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电动汽车蓄电池的运行管理与常见故障维修

时间:2014-07-29 来源:未知 作者:小韩 本文字数:5180字
论文摘要

  电动汽车已成为未来汽车工业发展的方向,世界各国政府纷纷制定电动汽车产业发展战略,出台激励政策、 培育市场, 让人们感觉到电动汽车时代正在向我们走来。 电动汽车充/换电设施为电动汽车提供能量补给, 是电动汽车发展的重要基础支撑, 动力电池是电动汽车的重要组成部分, 其性能直接影响到电动汽车的安全稳定运行。 国内外许多学者已经对电动汽车动力电池的诸多相关问题进行了研究和探索, 但是目前还没有相关专家、 学者专门针对动力电池的运行与检修管理进行分析和研究。

  目前杭州电动汽车充/换电服务网络运营 500辆电动出租车、 120 辆公务车、 100 辆租赁车, 投入运行动力电池 4 000 多箱, 累计换电超过 52万车次, 行驶里程超过 3 000 万 km, 单车最高运营里程已突破 20 万 km, 为动力电池运行检修管理提供了大量实践经验。

  为进一步深化充/换电网络运营管理, 提高动力电池运行效率, 满足电动汽车的换电服务需求, 有必要深入研究动力电池运行与检修管理,并提出动力电池安全运行的合理化建议。

  1 动力电池的运行管理

  电动汽车换电需求能否满足与电池储备数量密切相关, 在进行电池需求调配时, 除了考虑车辆自身携带的电池, 还需设置一定的冗余度以满足车辆在电池耗尽时的换电需求。 由于电池购置费用昂贵, 冗余度太高会导致经济性下降, 而冗余度过低则无法满足车辆正常的换电服务。 由此,针对换电模式下的电池运行稳定性问题展开研究尤为重要, 包括动力电池接收检验、 运行管理、电池调配、 运行抽检、 数据分析和仓储管理等。

  1.1 接收检验
  动力电池在投入运行前应经过接收检验和试车运行检验, 经接收检验合格后方可投入运行。

  接收电池的检验包括电池信息、 外观、 连接器、电压、 外形尺寸、 内阻、 质量、 绝缘及容量等项目, 检验项目按表 1 中接收检验要求进行检验。【表1】
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  1.2 运行检查
  (1)投运检查。 按接收检验中信息、 外观进行检验: 检验电池资产编码、 出厂编码、 BMS 内码或 SIM 卡号等与清单一致; 外观应无破裂、 变形、 污迹等现象, 电池箱标识正确、 清晰, 应具有明显的警示标识, 箱体螺丝应齐全、 无松动。

  (2)充电检查。 主要检查 2 个方面: 检验电池箱的外观、 电池箱连接器、 绝缘电阻; 用换电工具等将电池箱放入电池转运箱或电池架内进行充电。 按以上检查时, 应符合信息、 外观及绝缘电阻的要求, 电池箱应能正常充电。

  (3)换电检查。 主要有以下 6 条检查项目: 核对原车电池箱与系统记录; 检验原车、 待装车电池箱的外观、 电池箱连接器、 绝缘电阻; 检验车辆电池箱连接器; 协助车辆清洁并扣好电池锁扣; 记录信息, 并录入掌机; 检查装车电池箱电压信息。

  (4)巡视检查。 应定时间、 定路线、 定人员、定项目进行巡视检查, 及时发现和处理异常及缺陷, 并记录巡视日志。

  (5)电池车辆运行监控。 单体蓄电池电压不应低于 2.5 V、 电池箱温度不应高于 55℃, 运行过程中无异常告警。

  1.3 电池调配
  在整个充电站网络内, 可配送的电池数量是十分庞大的, 所以及时、 准确地配送数量庞大的可更换电池, 不仅能够保证整个充电站网络的正常运行, 还将大大降低配送过程中的人力、 物力成本。 关于换电网络的电池配送问题, 目前鲜有文献论述。 而研究发现, 电池物流调配属于典型的 TSP(旅行推销员)问题。 因此, 可以借助解决 TSP 问题的智能算法来解决电池配送问题:

