第四节 锂离子蓄电池
一、锂离子蓄电池概述
1．锂离子蓄电池的特点与分类
锂离子蓄电池的特点与分类详见图2-7及其注解。
图2-7 特斯拉和北汽新能源电动汽车的动力蓄电池类型
2．锂离子蓄电池的工作原理
锂离子蓄电池的工作原理详见图2-8及其注解。
图2-8 锂离子蓄电池单体的结构
3．锂离子蓄电池的充放电过程
锂离子蓄电池的充放电过程详见图2-9及其注解。
图2-9 锂离子蓄电池的充电过程
4．锂离子蓄电池不能过充与过放的原因
1）锂离子蓄电池不能过放电的原因：放电时，不能使锂离子全部移向正极，必须保留一部分锂离子留在负极，以确保下一次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池的寿命会很短。
2）锂离子蓄电池不能过充的原因：应限制其最高充电电压，否则会由于正极材料中的锂离子拿走过多而造成晶格坍塌导致电池寿命终结。
必须严格控制充放电的百分比，既不能过充，也不能过放。
二、磷酸铁锂蓄电池
磷酸铁锂动力蓄电池的组成部件包括动力蓄电池箱、动力蓄电池模组和辅助元器件三部分。
1．动力蓄电池箱
动力蓄电池箱外形及结构如图2-10、图2-11所示。
图2-10 动力蓄电池箱的外形
图2-11 快换动力蓄电池箱体的结构
2．蓄电池模块
蓄电池模块的构成详见图2-12及其注解。
图2-12 蓄电池模块的内部布置
3．辅助元器件
辅助元器件主要包括主继电器、预充继电器与预充电阻、加热继电器与加热熔断器、电流传感器、熔丝、高低压插接件、高低压线束等。
（1）主继电器 主继电器的功能详见图2-13及其注解。
图2-13 主正继电器
（2）预充继电器预充电阻与预充电回路
预充继电器预充电阻与预充电回路详见图2-14和图2-15及其注解。
图2-14 预充继电器和预充电阻
图2-15 预充电回路
（3）加热继电器与加热熔丝
加热继电器与加热熔丝如图2-16所示。
图2-16 加热继电器和加热熔断器
动力蓄电池的电芯必须在一定的温度范围才可以充电（通常是在0～55℃范围）。当温度范围低于0℃或高于55℃时，BMS会自动切断充电回路，故此时将无法充电。在充电过程中，电芯的温度低于0℃时，BMS将会控制加热继电器闭合，通过加热熔断器接通加热膜回路，启动加热模式：即闭合加热片，进行加热内循环，而当所有的电芯温度高于5℃时停止加热，启动充电程序。
（4）磷酸铁锂蓄电池在不同电芯温度下的充电性能
磷酸铁锂蓄电池在不同电芯温度下的充电性能详见表2-3。
表2-3 磷酸铁锂蓄电池在不同电芯温度下的充电性能
（5）电流传感器与分流器的原理
电流传感器与分流器的原理详见图2-17与图2-18及其注解。
图2-17 电流传感器
图2-18 分流器
（6）熔断器
熔断器的规格与功能详见图2-19及其注解。
图2-19 串联在电池组中的熔断器
（7）高低压插接件
高低压插接件的功能与其端子的定义详见图2-20及其注解。
图2-20 动力蓄电池高低压插接件端子的定义
（8）高低压线束
高低压线束如图2-21所示。
图2-21 高低压线束
三、三元锂电池
1．动力蓄电池组
以北汽EV200型电动汽车所用SK动力蓄电池组为例，其构成代号为3P91S，即3个电芯并联成为一个独立的电池电芯组，然后再将91个独立的电池电芯组相串联。代号中P表示并联，S表示串联。三元锂电池的单体电芯的额定电压为3.7V左右。
2．辅助元器件
动力蓄电池系统中的辅助元器件包括继电器集成器，电流传感器，维修开关、熔断器、高压互锁信号，高低压插接件以及高低压线束等。
（1）继电器集成器 SK动力蓄电池的继电器集成器详见图2-22及其注解。
图2-22 SK动力蓄电池的继电器集成器
（2）电流传感器 SK动力蓄电池的电流传感器的功能与类型详见图2-23及其注解。
图2-23 SK动力蓄电池的电流传感器
（3）维修开关、熔断器和高低压互锁信号
①维修开关的使用操作方法详见图2-24注解。
②熔断器的规格和功能详见图2-25注解。
③高低压互锁信号
高低压互锁信号是指当低压断电时，通过低压信号的控制能够同时将高压回路切断。维修开关内置两套高低压互锁信号的目的是保护高压系统的安全。
图2-24 维修开关
图2-25 熔断器
（4）高低压插接件
高低压插接件端子的定义如图2-26所示。
图2-26 高低压插接件端子的定义
（5）高低压线束
高低压线束如图2-27所示。
图2-27 高低压线束