电动汽车动力电池的维护与检修

电动汽车动力电池的维护与检修

王楠

摘要：主要针对电动汽车动力电池运行检修管理，研究了电池接收检验、运行管理、日常维护、运行检测和安全管理等关键环节，结合电池运行的技术特点，对电池的日常检测、维护和检修等进行了分析，分析了电池受到电压，温度以及外界因数等典型故障的原因分析及维护方法，同时提出了提高动力电池运行与检修水平以及电动电池保养的措施。

关键词：电动汽车动力电池检测与维护

目录：

摘要

1.动力电池的检修内容

（1）电压异常（2）温度异常（3）外观异常（4）检测振动对电池的影响

2.动力电池的检测系统总成

3.动力电池的维护

（1）充电不足和过充电

（2）大电流放电与过放电

（3）要及时充电

（4）短时充电

4.如何解决电池硫化与修复仪的使用

引言：在环境污染日益加剧，能源形势日益严峻的现代生活中，电动汽车无疑以其对排碳量减少无可非议的贡献受到全球的关注。当前与电动汽车有关的研究热点很多，但电池技术无疑是其中重之又重的一块领域。现在应用于电动汽车的电池大多为电化学电池，在电池的发展史之中，铅酸蓄电池是最成熟的电动汽车蓄电池，动力电池在能量、安全性、使用寿命等各个方面进行一代又一代的优化，才有了今天相对较为完备的电池体系。在今年4月21日至29日的北京国际车展当中备受人瞩目的典型车型都是新出的纯电动汽车，不管是国内还是国外，许多汽车厂商都推出了自己的纯电动车型。由此可见在未来的汽车发展当中电动汽车将成为未来汽车发展的主要方向，然而由于受到电池技术的影响，纯电动汽车一直难以推广到市场。本文主要是结合电池产业的厂商，引出当下比较主流的电池技术，从中了解电动汽车动力电池的结构，并结合各电池厂商分析可以怎样改正，以及探究了电动电池的检测与维护方法。

动力电池的结构

1、电池盖

2、正极－－活性物质为氧化钴锂

3、隔膜－－一种特殊的复合膜

4、负极－－活性物质为碳

5、有机电解液

6、电池壳

动力电池的特点

1、高能量（EV）和高功率（HEV）；

2、高能量密度；

3、高倍率部分荷电状态下（HRPSOC）的循环使用（HEV）；

4、工作温度范围宽（一30 一65℃）；

5、使用寿命长，要求5—10 年；

6、安全可靠。

电动汽车对动力电池的要求

（1）比能量高：主要是为了提高电动汽车的继驶里程；

（2）比功率大：为了能使电动汽车的加速行驶以及负载能力；

（3）充放电效率高；

（4）相对稳定性好；

（5）使用成本低；

（6）安全性好等等。

动力电池的检修内容

电动汽车动力电池达到一定的换电次数、运行期限，或出现破损、故障时，应移交有关部门进行例行维护或故障修理，包括开展电池箱体二次回路、电芯能绝缘、接插件等外观及零部件维护修理。动力电池修理包括计划修理，计划外的故障修理和事故修理。在编制和执行检修计划时要与生产紧密结合，计划检测与维护相结合，修理还要与改造、更新相结合。

动力电池的计划修理包括电池的日常检测、中修及大修：

（1）日常检测项目包括外观、电池箱连接器、绝缘、电压、通信等。如日常检测中发现问题，日常检测转为中修检查维护；

（2）中修维护中应完成日常检测的全部检查项目，开展交流内阻检查、充放电测试、开箱检测等。检修过程中如实做好记录，检修结束后及时完成检修总结报告，并进行总结分析；

（3）大修维护中应完成中修的全部检修项目，开展电池箱连接器、AGPS 以及内部检查，进而给出检修总结并予以分析。动力电池管理人员要超前、主动、细致、务实地行使动力电池管理职能，充分提高电池运转率，减少电池退运检修次数，减少备品备件更换。典型故障原因分析及维护方法电池产生故障原因错综复杂，在实际运行中，须根据环境温度、电池制造材料、浮充电能质量等实际情况，用多手段进行分析处理。无论采取什么方式，都应参考电池使用记录，估算实时电池容量及运行时间。针对电池的典型故障，首先需要详细了解电池的故障现象，制定出相对应的检验方案，然后依据检验方案，对电池做全面检验，进而针对检验结果，出具检验报告及建议。

