本书是为中等职业院校学生编写的关于新能源汽车动力电池及管理的专业教材。全书采用项目任务式结构，共六个项目，包含动力电池的认识与维护、纯电动汽车电源系统的认识与维护、动力电池充电系统的认知与维护、动力电池管理系统的认识、动力电池冷却系统的认识与检修、常见故障诊断。本书系统讲解新能源汽车动力电池及管理相关知识要点，从学生的实际出发精选内容，减少复杂的理论分析，为学生搭建知识理论框架的同时，介绍实践操作的经验。

项目一

动力电池的认识与维护

学习目标

1.了解动力电池的主要类型

2.熟悉动力电池的工作原理

3.熟悉动力电池的检查与维护

任务一    认识动力电池

    一、动力电池的定义

    动力电池、电机和电控系统是新能源汽车的三大关键组成部分。其中，动力电池是纯电动汽车的“心脏”。动力电池的名称来源于动力机械应用领域，目前习惯上将用于电动汽车的蓄电池称为“动力电池”。电池厂家生产的同类型的电池不仅用于电动汽车，还用于电动自行车、备用电源、储能电站等。在《电动汽车术语》（GB/T 19596—2017）中，动力蓄电池的定义为：为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池。

    动力电池是新能源汽车的核心部件，也是新能源汽车上价格最高的部件之一。动力电池的性能好坏直接决定了车辆的实际价值。

    新能源汽车的动力电池主要有铅酸动力电池、镍氢动力电池、锂离子动力电池等。动力电池是新能源汽车的动力源，动力电池技术是电动汽车的核心技术，更是电气技术与汽车行业的关键结合点，一直制约着电动汽车的发展。近年来，随着新能源汽车动力电池技术的研发受到各国的重视，动力电池的多种性能得到了提高，如我国就在锂离子动力电池技术方面取得了突破性进展。

    动力电池一旦失效，车辆就会处于“瘫痪”状态。动力电池属于高压安全部件，内部结构复杂，工作时需要很苛刻的条件，一旦有异常因素，动力很可能会被切断，因此动力电池的诊断与测试需要有丰富的动力电池技术基础知识，动力电池组的更换更需要专业、规范的操作。

    二、动力电池的类型及基本工作原理

    目前铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池在新能源汽车中均有作为动力电池应用的情况。锂离子动力电池是目前最常用的动力电池，广泛应用在纯电动汽车上。镍氢动力电池多应用在混合动力汽车上。铅酸动力电池则多用在低速电动车、电动自行车上。

    （一）铅酸动力电池

    铅酸蓄电池被广泛用作内燃机汽车的启动动力源，是成熟的电动汽车蓄电池。它可靠性好，原材料易得，价格低，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点：一个是比能量低，质量和体积较大，而一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本高。目前开发出的新型铅酸蓄电池，性能有了很大提高，可用作电动汽车的主动力源。

    铅酸蓄电池是利用稀硫酸、铅、二氧化铅这三种活性物质进行化学反应完成充电和放电的。放电时，化学反应消耗了硫酸并生成水，因此电解液密度会不断下降。而充电时，在外部电压的作用下，电池中会重新生成硫酸，电解液密度上升。

    目前铅酸蓄电池主要用作燃油汽车启动电源、新能源汽车低压电源、电动自行车动力电池等。

    （二）镍氢动力电池

    镍氢动力电池属于碱性电池，具有使用寿命较长、能量密度高、环境友好等优点，缺点是价格较高、性能较锂电池差等。

    镍氢动力电池正极的活性物质是氢氧化镍，负极是储氢合金，用氢氧化钾作为电解质，在金属铂的催化作用下，完成充放电的可逆反应。镍氢动力电池工作原理如图1-1所示。

    在新能源汽车中，大功率的镍氢动力电池主要使用在油电混合动力汽车中，其中最有代表性的车辆就是丰田系列混合动力汽车。其他使用镍氢动力电池的混合动力汽车有福特的Escape、雪佛兰的Malibu、本田的Civic Hybrid等。还有部分纯电动汽车使用镍氢动力电池，如本田的EV Plus、福特的Ranger EV等。

