上汽高压电池包结构和原理

1锂离子电池介绍1.1主流二次电池比较可充电的电池叫二次电池。二次电池能够反复用。二次电池的种类也不少，就目前市场上主流产品而言有4类电池：铅酸（LA）电池、镍镉（NiCd）电池、镍氢（NiMH）电池和锂离子（Li-ion）电池。电池类型工作电压（V）质量比能量（Wh/kg）体积比能量铅酸2.0镍镉1.2镍氢1.2三元锂离子3.7120-140铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池特性的比较1.2锂离子电池原理锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正极的二次电池。电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路径不同，放电时，电子从负极经过电子导体跑到正极，锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。 60-80 （Wh/L）循环次数记忆效应自放电率（%/月）--400-600无350150400-500有25240-300＞500无20300＞1000无10 只要负极上的电子不能从负极跑到正极，电池就不会放电。以LiCoO2体系的锂离子二次电池为例说明其工作原理。一般，锂离子二次电池是由正极、电解液、隔膜以及负极构成。充电时，正极中的锂离子从LiCoO2层状结构中脱出，CO元素的化合价由+Ⅲ升高到+Ⅳ，正极材料发生氧化反应，同时锂离子经过电解液迁移到电池的负极，在负极碳材料的层状结构内和碳化合生成LiCX。隔膜位于正负反应电极之间，隔膜可以透过离子，但却不允许电子透过，同时当电池正负极发生一定程度的微短路时，隔膜还起到阻断保护作用。 1.3锂离子动力电池类型1、按锂离子电池外形分类方形电池占据市场主流，方形只要是EV乘用车和客车领域，软包集中在乘用车市场，圆柱EV专用车和客车。荣威750混合动力使用圆柱电芯，e550/ei6等车型都使用软包装方形电芯，ERX5/Ei5/Marvel X等车型都使用方型硬包装电芯。2、按锂离子电池正极的材料不同分类钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、镍酸锂电池、三元（镍钴锰/铝）电池。名称圆柱电芯（Cylindrical）仅特斯拉使用优势规模产品，价格优势劣势集成难度大，效率低，管理系统复杂代表企业松下目前使用较多的锂动力电池有以下几类，以正极材料为划分依据。 软包电芯（Pouch）方型硬壳电芯（VDA）适合于PHEV/HEV产品适合于EV产品比能量高，成本有优势集成方便，易于平台化不易集成成本相对较高LG、万向（A123）三星、CATL 上汽荣威MG新能源汽车电池：早期E50、e550使用磷酸铁锂，目前在产的ei6、ERX5、Marvel X等所有车型都为三元锂。3、各种锂离子电池--技术性能对比材料类别钴酸锂锰酸锂镍钴锰酸锂磷酸铁锂克容量155mAh/g110mAh/g150mAh/g135mAh/g电芯电压3.7V3.7V3.7V3.7V循环寿命500-300-1000+3000+高温性能较好较差较好较好低温性能较好较好较好较差安全性能最差较好一般非常好价格最高最低较高一般比能量最高较高较高稍低 1.4英文缩写LFP-磷酸铁锂电池；LV-低压电；NCM-镍钴锰三元锂离子电池；HV-高电压；Cell-电芯（电池单体）；BMS-电池控制模块；Module-模组（模块）；CSM-电流采集模块；Pack-电池包；MBB-监控均衡板（也叫CMU）；SOC-荷电状态；EDM-电气分配单元（继电器组）；SOH-健康状态；PHEV-插电混合动力汽车；HVIL-高压互锁；EV-纯电动汽车；ESS-能量存储系统（高压电池包）；OBC-车载充电器；VCU-整车控制模块；CAN-控制器局域网络。1.5常用参数含义额定容量：是指在一定的放电条件下可以从电池获得的电量，单位用Ah表示。IP24用的A123电芯额定容量是20Ah，电池的总容量为40Ah。