现在汽修工小李，需要查询资料，结合车间的新能源汽车情况，对高压电控的电池管理器BMS故障进行诊断与排除。学习目标知识目标：1.熟悉高压电控BMS的作用；2.熟悉高压电控的BMS各个低压接头的定义。技能目标：1.掌握从外部现象的观察、内部电路的连接，间接排除高压电控的BMS内部故障的方法；2.掌握高压电控的BMS各个端子的检查方法。这时，BMS就必须果断采取措施，以避免事故的发生。......
2023-09-18
磷酸铁锂电池原理与结构及纯电动汽车整车控制系统检测维修
【摘要】：（一）磷酸铁锂电池的结构磷酸铁锂电池一般包括正极、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、电池壳等，如图4.6所示。表4.4 磷酸铁锂电池性能与其他电池性能的比较5 比容量有两种，一种是质量比容量，即单位质量的电池或活性物质所能放出的电量；另一种是体积比容量，即单位体积的电池或活性物质所能放出的电量。9 电池的放电率，通常有以下2种表示方式。
磷酸铁锂电池一般包括正极、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）、电池壳等，如图4.6所示。其中，由于正极材料、负极材料、电解质以及隔膜的不同或者工艺的不同，对电池的性能和价格有着决定性的影响。
图4.6 磷酸铁锂电池的结构
下边是橄榄石[4]结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，左边是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳、石墨组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装，化学结构如图4.7所示。
图4.7 磷酸铁锂电池的化学结构
（二）磷酸铁锂电池的工作原理
磷酸铁锂电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
（1）电池充电
电池充电时，Li+从磷酸铁锂晶体的橄榄石面迁移到晶体表面，在电场力的作用下，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，然后嵌入石墨晶格中。与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极、正极极耳、电池极柱、外电路、负极极柱、负极极耳流向负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成磷酸铁，其晶格结构变化如图4.8所示。
图4.8 磷酸铁锂电池的充放电过程
（2）电池放电时
Li+从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面，然后重新经橄榄石面嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时，电池经导电体流向负极的铜箔集电极、正极极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达到平衡。
（三）磷酸铁锂电池性能与其他电池性能的比较
比亚迪e5车的动力电池由198节单体电池串联，单体电池的性能参数如表4.3所示。
表4.3 比亚迪e5的动力电池的特点
磷酸铁锂电池的性能与其他电池的性能的比较，如表4.4所示。
表4.4 磷酸铁锂电池性能与其他电池性能的比较
5 比容量有两种，一种是质量比容量，即单位质量的电池或活性物质所能放出的电量；另一种是体积比容量，即单位体积的电池或活性物质所能放出的电量。通常电池电量一般以mA·h或A·h计量。质量比容量=容量/质量，本表格数据：电池容量为mA·h（毫安时），质量单位是g（克）。
6 电池的能量密度（Energy Density）是指在一定的空间或质量电池中储存能量的大小。本表格数据：电池能量为W·h（瓦时），质量单位是kg（千克）。
7 本表格数据：体积能量密度W·h/L，电池能量为W·h（瓦时），体积单位是L（升）。
8 充放电率（C-rate）：C是Capacity的第一个字母，用来表示电池充放电时电流的大小数值。例如：某充电电池的额定容量为1100mA·h时，即表示以1100mA（1C）放电时间可持续1小时，如以200mA（0.2C）放电时间可持续5小时，本表格的充电率也可按此对照计算。
9 电池的放电率，通常有以下2种表示方式。
（1）时率：是以放电时间表示的放电速率，即以某电流放电至规定终止电压所经历的时间。例如：一组电池额定容量为C20=12A·h，则表示该电池以12/20=0.6A的电流放电，可连续放20小时。
（2）倍率：表示蓄电池放电电流相对额定容量的比率，即倍率。例如一组额定容量100A·h的蓄电池以0.1C放电速率放电，则表示该组电池以0.1×100=10A的放电电流放电。对于24A·h电池来说，2C放电电流为48A，0.5C放电电流为12A。
10 瞬间大电流脉冲C指：电池瞬间最大放电电流达到电池容量C的数值。
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