【產(chǎn)品基礎(chǔ)知識】一文讀懂動力電瓶的基礎(chǔ)知識
導(dǎo)讀
新能源車輛三大(電瓶、電機(jī)、電控)核心技術(shù)，對主機(jī)廠工程師而言，動力電瓶知識是必需要曉得的。并且目前許多工程師對動力電瓶知識了解很少，主要緣由是，動力電瓶是電物理領(lǐng)域的，而車輛大學(xué)的沒有這個課程。下邊做一些簡略介紹，供你們參考。
一、電池是哪些？其功能是哪些？
先說水池吧。茶杯、水桶、水缸、水池、這里的杯、桶、池、塘，有一個共同的特征，其基本功能是裝水的。水是液體，有一個基本屬性，水是能高處流向低地處的。人們可能沒有思索，水池原先是空的，水池的水是人倒進(jìn)去的充電電池串聯(lián)和并聯(lián)的區(qū)別，在水水池的低處鉆一個孔，一池子水最后會放干的。這個過程里有哪些科學(xué)道理？
a)空水池，空的體積能夠盛水；
b)水自己進(jìn)不了水池里，是人倒進(jìn)去的；
c)有水壓的存在，水就會從高處往地處流動的。
同理，電瓶是盛“電”的體積，電瓶上面原先也是“空”的，是沒有電的，電是人充進(jìn)去的，電瓶能放電，是由于電瓶上面有電流差。
水池是數(shù)學(xué)學(xué)原理，是裝的液體，水是分子結(jié)構(gòu)的；電瓶是電物理學(xué)原理，是裝的帶“電”的，是比分子更小的離子。
二、干電瓶的基本常識
你們常見在體收音機(jī)、收錄機(jī)、照相機(jī)、電子鐘、玩具等電板，歸類為干電板。在干電瓶上面的電解質(zhì)是一種不能流動的塊狀物，才稱作干電瓶(見圖1)，這是相對于具有可流動電解質(zhì)的電瓶說的。
圖1干電瓶外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)
其殼體是用鋅弄成的圓筒型容器，鋅筒中央立著一根碳棒,碳棒頂端固定著一個銅帽。碳棒和鋅筒稱作干電瓶的電極。集聚正電荷的碳棒叫負(fù)極,(符號+，表示電瓶的負(fù)極)，集聚負(fù)電荷的鋅筒叫正極(符號-，表示電瓶的正極)。
放電的基本原理：碳極周圍塞滿了二氧化鎂，鋅電極組成了干電瓶的機(jī)殼，碳電極則置于中心。電子是有電子化了的鋅金屬(氧化作用)所給出，流進(jìn)外部的電路抵達(dá)炭電極。緊靠碳電極的二氧化鎂得到電子(還原作用)生成氫氧離子，并產(chǎn)生了新的化合物稱作氧化鎂。氧化反應(yīng)把電瓶正極的電子推出去，而還原反應(yīng)則在負(fù)極吸收它們。干電瓶對用戶而言不具再度充電特點(diǎn)，是一次性使用電板。
三、動力電瓶必須是可充電池
(1)干電板與目前的動力電瓶最大區(qū)別是：
a)干電瓶電解質(zhì)是一種不能流動的塊狀物，不具再度充電特點(diǎn)；
b)動力電瓶是電解質(zhì)鋰離子能在其中能流動的電解液，可以上千次充電；
(2)干電板與目前的動力電瓶的基本相同點(diǎn)：
a)有負(fù)極、有正極、有機(jī)殼、是電物理反應(yīng)；
b)干電板與動力電瓶在單體上，數(shù)學(xué)特點(diǎn)基本相同，有圓錐、方形的。
圖2動力電瓶方形和圓形
四、動力電瓶包是哪些意思？為何要一節(jié)一節(jié)串聯(lián)(并聯(lián))后弄成電瓶包
對主機(jī)廠家工程師而言，燃油車輛上是一個油箱，它是一個液體體積。并且看見電動車輛上是一個又一個動力電瓶包，打開電瓶包上面，有許多數(shù)不清的一節(jié)一節(jié)的電瓶。能不能把動力電瓶直接弄成一個大的電瓶包呢？
手探照燈里通常裝了2節(jié)干電板，有的裝3節(jié)，還有5節(jié)的。干電瓶尺寸有1號、2號、5號的。動力電瓶開始把一省電池，稱作單體、把一組并聯(lián)上去稱作模組，把模組串聯(lián)上去，叫電瓶包，把電瓶包串聯(lián)上去稱作電瓶系統(tǒng)。
單體(或則叫單節(jié))是電瓶產(chǎn)品的最小單位。能不能把電體電瓶做得很大。例如把3節(jié)干電板，弄成一節(jié)放在手探照燈里。實(shí)際上做不到，這是電物理電瓶原理的不足。干電瓶一節(jié)只能做1.5V，人們要3V的電源，必須是2節(jié)干電瓶串聯(lián)。單節(jié)的容量也不能做很大，人們要容量很大的電源，必需要將單個電瓶并聯(lián)上去。
圖3動力電瓶包內(nèi)部結(jié)構(gòu)
車載動力電源通常在300V、200A以上，目前的基本方式是單體電瓶并聯(lián)上去成模組，模組電瓶串聯(lián)上去成電瓶包，電瓶包串聯(lián)上去成電源系統(tǒng)。