    （三）锂离子动力电池

    锂离子动力电池具有质量轻、能量密度高、无污染、无记忆效应、使用寿命长等优点。按照正极材料的不同，锂离子动力电池可以分为锰酸锂离子动力电池、磷酸铁锂离子动力电池和镍钴锂离子动力电池等。

    电池充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质和隔膜嵌入负极。放电时，锂离子从负极中脱出，通过电解质和隔膜嵌入正极材料晶格。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。锂离子动力电池的工作原理如图1-2所示。

    近几年大部分新能源汽车采用了三元锂动力电池。三元锂动力电池是指正极使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂三元复合材料的锂离子动力电池。三元锂电池相比其他锂电池，在能量密度、安全性、成本、循环寿命等方面更有优势。

    三、常见新能源汽车动力电池

    （一）北汽新能源汽车

    1.北汽EV200

    北汽EV200电动汽车采用三元锂动力电池，动力电池安装在车辆底部。动力电池总容量为91.5 A·h，总能量为30.4 kW·h，电压范围为270～377 V，额定电压为332 V，能量密度为104.1 W·h/kg，电池系统循环寿命≥3000次。

    3个三元锂电芯并联，组成一个电芯组。3个锂电芯的3个正极极耳用激光焊接在一起，3个负极极耳也用激光焊接在一起，外部加上封框、保护板、电极螺栓，组成一个电芯组。几个电芯组再串联组成电池模块。电池模块有两种，一种由2个电芯组串联组成，另一种由3个电芯组串联组成。在动力电池框内使用高压母线将91个电芯组串联，组成动力电池。

    2.北汽EV150

    北汽EV150的动力电池同样安装在车辆底部。该车型采用磷酸铁锂动力电池，标称电压为320 V，总容量为80 A·h，总能量为25.6 kW·h。

    3.北汽EU260

    北汽EU260出租车版和长续驶版的动力电池都采用三元锂动力电池。长续驶版动力电池由3个标称电压为3.65 V的三元锂电芯并联成为一个电芯组，90个电芯组串联得到额定电压为330 V的动力电池。动力电池额定能量为41.6 kW·h，额定容量为126 A·h，能量密度为113 W·h/kg。

    （二）吉利新能源汽车

    1.吉利帝豪EV300、EV450、GSe

    吉利帝豪这3款纯电动汽车采用三元锂动力电池。动力电池内部共有17个模组，其中单芯1并5串模组7个，1并6串模组共10个；电池控制器位于动力电池的中间位置。动力电池共有95个电芯，额定电压为346 V，额定功率分别为50 kW（EV300、EV450）和55 kW（GSe），电池容量分别为126 A·h（EV300）和150 A·h（EV450、GSe）。

    2.吉利帝豪PHEV

    吉利帝豪PHEV插电式混合动力汽车采用三元锂动力电池。因插电式混合动力车辆技术特点，其动力电池与纯电动汽车相比额定容量和电能较低。动力电池安装在车辆底部、车内前后排座椅之间的位置。动力电池额定电压为308 V，额定容量为37 A·h，总能量为11.4 kW·h。

    （三）比亚迪新能源汽车

    1.比亚迪e5、秦EV

    比亚迪e5、秦EV电动汽车采用磷酸铁锂电池，电芯电压为3.3 V。动力电池内部含有2个分压接触器、1个正极接触器、1个负极接触器，以及采样线束、电池模组连接片和连接电缆等。动力电池额定容量为75 A·h，额定电压为646 V，采用水冷冷却方式。

    2.比亚迪唐DM

    比亚迪唐DM插电式混合动力汽车的动力电池分为高电量版本和低电量版本。早期的比亚迪唐高、低电量版本都采用磷酸铁锂电池，电芯电压为3.3 V。高电量版本的动力电池共有216节电芯，组成8个模组，标称电压为712.8 V；动力电池内部有16个采集器、1条采样线、2个分压接触器和1个负极接触器。低电量版本的动力电池共有188节电芯，7个模组，标称电压为620.4 V；电池内部有1个漏电传感器、14个采集器、1条采样线、2个分压接触器和1个负极接触器。

