汽車鋰離子動(dòng)力電池及使用維護(hù)

杭州汽車高級(jí)技工學(xué)校（310011） 田勇根

汽車鋰離子動(dòng)力電池及使用維護(hù)

杭州汽車高級(jí)技工學(xué)校（310011） 田勇根

新能源汽車動(dòng)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(dòng)力電池的日常維護(hù)質(zhì)量將直接影響汽車的技術(shù)狀況和使用壽命。在當(dāng)前商業(yè)化應(yīng)用的動(dòng)力電池中，鋰離子電池具有比能量高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，自放率低，使用溫度范圍寬，無(wú)記憶效應(yīng)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，最被市場(chǎng)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(fù)極之間通過(guò)電解質(zhì)進(jìn)行移動(dòng)實(shí)現(xiàn)充電和放電。根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可分為液態(tài)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(zhì)，而后者則以固體聚合物電解質(zhì)代替，固體聚合物電解質(zhì)有“干態(tài)”和“膠態(tài)”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(fù)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(fù)極，正負(fù)極材料中沒(méi)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(fù)極一般為石墨。

如圖1所示，鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、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(fù)極的作用，阻隔電子在電池的正、負(fù)極之間移動(dòng)，但允許鋰離子（Li+）通過(guò)隔膜上的微孔在正、負(fù)極間移動(dòng)。鋰離子電池充電時(shí)，Li+在電場(chǎng)力的作用下，從正極的空隙脫嵌，經(jīng)過(guò)電解液透過(guò)隔膜嵌入到負(fù)極，此時(shí)，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)；當(dāng)放電時(shí)則相反，Li+從負(fù)極的空隙脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入到正極，此時(shí)的正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。因此，在充、放電循環(huán)時(shí)，Li+分別在正、負(fù)極上發(fā)生“嵌入脫嵌”反應(yīng)，Li+便在正負(fù)極之間來(lái)回移動(dòng)，電子則通過(guò)電池外部導(dǎo)線在電池正、負(fù)極間移動(dòng)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(gòu)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(gè)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(dòng)力電池。通常，汽車動(dòng)力電池組由幾十個(gè)甚至上百個(gè)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(shù)必然存在著個(gè)體差異，使得各個(gè)單體電池在充、放電時(shí)很難達(dá)到一致。而單體電池的過(guò)放電、過(guò)充電或內(nèi)部短路將使電池產(chǎn)生升溫現(xiàn)象，這不但會(huì)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(shè)置有電壓、溫度和電流等采集線，使電池管理系統(tǒng)（BMS）能對(duì)電池組進(jìn)行參數(shù)采集，實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保電池組處于正常的工作狀態(tài)。

2 汽車鋰離子動(dòng)力電池組使用注意事項(xiàng)

（1）在使用和清洗汽車時(shí)，應(yīng)注意避免鋰離子動(dòng)力電池組受到撞擊和進(jìn)水。

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

（3）汽車行駛中出現(xiàn)電池過(guò)熱報(bào)警時(shí)，要停車使電池降溫，待過(guò)熱警告燈熄滅后再繼續(xù)行駛；若頻繁出現(xiàn)電池過(guò)熱報(bào)警或電池故障警告燈常亮，則應(yīng)及時(shí)由專業(yè)人員進(jìn)行故障排除，嚴(yán)禁非專業(yè)人員自行對(duì)電池組進(jìn)行拆裝，以免造成人身傷害。

（4）當(dāng)電池著火時(shí)，應(yīng)用干沙或氮?dú)鉁缁鹌鳒缁稹?/p>

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

3 汽車鋰離子動(dòng)力電池組的日常維護(hù)

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

（2）電池連接狀況檢查。電池極柱接頭連線應(yīng)牢固可靠，不應(yīng)有腐蝕現(xiàn)象；單體電池的各連接點(diǎn)及電池組導(dǎo)電帶、電壓、溫度采集端子等節(jié)點(diǎn)的接觸應(yīng)可靠，不應(yīng)有松動(dòng)、脫落、生銹或變形現(xiàn)象；充電插頭與插座接觸應(yīng)良好。

（3）電池組漏電檢測(cè)。為減小電動(dòng)汽車電氣設(shè)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(guī)范，故汽車鋰離子動(dòng)力電池組有著很高的絕緣性要求。電動(dòng)汽車的絕緣性能以電池組的直流正、負(fù)母線對(duì)搭鐵的絕緣電阻來(lái)衡量，按電動(dòng)汽車國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18384.1—2001規(guī)定，電池組對(duì)搭鐵的絕緣電阻值除以電動(dòng)汽車直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓U，結(jié)果大于100 Ω/V，符合安全要求。

4 電池組的更換

當(dāng)電池組達(dá)到使用壽命后，則需要進(jìn)行更換。電池組的更換須由具備電工上崗資質(zhì)的專業(yè)人員操作。電池組更換現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)通風(fēng)、干燥，地面無(wú)水跡和油跡，周邊無(wú)高壓設(shè)備；操作人員須穿戴絕緣手套（耐壓600 V以上）、防護(hù)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(shí)，應(yīng)首先切斷汽車電源開關(guān)，并切斷電池組與電池外部用電設(shè)備的所有連接。若電動(dòng)汽車設(shè)置有緊急維修開關(guān)，只需將緊急維修開關(guān)的手柄扳至斷電位置即可。然后拆除動(dòng)力電池與電池管理系統(tǒng)（BMS）、高壓配電箱等的連接（特別提醒：高壓配線拆下后，應(yīng)用絕緣膠帶將外露金屬部分進(jìn)行包裹）。最后用專用舉升設(shè)備將電池組平穩(wěn)取下，嚴(yán)禁撞擊。

安裝電池組時(shí)，應(yīng)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(yīng)目測(cè)電池組與車身的結(jié)合處是否貼合緊密；然后對(duì)電池組進(jìn)行漏電測(cè)試，測(cè)試符合技術(shù)要求后，按規(guī)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(duì)電池組的各連接點(diǎn)進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)誤后方能將電池組與其外部用電設(shè)備進(jìn)行連接，以免損壞電池及用電設(shè)備。

2015-07-09）