在我国的国家标准中，用3h放电率容量（C3）来定义电动汽车用蓄电池的额定容量，用20h放电率容量（C20）来定义汽车用起动型蓄电池的额定容量。充（放）电倍率：是指电池在规定的时间内充满或放出其额定容量时所需要的的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为40Ah为1C（1倍率），20Ah则为0.5C，80Ah为2C（2倍率）。电池能量：电池在一定放电条件下，对外作功所能输出的电能，单位一般用Wh或KWh表示。电池能量等于电压与容量的乘积。例如：Ei5的电池容量100Ah，电池额定电压30V，电池能量=100Ah*350V=35KWh=35度电放电深度：蓄电池的放电深度DOD（Depth of Discharge）在数值上等于蓄电池已放出的量与蓄电池额定容量的比值，用于描述蓄电池在放电过程中所达到的放电深度。 循环寿命：电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环，电池在反复充放电后，容量会逐渐下降。在一定的放电条件下，电池容量将至80%时，电池所经受的循环次数就是循环寿命。荷电状态：荷电状态（SOC）是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。反映电池容量的变化。SOC=100%即表示电池充满状态。一般电池放电高效率区为50%-80%SOC。比能量：比能量是指电池单位质量所能输出的电能，单位是Wh/kg。常用比能量来比较不同的电池系统。电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平。电池的比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程，是评价电动汽车的动力电池是否满足预定的续驶里程的重要指标。比功率：是指蓄电池单位质量所能输出的功率，单位为W/kg或KWh/kg。蓄电池的比功率越大，汽车的加速和爬坡性能就约好，最高车速也越高。放电截止电压：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤）。开路电压工作电压放电截止电压充电限制电压铅酸电池2.1-2.2V2.0V1.7V2.3V铁板镉电池1.4V1.2V1.0V镍氢电池1.4V1.2V1.0V锂电池4.1-4.2V3.6-3.7V26-2.74.2-4.3V 1.6与其他几款典型车辆电池比较各类锂电池及其代表车型数据车型特斯拉ModelS普锐斯第三代通用沃兰达正极材料三元锰酸锂三元电池供应商松下松下LG电池质量（kg）50080180电池能量（KWh）854.416续航里程（Km）4262062能量密度（wh/kg）200901401.7荣威EV车辆电池参数比较（仅供参考）车型电池类型标称电压（V）总容量（Ah）总能量（Kwh）电芯排列能量密度（wh/kg）电池包重量（kg）E50三元锂30060183并93串117230ERX5三元锂35014048.31并96串144.26367Ei5三元锂350100351并96串140.7265Marvel X两驱三元锂35015052.51并96串145.76380Marvel X四驱三元锂35015052.51并96串145.76380Ei5MCE（个人版）三元锂35015052.51并96串151.1362 2.e550高压电池包2.1e550电池包参数参数高压电池包（A123电芯）高压电池包（LG电芯）可用能量总容量额定电压防护等级电池排列方式2并92串（184Cells）单体电芯额定电压2.2e550高压电池包系统布置图（A123）1.高压电池模块2.低压线束5.电流采集模块（CSM）6.水温传感器9.高压电池包泄压阀10.电池控制模块（BMS）11.手动维修开关底座12.手动维修开关（MSD）15.监控均衡板（MBB） 3.电气分配模块（EDM）4.保险丝座7.进出水管8.高压连接器13.冷却板14.高压电池包托盘16.密封圈17.