电压异常

电池在实际应用中会处于不同的工作环境，电池放电性能随放电电流、温度和湿度而变化，其中放电电流对电池放电性能影响最大，湿度影响较小[ 3 ]。有效地控制锂离子电池的工作环境，可提高电池的放电性能，可采用一种先进的均衡充电技术方案[ 4 ]，提高电池的充电一致性与安全性，改善电动汽车的动力性和持续里程。

（1）电池过充。正常单体电压~ V。充电状态时单体电压超过 V，充电仍未停止，采用手动停止方式；最高单体电压介于~ V为轻微过充，可继续使用；最高单体电压介于~ V 为一般过充，静置30 min 待电压回落至 V 可继续使用；最高单体电压包括或高于为严重过充，需要返厂维修。

（2）电池过放。最低单体电压介于~ V为轻微过放，继续充电即可；最低单体电压介于~ V 为一般过放，需检修人员赴现场核实并充电；最低单体电压低于 V 为严重过放，需返厂维修。

（3）单体电压过高、过低或一致性差。根据电池监控屏中的数据或者使用万用表进行测试，正常电池充放完静置半小时后各单体压差不超出300 mV。

温度异常

监控屏中显示的电池正常温度为0~55℃。纯电动车的电池恒温调节指冬季极寒地区对电动车的电池进行升温，减缓在低温环境下的放电速度，增加持续里程。夏季在高温地区为电池降温，减缓高温环境下内部单元的老化速度。为延长使用寿命，建议为电池额外增加 1 套适应各种环境温度的恒温调节装置。

外观异常

（1）电池拉弧。正常电池的接插件完好，卡簧无白点、无发黑、无毛刺等。电池接插件插孔外圈白点或轻微黑点为轻微拉弧，可继续使用；卡簧出现白点为一般拉弧，可继续使用观察；卡簧出现发黑、断裂、严重毛刺现象为严重拉弧，需要检修人员更换动力线束。

（2）电池箱体变形、箱盖破损，通过更换箱体方式修复。

（3）导向柱出现弯曲、松动损坏现象，通过更换导向柱插头修复。

检测振动冲击是否对电池有影响

工作环境外部因素主要是指车辆运行过程中对于安装在车体上的动力电池系统可能产生的各种幅值与频率的激励。

主要包括：

（1）路面不平度通过车轮－悬架系统激励车体进而对电池产生的振动输入；

（2）车辆加速、制动、转弯等行驶工况下由于惯性力作用对电池产生的低频惯性载荷作用；

（3）车辆发生碰撞等极端恶劣条件下的强冲击作用，可能会在惯性力作用的同时，发生车体结构变形引起的挤压、锐物侵入等严重影响安全性的状况。另外，电动车辆或者动力电池物流运输过程中也可能对电池产生各种振动与冲击激励。检查电池的内部结构用高频放电计测量蓄电池各个单格在大电流放电时的电压值，即模拟接入起动机负荷，测量蓄电池在接近起动机启动电流放电时的端电压，用以判断蓄电池的放电程度和启动能力。

（1）测量蓄电池静态电压

（2）检查车辆蓄电池接线柱的固定情况

（3）检查蓄电池的固定位置

（4）测量时，应将两个叉尖用力压在单格电池的正、负极桩上，时间不超过5s。保持蓄电池外表面的清洁干燥，及时清除极柱和电缆卡子上的氧化物以及确定蓄电池极柱上的电缆连接牢固。

动力电池的维护

为保障能源安全，降低环境污染，实现汽车工业与道路交通的可持续发展，因此我们应该更加重视电池所带来的危害，为了提高铅酸电池的使用寿命，除需要对生产技术要素进行改进外，电池的维护和修复也是一个很重要的环节，有效的电池维护和修复方法有助于延长电池寿命。本文描述了电动车铅酸蓄电池工作原理及寿命的定义，分析了电动自行车电池充放电过程中的问题，提出了延长电池使用寿命的方法，介绍一些日常的维护方法。

充电不足和过充电

当铅酸蓄电池充电不足时，正负两极板的硫酸铅不能完全转化变成海绵状铅和氧化铅，部分硫酸铅得不到及时还原而残留在极板上，残留的硫酸铅又会析出并在极板上重新结晶。如果长期充电不足，则会造成硫酸铅结晶，使极板硫化，电池品质变劣、寿命降低。反之如果电池过充，负极产生的氧气量大于负极的吸附能力，使得蓄电池内压增大，导致气体外溢，电解液减少，还可能导致活性物质软化或脱落，活性物质因脱落而减少，使蓄电池容量下降，当极板上活性物质减少到一定的程度后，蓄电池便不能发挥作用，电池寿命大大缩短。当前许多电动自动车的电池，使用一年甚至几个月，大量电池就出现失水胀肚的报废原凶，归根结底，大都是严重地过充电导致热失控造成的。

