第二节 电动汽车动力电池类型
一、镍基蓄电池
镍基蓄电池是指用氢氧化亚镍作正极活性物质的碱性蓄电池。所谓碱性蓄电池，是指以氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）水溶液作为电解质的蓄电池。目前在电动汽车上使用的镍基蓄电池主要有镍镉（Ni-Cd）蓄电池、镍锌（Ni-Zn）蓄电池和镍氢（Ni-MH）蓄电池等。镍镉蓄电池和铅酸蓄电池相比，比能量能够达到55W·h/kg，比功率能够达到200W/kg，循环寿命可达到2000次，而且可以快速充电，虽说其价格为铅酸蓄电池的4～5倍，但由于其在比能量和使用寿命方面的优势，因此其长期的实际使用成本并不高。由于其含有重金属镉，在使用中不注意回收的话，就会造成环境污染，目前许多发达国家都已限制发展和使用镍镉蓄电池。而镍氢蓄电池则是一种绿色镍金属电池，它的正负极分别为镍氢氧化物和储氢合金材料，不存在重金属污染问题，且其在工作过程中不会出现电解液增减现象，蓄电池可以实现密封设计。镍氢蓄电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都比镍镉蓄电池有所提高，使用镍氢蓄电池的电动汽车一次充电后的续驶里程曾经达到过600km，目前在欧洲及美国已实现了批量生产和使用。
镍氢（Ni-MH）蓄电池是镍镉（Ni-Cd）蓄电池的新发展，是目前人们看好的第二代蓄电池之一，是取代镍镉蓄电池的产品，当然也是取代铅酸蓄电池的产品。镍氢蓄电池刚刚进入成熟期，是目前电动汽车所用动力电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的动力电池体系，全世界已经批量生产的混合动力汽车一般采用镍氢动力电池体系。
（1）镍氢（Ni-MH）蓄电池的结构和类型 镍氢（Ni-MH）蓄电池可以分为方形和圆柱形两种类型，如图2-14及图2-15所示。镍氢蓄电池主要由正极、负极、极板、隔板、电解液等组成。隔板采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。为了防止充电过程后期蓄电池内压过高，蓄电池中装有防爆装置。
图2-14 方形镍氢（Ni-MH）蓄电池及其结构
图2-15 圆柱形镍氢（Ni-MH）蓄电池及其结构
（2）镍氢（Ni-MH）蓄电池的工作原理 镍氢蓄电池正极活性物质采用氢氧化亚镍，负极活性物质为储氢合金，电解液为氢氧化钾溶液，电池充电时，正极的氢进入负极储氢合金中，放电时过程正好相反。充电时，负极析出氢气，储存在容器中，正极由氢氧化亚镍变成羟基氧化镍（NiOOH）和H2O；放电时氢气在负极上被消耗掉，正极由羟基氧化镍变成氢氧化亚镍。
蓄电池过量充电时，正极板析出氧气，负极板析出氢气。由于有催化剂的氢电极面积大，而且氢气能够随时扩散到氢电极表面，因此，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，可以有效控制蓄电池内部氧气的浓度。
镍氢蓄电池的电极反应与镍镉蓄电池相似，只是负极充放电过程中生成物不同，镍氢蓄电池也可以做成密封型结构。镍氢蓄电池的电解液多采用KOH水溶液，并加入少量的LiOH。镍氢（Ni-MH）蓄电池化学反应如下。
二、锂离子电池
1．概念
锂离子电池是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。
无论是方形还是圆柱形锂离子电池，基本都由正极、负极、电解液及隔膜组成，另外加上正负极引线、安全阀、PTC（正温度控制端子）和电池壳等。
（1）正极 采用锂化合物如LixCoO2（钴酸锂）、LixNiO2 （镍酸锂）、LiFePO4（磷酸铁锂）和LixMnO2 （锰酸锂）以及三元材料镍、钴、锰酸锂。
（2）负极 采用锂-碳层间化合物LixC6。
（3）电解质 一般采用溶解有锂盐的有机制剂，根据所用电解质的状态可分为液态锂离子电池、聚合物锂离子电池、全固态锂离子电池。
隔膜只允许锂离子（Li＋）往返通过，阻止电子（e－）通过，在正负极之间起到绝缘作用。
三元锂离子电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂[Li（NiCOMn）O2]的锂离子电池，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，其中的镍、钴、锰的比例可以根据实际需要调整。由此可以看出，是以锂离子电池的正极对其进行更细的分类与命名的。
2．锂离子电池的结构
如图2-16所示，锂离子电池主要由正极、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）和蓄电池壳（或盖板）组成。负极与蓄电池壳接触，并且将负极镍带点焊在蓄电池壳内壁上；隔膜处于正极和负极之间，起隔离作用；正极片被包在内层，正极极耳将正极与蓄电池壳连为一体，正极极耳缠有高温胶纸；电解质分布于极片、隔膜纸及蓄电池内部，电芯底部缠有普通胶纸。
图2-16 锂离子电池的结构
3．锂离子电池的工作原理
如图2-17所示，充电时，正电极（阴极）发生氧化反应，向外电路释放出电子和向内电路释放出锂离子。电子经过外电路和充电机被输送到负电极，与此同时，锂离子则经过内电路中的电解质和穿过隔膜纸，进入负电极的晶体结构。因此，正电极中的锂离子数量逐渐减少。但是，电解质中的锂离子数量没有改变。隔膜纸是电子的绝缘体，锂离子的“透明体”。负电极（阳极）发生还原反应，同时吸收电子和锂离子。电子和锂离子在负极的晶体结构中形成电池中性。
