当前，能源危机和环境污染与日俱增，发展高效、节能、零排放的清洁型纯电动汽车已成为国内外汽车工业发展的必然趋势。相比传统燃油车，电动汽车内含有高压部件，包括电机控制器、动力电池、电动压缩机和DC/DC等。在深圳市商业运行的电动汽车中，行驶最早的如丰田普锐斯车型已有14年多，一般较普及的电动公交大客车如五洲龙牌油电混合公交车，以及比亚迪纯电动出租车e6 和大客车K9 等，也有6年多的行驶年龄。这些车型上的高压蓄电池及相关装置，经过长期使用已逐步进入维修期。我们在实际维修中，陆续遇到了高压电池及其控制装置的各类故障，对它们的维修获得了一定的认知。以下就镍氢电池和铁锂电池这两类高压蓄电池的原理及特点，以及实际维修案例中遇到的检测技术等问题，瑞新能源以提供技术支持为主，同时对高精度进口电池测试仪及设备、测试技术进行研发、生产、销售、系统集成的国际技术集团，今天就跟大家一起分析电动汽车动力电池测试检测技术问题。

高压动力电池的原理与特点

1.镍氢电池

在美、日等发达国家的混合动力汽车上，目前使用最多的是镍氢电池。镍氢电池的正极材料是氢氧化镍(NiOH)，负极则是金属氢化物，即为储氢合金(MH)，电解液是30%的氢氧化钾水溶液。这里所谓“储氢合金”是指具有很强“吸收”氢气能力的金属镍，其单位体积储氢的密度可相当于储存1000个大气压的高压氢气。储氢合金的关键在于能稳定的储气和放气，其工作原理是利用水的氢离子移动反应来获得电流，这时氢气在负极上被逐渐消耗掉。镍氢电池的电极反应为下式，式中e指带电的电子。

正 极 ：Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e

负极：M + H 2 O + e = M H a b + O H - Ni(OH)2+M=NiOOH+MHab

镍氢电池是在镍镉电池基础上开发出来的，但镍镉电池中有重金属镉，对环境有重度污染，所以镍镉电池在发达国家目前均已限制发展和使用。镍氢电池则不存在重金属污染问题，而且镍氢电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都优于镍镉电池，故被称之为“绿色”电池。其主要特点有：
(1) 电池的比能量较高，即单位质量的能量密度较大，镍氢单体电池的额定电压为1.2V，通常由六个或十个单体电池构成一块电压为7.2V 或 12V 的电池组，丰田普锐斯混合动力车型上就用了这种7.2V 一节的电池( 图1)，电容量为6.5Ah,实测每节外形尺寸为274×106×20mm3，质量为1.1kg，有28节串联共计201.6V。镍氢电池的比能量超过70Wh/kg，车辆一次充电可续驶里程较长，适合在电动汽车上使用。同时其比功率可达200W/kg，在车辆加速或爬坡时输出大电流，能平稳持续放电来提供大功率。同时还可实现快速放电和充电，电池耐过充和耐过放的能力均较强。

(2)镍氢电池在放电和充电过程中，正极板析出氧气，负极板析出氢气。氢气和氧气能够很容易在蓄电池内部再化合生成水，使容器内的气体压力保持不变，这种再化合的速率很快，电解液不会出现增加或减少的现象，不需调节电解液的密度，故电池本身可以采取密封结构，电池能实现免维护保护。

(3) 所谓电池的“记忆效应”是指如果电池每次没有放完电，如只放出40%，那么长期使用后，剩下的60%容量就无法放出，这就大大缩小了电池的储存电容量，直接影响电池的使用。但镍氢电池基本上不存在记忆问题，不要求100%放完电后才允许充电，能做到随放随充，极大地方便了电动汽车的充放电。即便镍氢电池在空置状态下放置一年，再充电时仍可恢复原容量97%以上电量，基本上与新电池一样。如在较长放置时有意让电池内部存有一部分电，则电池的恢复储电能力可更快更高。