高压电池包上盖 1）电池模块：包含M1-M4共4个电池模块2）电池控制器（BNS）：汇总内部控制器采集的电池信息，通过一定的控制策略，向整车控制器提供电池运行状态的信息，响应整车高压回路通断命令，实现对电池的充放电和热管理3）电流采集模块（CSM：Current Sense Module）：实现电流检测、各高压点电压监测、绝缘检测，与监控均衡板（MBB）通讯等功能4）电气分配单元（EDM：Electrical Distribution Module）：共四个继电器，实现各个高压回路的控制5）高低压线束及连接器6）冷却系统附件：冷却板和冷却管路等7）外壳 2.3 e550高压电池包结构（A123）托盘和冷却水板2个保险丝水温传感器 液位传感器（后期取消） 2.4 e550高压互锁回路总图回路1：当收到维修开关拔出后，或惯性开关动作（触点断开），BMS系统会立即断开电池内部高压继电器，切断电池高压输出。回路2（整车）：任何一个插件未能插好，BMS系统会立即报警，并断开电池高压输出。其中，整车（发动机舱）还有多个互锁开关，串联在BY088-6和BY088-9之间。回路3：第三天HVIL回路仅与车载充电器相关。如果插件未能插好，BMS系统也会立即报警，车载充电器不会工作，但车辆高压可以上电和挂挡行驶。高压电池包ESS 2.5 e550高压电池包内部接线图（A123）预充电接触器工作原理：上电时，BMS先控制预充电接触器工作，然后高压正极接触器工作。高压正极接触器工作后，预充电继电器停止工作。它的作用是：PEB中有电容，预充电继电器主回路串联15Ω的电阻，减小电容充电的电流，避免电路和电气元件损坏。 2.6 e550电池模块结构(A123)1）电池模块和电芯，以电池模块M4为例。电池模块标识23S2P含义：每组两个电芯并联，23组电芯串联。每个电芯的负极都有保险丝，提供电芯级别保护。2）监控均衡板（MBB）：每个电池模块两侧各有一个MBB，也叫CMU。电池模块正极侧MBB负责11个电芯电压的监测，母连接器为黑色。负极侧MBB负责12个电芯电压的监测，母连接器为灰色。更换MBB，需要使用VDS进行刷新操作（高压电池包装车前）。8个MBB为串联关系，通过内部CAN与BMS、CSM模块进行通讯。 2.7 LG高压电池包区别：CSM集成在BMS中、共3个电池模块2.8 e550高压电池系统控制图 3 PHEV动力电池比较3.1各PHEV车型动力电池参数汇总e550（A123电芯）e550（LG电芯）电芯类型碳酸铁锂三元锂（NCM）可用能量11.8kwh11.7kwh总容量40Ah33.1Ah额定电压297V355Vd防护等级IP67IP67电池排列2并92串1并96串单体电芯额定电压3.2V3.7V冷却方式水冷水冷综合工况纯电续航里程58km60km3.2 E950/eRX5动力电池特点电池模块：采用了LG电芯和CATL电芯（三元锂离子）两种方案，其中阿里版车型只采用了CATL这一种电芯方案。LG电芯包含8个模块，CATL电芯包含6个模块。 3.3 ei6/eMG6动力电池特点电池模块：LG电芯，包含6组串联的模块（M10M6），已不再使用A123电芯，包含4组串联的模块（M1-M4） 电气分配单元（EDM） 3.3 ei6/eMG6动力电池特点1.高压电池包上盖2.手动维修开关底座4.电池管理系统（BMS）5.低压线束6.继电器模块7.泄压阀8.接插件端板9.水温传感器10.高压电池包托盘11.冷却水管12.冷却板13.高压电池包密封条14.Y向电容15.高压线束16.电池模组17.磁环18.高压电池包保险丝盒继电器模块还有预充功能和电流冗余检测功能磁环及电容：电池包内共有三个磁环和一个电容，用于提高电池管理系统（BMS）的电磁兼容（EMC）性能 3.手动维修开关 3.4 ei6/eMG6高压互锁回路高压互锁回路共分3路，即手动维修开关一路、车载充电器一路和发动机舱（整车）一路。其他新能源车型高压互锁回路与e550类似。1）高压互锁回路1（手动维修开关）：e550和E50有惯性开关，惯性开关与手动维修开关的互锁开关串联。ei6、e950、eRX5、Ei5、ERX5车辆则没有惯性开关。互锁回路信号为12V。2）高压互锁回路2（车载充电器）：e550、E5