正常的工作狀態。

2 汽車鋰離子動力電池組使用注意事項

（1）在使用和清洗汽車時，應注意避免鋰離子動力電池組受到撞擊和進水。

（2）當儀表顯示電量較低時，應及時給鋰離子動力電池充電，避免因動力電池虧電而影響電池的正常使用，甚至縮短動力電池的使用壽命。

（3）汽車行駛中出現電池過熱報警時，要停車使電池降溫，待過熱警告燈熄滅后再繼續行駛；若頻繁出現電池過熱報警或電池故障警告燈常亮，則應及時由專業人員進行故障排除，嚴禁非專業人員自行對電池組進行拆裝，以免造成人身傷害。

（4）當電池著火時，應用干沙或氮氣滅火器滅火。

（5）如果車輛長期停駛，為避免電池組虧電而影響使用壽命，應拆下電池組的負極，并每月定期給動力電池充電1次。

3 汽車鋰離子動力電池組的日常維護

（1）檢查電池組的外觀。電池組蓋與電極柱應清潔，不應有灰塵、金屬屑等污物存在，若有，則應用壓縮空氣進行清理；電池組外殼不應有裂紋、鼓脹、變形、極柱松動等異常情況；電池蓋與托盤應保持密封，電池與車身結合處應貼合緊密。

（2）電池連接狀況檢查。電池極柱接頭連線應牢固可靠，不應有腐蝕現象；單體電池的各連接點及電池組導電帶、電壓、溫度采集端子等節點的接觸應可靠，不應有松動、脫落、生銹或變形現象；充電插頭與插座接觸應良好。

（3）電池組漏電檢測。為減小電動汽車電氣設備的工作電流，鋰離子電池組的工作電壓一般采用直流300 V以上的電壓規范，故汽車鋰離子動力電池組有著很高的絕緣性要求。電動汽車的絕緣性能以電池組的直流正、負母線對搭鐵的絕緣電阻來衡量，按電動汽車國家標準GB/T 18384.1—2001規定，電池組對搭鐵的絕緣電阻值除以電動汽車直流系統標稱電壓U，結果大于100 Ω/V，符合安全要求。

4 電池組的更換

當電池組達到使用壽命后，則需要進行更換。電池組的更換須由具備電工上崗資質的專業人員操作。電池組更換現場應通風、干燥，地面無水跡和油跡，周邊無高壓設備；操作人員須穿戴絕緣手套（耐壓600 V以上）、防護面罩、絕緣膠鞋，不能隨身攜帶任何金屬類物品。

就車拆卸電池組時，應首先切斷汽車電源開關，并切斷電池組與電池外部用電設備的所有連接。若電動汽車設置有緊急維修開關，只需將緊急維修開關的手柄扳至斷電位置即可。然后拆除動力電池與電池管理系統（BMS）、高壓配電箱等的連接（特別提醒：高壓配線拆下后，應用絕緣膠帶將外露金屬部分進行包裹）。最后用專用舉升設備將電池組平穩取下，嚴禁撞擊。

安裝電池組時，應首先檢查電池組與電池箱托盤的密封性；電池組安裝至車身后，應目測電池組與車身的結合處是否貼合緊密；然后對電池組進行漏電測試，測試符合技術要求后，按規范將電壓、溫度和電流等采集線及高壓配線安裝妥善；最后，對電池組的各連接點進行檢查，確認無誤后方能將電池組與其外部用電設備進行連接，以免損壞電池及用電設備。

2015-07-09）