(4)镍氢电池与镍镉电池比较，不存在镍镉电池中的金属镉对环境有重度污染的问题。镍氢电池还可再生利用，符合持续发展的理念。电池安全可靠，使用寿命长，循环充放电的次数可达3000 次以上，市场实际使用证明其寿命容易超过十年。

(5)镍氢电池的缺点则是存储的电压较低，能量密度也偏低，当前的价格相对较高；电池的均匀性较差，特别是在高速率、深放电的状况下，单体电池之间的容量和电压的差别较大；电池的自放电率较高；镍氢电池使用最重要的是要避免过充电和过放电，温度特性差，在45℃以上的高温环境，或在低于0℃ 以下环境下，镍氢电池将无法正常工作，电池容量与现实要求还有较大差距等问题，影响着氢镍电池在电动汽车上的广泛使用。

2.磷酸铁锂电池

锂离子蓄电池是上世纪90年代发展起来的高容量可充电的电池，比镍氢电池更晚。其比能量大于氢镍电池，能存储更多的电能量，而且具有循环寿命长、自放电率小、电池无记忆效应和不污染环境等多项优点。其主要研究集中在大容量、长寿命和安全性三个方面，成为当前能量存储技术的热点。其中磷酸铁锂离子电池(LiFePO4)成熟应用在电动汽车上。正极是呈橄榄石结构的磷酸铁锂，电池负极是石墨，中间是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，外壳由金属材料密封。隔膜板可把正极与负极隔开，同时还在电池异常高温时，隔膜板上的细孔起阻断锂离子通道的作用，可中止充电或放电反应，有效防止电池外部短路电流过大时，反应过激产生温度过高的现象。

磷酸铁锂离子蓄电池其结构如图2所示，电池正极与铝箔连接，负极则用铜箔相接，可直接与外电路连接。电池内部锂离子在正负极材料晶格中可自由扩散，当电池在放电时，锂离子从石墨负极板层状结构中析出，通过隔膜板到达正极板，锂离子的移动就产生了电流；反之在充电时，锂离子在电势作用下从正极中脱出嵌入到石墨负极中。在电池充放电循环过程中，借助于电解液的作用，锂离子在电池的两极间往复运动。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。磷酸铁锂电池通常采用圆形卷绕式的“18650”型电池结构，即电池直径为18mm 高度为65mm，目前最大容量为3100mAh。图3 是18650 型电池构成的五洲龙电动大巴的电池箱。
不论镍氢电池或磷酸铁锂电池，其单体电池的能量和功率等性能，即电压、电流和电功率均远远不能满足电动汽车对动力电源的使用要求，故实际使用的动力电池均是成组集合应用，通过串、并联的方式，将单体电池组成电池组。但由于单体电池的原有性能差异，以及连接方式的一致性和环境温度的差别，造成电池成组后达不到原有单体电池的性能水平，尤其是使用寿命甚至能缩短数倍，导致电池的使用和维护成本大幅度增加。所以在各种电动汽车上，对电池的检测显得特别重要，并已向模块化、标准化和智能化方向发展。当前对每电池组的检测，主要集中在对组合电池的工作电流、分节电压和多点温度等的监测方面。

动力电池电压检测及维修案例

如果动力电池中的单体电池端电压差异较大，或电池性能已经严重下降时，也可能产生警告灯报警的现象。电动汽车不论是采用镍氢电池组或是磷酸铁锂电池组，对电压的监管都是很严格的。如比亚迪F3DM混合动力汽车上的动力电池由 100 节电池单元串联组成，每节电池又由若干单体电池并联，设置有100个跟踪电压检测取样点，电压采样线为红色。一旦检测到某节电池的端电压差异过大时，在其仪表盘的显示屏上就会出现电池报警。图9 为普锐斯的镍氢电池组的电压采样图。

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