大电流放电与过放电

蓄电池放电过程中主要的损坏因素有两个：一是大电流放电。一般的铅酸电池最大放电电流为12A，而电动自行车选用胶体电池，所以最大放电电流更小。电动自行车在采用电起动时，蓄电池属于大电流放电，这时极板表面快速生成一层硫酸铅，它隔绝了电解液与深层中的活性物质发生反应，使蓄电池内阻增大、电压降低，速率提高，不能发挥出应有的效能。如果驾驶人员常连续使用电起动，使得蓄电池更进一步过度地大电流放电。这样造成短时间内生成大量的硫酸铅，体积过分膨胀，对活性物质的结合力下降，使极板变形、弯曲，加速活性物质脱落，直至极板断裂损坏。二是过放电，过放电可加剧板栅腐蚀，在板栅活性物质界面产生高电阻层，并引起正极活性物质软化脱落，使电池放电容量迅速下降，促使电池早期失效。

要及时充电

蓄电池放电时就开始了盐化反应(硫化反应)，及时充电可以将具有活性的硫酸铅及时转化为活性的海绵状的铅和二氧化铅，若放置12小时以上，活性的硫酸铅就会再次结晶成为较大晶体颗粒，成为不可逆盐化(硫化)。如果每次行驶都需要及时充电，使电池处于浅循环状态，会延长电池的使用寿命。遇到电池系统有两只电池端电压低于2．18V，或电池放电量在20％以上或搁置停用时间超过3个月，或全浮充电运行达6个月等情况，应及时对电池进行充电。

短时充电

由于电动汽车是交通工具，可充电的时间不多，要在8小时内完成36伏或48伏的20安时充电，这就必须提高充电电压（一般为单节~伏），当充电电压超过单节电池的析氧电压（伏）或析氢电压（伏）时，电池就会因过度析氧而开阀排气，造成失水，使电解液浓度增加，电池的硫化现象加重。

放电后不能及时充电

作为交通工具，电动汽车的充电及放电被完全分离开来，放电后很难有条件及时充电，而放电后形成的大量硫酸铅如果超过半小时不充电还原为氧化铅，就会硫化结成晶体。

如何解决电池的硫化

要减小电池的硫化，延长电池的使用寿命，首先就要改善电动自行车的工作环境。减小车身自重，去掉不必要的装饰件，适当限速，不搭载重物，长时间不使用电动自行车时要做补充充电，最好每次放电后都能及时充电，做好欠压保护，严防电池过放电，对于标称24V的欠压保护应该设在～22V，对于标称36V的欠压保护应该选±，对于标称48V的应该设在44V～45V。这样的电压对续行能力仅仅减少不到2公里，但是可以有效延长电池的使用寿命。每三个月定期到专业维修点检修电池，及时补水。这些方法简单易行，经济成本很低，但要严格遵守却有一定难度。

可以使用专门的设备进行除硫维护，这些方法有：

1.使用台式快速除硫设备

台式快速除硫设备的工作原理是高电压大电流脉冲充电，通过负阻击穿消除硫化。这种方法速度快，见效快，可以获得暂时的消除硫化的效果，但是，高电压大电流能击除硫也能除活性物质,在消除硫化中带来严重失水和正极板软化的问题，对电池产生致命的损伤，经过这类设备除硫两次后的电池基本都会报废。另外，目前的专业维修点进行一次除硫收费基本在60~80元之间，最多能延长电池寿命半年，并没有为用户来显著的经济利益。目前,市场上的专业电池维护店主都已经明白了这种方法的危害.于是,又出现了脉冲放电除硫的设备,其实,根本原理并没有变,只是从恒高压恒大电流变成了瞬时峰值高压,还是会损伤极板活性物质,用过这类产品的朋友应该很清楚这点.