五、電池管理系統(tǒng)(BMS)是哪些，其功能是哪些？
12米電動公汽車通常要6-8個電板包，每一個電板包里通過并聯(lián)(串聯(lián))有上成白上千單體。可以想像，諸多的、有一定差別的單體電瓶組織的電瓶系統(tǒng)，怎樣協(xié)調(diào)有序舉辦工作？很簡單，有組織，必然有管理，與形成電瓶管理系統(tǒng)。
單體電瓶是物，其實(shí)管理電瓶工作的一定也“物”，而不是人。這個物自然是計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。歸結(jié)上去，電瓶管理系統(tǒng)(BMS)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的智能管理系統(tǒng)。
鋰離子動力電瓶工作過程：
在充放電的過程中，鋰離子通過電解液穿過隔膜不停的在正負(fù)兩極之間來回搬家。鋰離子回搬家的數(shù)目，多了少了都不行，必需要進(jìn)行控制，控制的好，就可以反復(fù)充電下去而不降低容量，否則都會讓電瓶容量形成永久性的增長，甚至爆燃。
圖4電瓶管理系統(tǒng)(BMS)管理對象及內(nèi)容
BMS與電動車輛的動力電瓶緊密結(jié)合在一起，BMS一般具有量測電瓶電流的功能，避免或防止電瓶過放電、過充電、過溫等異常狀況出現(xiàn)等。其基本功能：
通過傳感對電瓶的電流、電流、溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時還進(jìn)行短路測量、熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒，估算剩余容量(SOC)、放電功率，報(bào)告電瓶劣化程度(SOH)和剩余容量(SOC)狀態(tài)，還按照電瓶的電流電壓及濕度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程，以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行最佳電壓的充電，通過CAN總線插口與車載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時通訊。
六、電池管理系統(tǒng)重要的三個子系統(tǒng)基本功能
(1)SOC恐怕功能
精確計(jì)算SOC數(shù)值變是十分重要的，其算法是相關(guān)企業(yè)的核心競爭力之一。SOC的計(jì)算精度高，對于相同量的電瓶，可以有更高的續(xù)航里程。所以，高精度的SOC計(jì)算可以有效地減少所須要的電瓶成本。SOC是根據(jù)檢測的外部特點(diǎn)信息估算下來的傳輸信息。SOC告知車主當(dāng)前電量的同時，也讓車輛了解自身電量，避免過充過放，提升均衡一致性，提升輸出功率降低額外冗余。系統(tǒng)底層內(nèi)部都是經(jīng)過復(fù)雜的算法估算，保證車輛安全持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，提升安全性。
(2)熱管理功能
熱管理主要包括確定電瓶最優(yōu)工作氣溫范圍、電池?zé)釄龉浪慵皾穸阮A(yù)測、傳熱介質(zhì)選擇、熱管理系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和風(fēng)機(jī)預(yù)測穩(wěn)點(diǎn)的選擇。確保電瓶工作在適當(dāng)?shù)臍鉁胤秶鷥?nèi)和增加各個電板模塊之間的氣溫差別。
(3)均衡控制功能
均衡控制分為主動均衡與被動均衡。
主動均衡是對電瓶組在充電、放電或則放置過程中，電瓶單體之間形成的容量或電流差別性進(jìn)行均衡，來去除電瓶內(nèi)部形成的各類不一致性。
均衡形式主要以被動均衡為主，采用單體電瓶并聯(lián)分流煤耗阻值的方法，且只能在充電過程中做均衡工作。其工作原理是通過對電流的采集充電電池串聯(lián)和并聯(lián)的區(qū)別，發(fā)覺串聯(lián)單體電瓶之間的差別，以設(shè)定好的充電電流的“上限閥值電流”為基準(zhǔn)，任何一只單體電瓶只要在充電時最先達(dá)到“上限閥值電流”并檢查出與相鄰組內(nèi)電瓶差別時，即對電瓶組內(nèi)單體電流最高的那只電瓶，通過并聯(lián)在單體電瓶的煤耗內(nèi)阻進(jìn)行放電電壓，以這種推，仍然到電流最低的那只單體電瓶抵達(dá)“上限閥值電流”為一個平衡周期。