    新款比亚迪唐针对动力电池进行了升级，改用了三元锂动力电池，能量密度提升约60%，同时采用了更加智能的动力电池管理系统（BMS），提高了纯电动模式下的续驶里程。

    3.比亚迪秦DM

    比亚迪秦DM插电式混合动力汽车采用磷酸铁锂动力电池，由10个动力电池模组、10个动力电池信息采集器，以及动力电池串联线、动力电池支架、动力电池密封罩、动力电池采样线等组成。10个动力电池模组中各有12～18个数量不等的电芯，总共152节，额定电压为486.4 V，总能量为10 kW·h。

    （四）广汽传祺新能源汽车

    1.广汽传祺GA3S PHEV

    广汽传祺GA3S PHEV插电式混合动力汽车的动力电池布置在后排座椅下面的底盘上，由8颗螺栓固定。手动维修开关（MSD）安装在右后座椅下，需要拆卸右后排座椅才能够对电池进行拆装操作。

    动力电池系统由88个三元锂电芯组装成8个模组，8个模组再通过导线、继电器、充电熔断器、电流分流器等串联在一起。动力电池标称电压为321 V，正常电压范围为250～369 V，瞬时最大放电功率为110 kW，冷却方式为液冷。

    由于低温环境会对电池性能产生一定的影响，若车辆需长时间停放在0℃以下的环境，建议连接充电枪对车辆进行充电，电池温控系统会自动对电池进行保温。否则车辆启动后，整车动力性能会有所下降，待电池温控系统工作一段时间后，车辆动力性能才能恢复至正常水平。为保持整车性能，在特定寒冷环境下使用暖风功能时，荷电状态（SOC，即电池剩余电量百分比）值较高的情况下，发动机会提前启动。

    2.广汽传祺GE3

    广汽传祺GE3的动力电池采用三元锂动力电池。按照内部电芯组成模组的形式可分为两种类型：一种是3个三元锂电芯并联组成一个电芯组，共88个电芯串联，得到额定电压为322 V的动力电池；另一种是2个三元锂电芯并联组成一个电芯组，共90个电芯串联，得到标称电压为328 V的动力电池。两种类型的动力电池都安装在车辆底盘上，由8颗螺栓固定，手动维修开关安装于后排座椅下，需要拆卸后排座椅才能对电池进行拆装操作。

随着我国汽车产量的逐年增长，汽车带来的环境污染、能源短缺等问题日益凸显，加快发展新能源汽车已成为全世界的共同呼声。近年来，新能源汽车产业得到了国家政策及资金的大力支持，新能源汽车市场也因此迅猛发展，新能源汽车的需求缺口巨大。培养新能源汽车技术人员任重道远。

    新能源汽车对职业教育来说是全新的领域，为满足新能源汽车市场对新能源汽车人才的需求及职业院校新能源汽车专业的教学要求，编者编写了本书。本书采用基于工作过程的方法组织编写。在进行企业充分调研的基础上，编者对本书的内容进行了整合，按照新能源汽车维修岗位应掌握的技能和知识，对动力电池及其管理与检修进行了全方位讲解。

    本书以先进的研发理念为指导，以就业为导向，以能力为本位，以岗位需要和从业人员职业标准为依据，能够满足学生职业生涯发展需求。具体来讲有以下特色：

    第一，任务引领。以工作任务引领知识、技能和态度，让学生在完成工作任务的过程中学习相关知识，发展综合职业能力。

    第二，结果驱动。把焦点放在通过完成工作任务所获得的成果上，激发学生的成就动机，通过完成工作任务提升学生的工作智慧。

    第三，内容实用。围绕工作任务完成的需要来选择课程内容，不过分强调知识的系统性，而注重内容的实用性和针对性。

    第四，做学一体。长期以来，教学的理论与实践二元分离，本书以工作任务为中心，实现理论与实践的一体化教学。通过本书的学习，学生应能够在工作过程中养成良好的职业习惯，具备良好的职业道德，在工作中严格要求自己。

    编者在编写本书过程中参阅了大量教材和相关资料，吸取了许多有益的内容，在此对相关作者表示衷心感谢。由于编者水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请使用本书的广大师生和其他读者给予批评指正，以使本书臻于完善。