2.选择可除硫充电器

目前可除硫充电器有三种工作原理，一种是类同于台式快速除硫设备的工作原理，采用高电压大电流脉冲充电，通过负阻击穿除硫，上面已经说明了这种方法对电池寿命会构成致命伤害，已被市场否定。第二种是采用快速的脉冲前沿的充放电脉冲，利用瞬间峰值，在充电过程中干扰电池的硫化。另一种是周期性的采用10％～20％的过充电的方法，还原电池的硫酸铅结晶。这两种充电器都可以在充电时除硫，但会造成欠充或过充，也忽略了电池放电过程才是最主要的硫化过程这一事实，所以，效果并不理想，大部分用户在具备电动车配备的充电器后会放弃这种重复投资的除硫方式。

3.正确使用铅酸蓄电池正负脉冲充电器为什么可让电池更长寿

维护新电池：世界领先正负脉冲充电模式，在使用中能有效防止铅酸电池产生极化、硫化；

修复旧电池：智能检测电池硫化状态，对已经产生硫化的旧电池充电3次以上可完全恢复正常容量；

失水少：失水量是普通充电器的一半；短路保护：防止意外短路损坏充电器；反接保护：防止意外反接时损坏充电器；

过热保护：虽然有过热保护，但不可在高温环境温度下长时间使用；

设有温度补偿功能：随环境温度的变化，在充电过程中，能自动对充电电压

进行调整，解决寒冷地区充电欠充的难题；

充电精度高：控制精度高，充电饱和而不失电解液；

蓄电池修复仪器的使用

近年来，国内的蓄电池各种各样的脉冲修复仪多得让人眼花缭乱，其功能也被说得天花乱坠。不同型号的仪表测量结果的差异性较大，由于各种测量仪的测量频率、测量方法(相位差法、有效值法、调制解调法、比较法等等)和测量电流相差较大，使得使用不同的测量仪对同一块电池的测量结果相差较大。造成用户选择仪表的困难，以及对于仪表测量结果的可信度的怀疑。

(1)可除硫充电器可除硫充电器的工作原理：周期性地采用10％～20％的过充电的方法，还原电池的硫酸铅结晶。可除硫充电器可以在充电时除硫，但会造成欠充或过充，也忽略了电池放电过程才是最主要的硫化过程这一事实。所以，效果并不理想，大部分用户在具备电动汽车车配备的充电器后会放弃这种重复投资的除硫方式。

(2)铅酸蓄电延生器

据称，只要将铅酸蓄电延生器接在电池组上，靠电池组自身供电，可在充电、存放和放电时

都能对电池有修复作用，可延长电池寿命一倍上，但经过试验，效果并不明显。

(3)蓄电池延寿修复器

利用电子的脉冲功能，通过设备发出电子脉冲波，连续清除极板上的硫酸结晶物，去除铅酸蓄电池的硫化现象，并有效防止新的硫化结晶物的产生，从而使废旧蓄电池恢复原动力，实现铅酸蓄电池再生。经过近几年的实践验证，是一个行之有效、切实可行的方法。

蓄电池延寿修复器的工作原理：根据原子物理学和固体物理学的原理，硫离子具有5个不同的能级状态，每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，处于亚稳定能级状态的离子会趋向或迁落到最稳定的最低能级(共价键能级)，通过提供给一定的能量阻止这种情况发生，使得被激活的分子迁移到更高的能级状态，从而才能转化为溶解于电解液的自由离子，参与电化学反应。

蓄电池延寿修复器的作用：

①过连续充放特殊脉冲电流，把覆盖电极板上的硫酸铅沉淀物逐渐催化分解，且不会

损伤电极板；

②②将硫酸铅分解为铅、二氧化铅、水，还原在电解溶液中，还原蓄电池容量，延长

使用寿命(剥离的硫酸铅还原在电解液中)；

③蓄电池在大电流放电或深度放电时，极板析气会产生大量的气泡，这些附在极板上的绝缘的气泡使电极板有效面积减少，造成极板的不可逆损伤。蓄电池延寿修复器产生的特殊脉冲可以清除极板上的这些气泡，保护了蓄电池电极板，非常有效地延长了蓄电池寿命。

家用的蓄电池延寿修复器是利用脉冲电波形对蓄电池进行修复和维护的，是需要长期使用的。蓄电池延寿修复器一般有二种方式接在蓄电池上(并联)。一种是有二个插头，一个插头插在电瓶充电接座上，另一个插头与充电器插头对接；另一种是有红、黑二根接线，分别接在电瓶组的正、负极上。这种方式对安装要求高些，需要打开电瓶组的盒子，用电烙铁将接线焊在正、负极上，再用双面胶将蓄电池延寿修复器固定在电瓶组盒内的空档中。安装好以后24小时工作，能更好地起到修复和维护蓄电池的作用。在实践中证实：后一种方式更适合对电动汽车蓄电池的修复和维护。

结语

通过动力电池故障诊断系统能准确的对动力电池运行中出现的故障进行诊断，对故障变化趋势进行更准确的预测，能有效的维护电池的使用寿命，可靠性，安全性以及经济性等。合理的使用和维护电动汽车的动力电池能提高电池的性能以及汽车的动力性。