  (1)需求单位根据运行情况向上级管理部门提交调配申请;(2)上级管理部门视运行情况调配;(3)调配过程中 , 进行信息及外观检查并填写调配出、 入库单。

  1.4 运行抽检
  根据批次、 成组方式和充/换电次数等按照3%比例抽检, 单次抽检最低不应少于 4 箱, 最高不应多于50 箱, 并填写抽检记录。 抽检过程中如发现问题, 应详细了解电池的来源、 故障现象,做好相应分析、 检验, 并提出改进建议。 抽检步骤如下:(1)制定电池箱抽检计划表;(2)根据抽检计划表组织回收;(3)按表 1 组织检验;(4)除 容量要求外 , 应满足接收检验 、 开箱检查、 AGPS(辅助全球卫星定位系统)无松动脱落等异常、 内部检查等要求;(5)充/放电循环 3 次检验时 , 电池箱的平均放电容量不应低于额定容量的 80%;(6)进行检验总结并形成报告。 如实做好抽检日志, 抽检结束后应及时完成抽检报告。

  1.5 数据分析
  数据分析包括 3 个方面:(1)调取相关数据;(2)对换电次数、 行驶里程、 使用寿命、  故障率等进行指标性分析;(3)分析结束后及时完成数据分析总结报告。

  1.6 仓储管理
  仓储管理包括 4 个方面:(1)按投运检查要求审核信息并入库 、 及时更新出入库登记卡;(2)电池箱应以 30%~50%的荷电状态, 贮存在温度为+5℃~+40℃, 干燥、 清洁、 周围空气中不含有酸性或其他腐蚀性及爆炸性物质的通风良好的室内, 不应受阳光直射, 距离热源不得少于2 m, 不得倒置和重压。 快换电池箱的贮存时间不应超过 90 天, 当贮存期超过 90 天时, 应对快换电池箱进行补充充电至 50%荷电状态;(3)定期巡检, 并记录电压值, 单体不应低于3.0 V;(4)贮存过程中若发现异常 , 按检修类别进行报修处理。

  2 动力电池的检修管理

  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、 电芯性能、 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, 计划检修与维护相结合, 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金沙真人娱乐检查项目, 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金沙真人娱乐检修项目,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, 减少备品备件更换数量, 节约检修成本。

  3 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, 采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。

  3.1 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。 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, 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 2.8~3.7 V。 充电状态时单体电压超过 3.8 V, 充电仍未停止, 采用手动停止方式; 最高单体电压介于 3.7~3.8 V为轻微过充, 可继续使用; 最高单体电压介于3.8~4.0 V 为一般过充, 静置 30 min 待电压回落至3.7 V 可继续使用; 最高单体电压包括或高于 4.0V 为严重过充, 需要返厂维修。

  (2)电池过放。 最低单体电压介于 2.4~2.8 V为轻微过放, 继续充电即可; 最低单体电压介于2.0~2.4 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 2.0 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。

  为提高电池的一致性, 从电池使用和成组筛选等方面可以采用以下措施:(1)同 一批次电池出厂前 , 以电池电压 、 内阻等数据为标准进行参数相关性分析, 筛选相关性良好的电池, 以此来保证同批电池性能尽可能一致;(2)在动力电池成组时 , 务必保证电池采用同一类型、 同一规格、 同一型号的电池组成;(3)在电池使用过程中掌握电池中单体电池不一致性发展规律, 对极端参数电池进行及时调整或更换;(4)对检测中容量偏低的电池进行单独维护性充电;(5)间隔一定时间对电池进行小电流维护性充电, 促进电池组自身的均恒和性能恢复;(6)避免电池过充电, 尽量防止电池深放电;(7)保证电池良好的使用环境 , 尽量保证恒温, 减小振动, 避免水、 尘土等污染电池极柱;(8)采用电池能量管理和均衡系统, 对电池充/放电进行智能管理。

