2.锂离子电池的结构。
如图2-16所示,锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、PTC(正温度控制端子)和蓄电池壳(或盖板)组成。
负极与蓄电池壳接触,并且将负极镍带点焊在蓄电池壳内壁上;隔膜处于正极和负极之间,起隔离作用;正极片被包在内层,正极极耳将正极与蓄电池壳连为一体,正极极耳缠有高温胶纸;电解质分布于极片、隔膜纸及蓄电池内部,电芯底部缠有普通胶纸。
3.锂离子电池的工作原理。
如图2-17所示,充电时,正电极(阴极)发生氧化反应,向外电路释放出电子和向内电路释放出锂离子。电子经过外电路和充电机被输送到负电极,与此同时,锂离子则经过内电路中的电解质和穿过隔膜纸,进入负电极的晶体结构。因此,正电极中的锂离子数量逐渐减少。但是,电解质中的锂离子数量没有改变。隔膜纸是电子的绝缘体,锂离子的“透明体”。负电极(阳极)发生还原反应,同时吸收电子和锂离子。电子和锂离子在负极的晶体结构中形成电池中性。
如图2-18所示,放电时正电极(阴极)发生还原反应,从外电路获得电子和从内电路吸取锂离子。电子经过外电路和用电器被输送到正电极,与此同时,锂离子则经过内电路中的电解液和穿过隔膜纸,回到正电极的晶体结构。因此,负电极中的锂离子数量逐渐减少而正电极中的锂离子数量逐渐增多。但是,电解液中的锂离子数量没有改变。负电极(阳极)发生氧化反应,同时释放出电子和锂离子。电子和锂离子经过内外电路,回到正电极的晶体结构中形成电池中性。
4.比亚迪e5磷酸铁锂离子电池。
比亚迪e5磷酸铁锂离子电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,电池负极是石墨,中间是由聚乙烯或聚丙烯材料制成的隔膜板,电池中部的上下端间装有有机电解质,锂离子的电解质是由有机溶剂和锂盐组成的,对人体组织具有腐蚀性,并且可燃外壳由金属材料密封。
(1)外部结构 比亚迪e5磷酸铁锂离子电池系统最重要的外部特征是高电压导线或高电压接口和12V车载网络接口布置在整车地板下面,电量为47.5kW·h。
动力电池组的密封盖一般通过几十个螺栓加密封胶以机械方式与托盘连接在一起。在动力电池组的密封盖上一般粘贴有几个提示牌,如一个型号铭牌和两个警告提示牌。型号铭牌提供逻辑信息(例如电池参数标签和电池编号)和最重要的技术数据(例如额定电压)。两个警告提示牌提醒注意动力电池组采用锂离子技术且电压较高,以及可能存在的相关危险。
如图2-19所示为比亚迪e5动力电池组密封盖上的提示牌。
在动力电池组上带有一个2芯高电压接口,动力电池组通过该接口与高电压车载网络连接,如图2-20所示。围绕高电压导线的两个电气触点还各有一个屏蔽触点,这样可使高压电缆屏蔽层(每根导线各有一个屏蔽层),一直持续到动力电池组密封盖内,从而有助于确保电磁兼容性EMV。
电动汽车基本都会在整车的关键连接部件上使用低压互锁电路,如图2-21所示为比亚迪e5主要部件内的互锁电路。互锁电路是一种低压电路,在被断路时向控制模块发岀信号,或者当动力电池组的维修开关被部分或完全拆下时主动断开电路。然而,维修开关上的互锁电路通常并不是汽车上唯一的互锁电路,比如在高压电缆连接插头处或保护盖上也有互锁电路。这样做的目的是确保在高压系统某部分被断接或暴露的情况下,车辆髙压系统能够立刻断开( READY为OFF)。有些车辆还会采用这样的设计:只有互锁电路断开,同时车辆以小于每小时几千米的速度行驶或者停车时,汽车才会断电。
12V车载网络接口为集成式控制单元提供电压、总线信号、传感器信号和监控信号,如图2-22所示。
直流高压电缆组件由两根绝缘的高压电缆组成,用来连接混合动力汽车或纯电动汽车的动力电池组及汽车的变频器。由于大部分高压电缆都位于汽车底盘下(夹在动力电池组和底盘之间),因此它能受到很好的保护,避免碰撞到路面带来的损坏。而纯电动汽车和一些插电式车辆安装的电池组要大得多,往往要延长到几乎车辆前部的位置,所以其高压电缆通常也会相对混合动力汽车中的短一些。比亚迪e5电池高压电缆从电池端输出,从高压电控总成端输入,如图2-23所示。
(2)内部结构 比亚迪e5电池内部结构由电池模组、动力连接片、连接电缆、电池采集器、采样线、电池组固定压条、密封条等组成,如图2-24所示。
磷酸铁锂电池的单体电池标称电压是3.2V,充电终止时的最高电压为3.6V,最大放电的电压为2.0V。如图2-25所示,比亚迪e5由13个模组串联组成,总电压为633.6V,容量为75A·h;电池组高压接口位于1号电池负极、13号电池正极。13号模组在1号模组的上层,12号模组在11号模组的上层,6~8号模组分别在5号4号、9号模组的上层。
比亚迪e5使用电池信息采集器(BIC监控电池组传感器测量的数据和电池性能通常情况下,数据被报告给电池管理器(BMS),然后BMS根据工作条件和驾驶员的需求命令电池进行相应的充电或放电。
如果单体电池、电池模组或部分电路的电压变得不平衡,部分带充电系统的电池还可以用BIC进行电池电压均衡。BIC的安装位置如图2-26所示,其主要是进行电压、温度和通信信号的采集。
比亚迪e5动力电池组内部含有4个接触器(影响电池组是否可以串联)和2个保险:2个分压接触器和2个保险(6号和10号模组内部各一个),1个正极接触器(13号模组内部),1个负极接触器(1号模组内部),如图2-27所示。分压接触器在电池模组内部,无法单独拆卸,只可以通过插头施加电压进行间接判断。