  3.2 绝缘异常
  对发现绝缘异常电池, 若由于天气潮湿导致, 则每隔 6 h 测 1 次绝缘, 3 次绝缘均正常后可继续使用。 若天气干燥或 3 次绝缘测试后仍未通过, 则需进一步开箱检验分析, 若是单体漏液所致, 则需进行单体替换。

  3.3 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。

  3.4 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。

  4 提高电池运行与检修水平的措施

  4.1 培养一专多能的电池运维人才
  国家电网公司提出的“大检修”与“大运行”也给电动汽车电池运行与检修相关从业人员提出了更高的要求, 相关技术人员要懂电池运行原理,掌握电池检测技术, 完成状态评估并进行电池检修, 这对运行维护人员的业务技能又是一次新的提升。因此, 需加强电池运行、 仓储、 维护及检修培训制度, 对相关运行和检修人员及时进行动力电池新技术的培训, 特别在新型电池投入使用前, 相关人员必须经过培训后才能上岗操作。

  4.2 先进技术与实践经验相结合
  在电池的运行与检修中, 可以通过各种技术手段, 依托在线监测和综合数据电池状态自动评估与预警系统, 对电池的运行情况进行监测, 及时掌握电池的运行情况, 了解电池充电电能质量问题。 同时, 借助家族缺陷与典型故障数据库的自动检修决策支持系统, 定期对电池进行测试,并与电池运行监测数据进行比对, 确保电池运行在健康状态下。此外, 可运用数理统计理论分析研究不同应用环境和使用工况下的电池组失效模式和寿命统计分布模型, 根据电池组寿命分布模型得出电池组生存函数, 预测电池剩余寿命。在电池运行与检修管理中, 运行人员自身的经验也很重要, 结合运行人员工作中经验, 对简单故障或隐患的排除有很大作用。 要及时进行经验总结, 对工作中遇到的问题和常见解决方法进行归纳、 记录和备案, 以便于经验的传承。

  4.3 建立严格的管理制度
  电池运行与检修是一项系统而复杂的工作,必须建立一套严格的管理制度。 规范运行管理工作中的巡视、 调配、 抽检以及检修处理等工作,并建立岗位责任制、 安全责任制。

  (1)明确电池运行的岗位责任制 。 对电池的调配及仓储, 确保对应到人, 进行专人管理, 权责分明, 设立检修领导、 检修指挥、 技术指导、安全巡视和质量监督管理等组织机构, 职责明确, 从机构上保证检修工作顺利进行。

  (2)建立严密的安全技术措施。 严格遵守电池安全调配、 安全仓储工作等规程, 以免给运行人员人身安全带来危险。 将充电服务区域和检修区域隔离, 设置检修安全通道和安全警示标识。检修现场设立工具柜和货架, 检修工器具及零部件分类摆放, 整齐规范, 为检修现场安全提供有力的保证。

  (3)明确电池评价评级管理制度 。 制定检修管理制度和电池故障检修标准化作业指导书, 严格执行检修标准化作业指导书, 做到检修工作流程化和标准化。 根据电池特性与管理经验, 在充换电 50 次、 100 次等节点时, 对运行电池性能进行全面检测, 对充/换电 200 次以上电池进行开箱检测及全面维护, 确保电池运行安全。 同时,定期对电池进行检测和预防性试验, 对已经检查出缺陷的电池, 应立即处理或检修。

  5 结语

  为确保电动汽车动力电池安全、 可靠运行,除了加强电池运行中的调配及仓储, 做好预防性试验和临时检修工作之外, 还要积极运用和选用新技术, 做好电池运行与检修各项管理技术培训工作, 才能不断提高电动汽车动力电池检修和运行技术水平。

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