图2-17 充电时锂离子电池工作示意图
如图2-18所示，放电时正电极（阴极）发生还原反应，从外电路获得电子和从内电路吸取锂离子。电子经过外电路和用电器被输送到正电极，与此同时，锂离子则经过内电路中的电解液和穿过隔膜纸，回到正电极的晶体结构。因此，负电极中的锂离子数量逐渐减少，而正电极中的锂离子数量逐渐增多。但是，电解液中的锂离子数量没有改变。负电极（阳极）发生氧化反应，同时释放出电子和锂离子。电子和锂离子经过内外电路，回到正电极的晶体结构中形成电池中性。
图2-18 放电时锂离子电池工作示意图
4．比亚迪e5磷酸铁锂离子电池
比亚迪e5磷酸铁锂离子电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，电池负极是石墨，中间是由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，锂离子的电解质是由有机溶剂和锂盐组成的，对人体组织具有腐蚀性，并且可燃外壳由金属材料密封。
（1）外部结构 比亚迪e5磷酸铁锂离子电池系统最重要的外部特征是高电压导线或高电压接口和12V车载网络接口布置在整车地板下面，电量为47.5kW·h。
动力电池组的密封盖一般通过几十个螺栓加密封胶以机械方式与托盘连接在一起。在动力电池组的密封盖上一般粘贴有几个提示牌，如一个型号铭牌和两个警告提示牌。型号铭牌提供逻辑信息（例如电池参数标签和电池编号）和最重要的技术数据（例如额定电压）。两个警告提示牌提醒注意动力电池组采用锂离子技术且电压较高，以及可能存在的相关危险。如图2-19所示为比亚迪e5动力电池组密封盖上的提示牌。
图2-19 比亚迪e5动力电池组密封盖上的提示牌
在动力电池组上带有一个2芯高电压接口，动力电池组通过该接口与高电压车载网络连接，如图2-20所示。围绕高电压导线的两个电气触点还各有一个屏蔽触点，这样可使高压电缆屏蔽层（每根导线各有一个屏蔽层），一直持续到动力电池组密封盖内，从而有助于确保电磁兼容性EMV。
图2-20 比亚迪e5动力电池组高电压接口
电动汽车基本都会在整车的关键连接部件上使用低压互锁电路，如图2-21所示为比亚迪e5主要部件内的互锁电路。互锁电路是一种低压电路，在被断路时向控制模块发出信号，或者当动力电池组的维修开关被部分或完全拆下时主动断开电路。然而，维修开关上的互锁电路通常并不是汽车上唯一的互锁电路，比如在高压电缆连接插头处或保护盖上也有互锁电路。这样做的目的是确保在高压系统某部分被断接或暴露的情况下，车辆高压系统能够立刻断开（READY为OFF）。有些车辆还会采用这样的设计：只有互锁电路断开，同时车辆以小于每小时几千米的速度行驶或者停车时，汽车才会断电。
图2-21 比亚迪e5主要部件的互锁电路
12V车载网络接口为集成式控制单元提供电压、总线信号、传感器信号和监控信号，如图2-22所示。
图2-22 比亚迪e5动力电池组低电压接口
直流高压电缆组件由两根绝缘的高压电缆组成，用来连接混合动力汽车或纯电动汽车的动力电池组及汽车的变频器。由于大部分高压电缆都位于汽车底盘下（夹在动力电池组和底盘之间），因此它能受到很好的保护，避免碰撞到路面带来的损坏。而纯电动汽车和一些插电式车辆安装的电池组要大得多，往往要延长到几乎车辆前部的位置，所以其高压电缆通常也会相对混合动力汽车中的短一些。比亚迪e5电池高压电缆从电池端输出，从高压电控总成端输入，如图2-23所示。
图2-23 比亚迪e5电池高压电缆
（2）内部结构 比亚迪e5电池内部结构由电池模组、动力连接片、连接电缆、电池采集器、采样线、电池组固定压条、密封条等组成，如图2-24所示。
图2-24 比亚迪e5电池组内部结构
磷酸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。如图2-25所示，比亚迪e5由13个模组串联组成，总电压为633.6V，容量为75A·h；电池组高压接口位于1号电池负极、13号电池正极。13号模组在1号模组的上层，12号模组在11号模组的上层，6～8号模组分别在5号、4号、9号模组的上层。
图2-25 比亚迪e5电池模组结构
比亚迪e5使用电池信息采集器（BIC）监控电池组传感器测量的数据和电池性能。通常情况下，数据被报告给电池管理器（BMS），然后BMS根据工作条件和驾驶员的需求命令电池进行相应的充电或放电。
如果单体电池、电池模组或部分电路的电压变得不平衡，部分带充电系统的电池还可以用BIC进行电池电压均衡。BIC的安装位置如图2-26所示，其主要是进行电压、温度和通信信号的采集。
图2-26 BIC的安装位置
比亚迪e5动力电池组内部含有4个接触器（影响电池组是否可以串联）和2个保险：2个分压接触器和2个保险（6号和10号模组内部各一个），1个正极接触器（13号模组内部），1个负极接触器（1号模组内部），如图2-27所示。分压接触器在电池模组内部，无法单独拆卸，只可以通过插头施加电压进行间接判断。
图2-27 比亚迪e5接触器
三、飞轮电池
1．飞轮电池的结构与原理
飞轮电池是一种典型的机电一体化装置，由飞轮电池本体、电力电子装置及控制器三部分组成，如图2-28所示。如图2-29所示，飞轮电池本体主要包括飞轮、集成电动机（电动机-发电机集成为一体）、真空容器、磁悬浮轴承四大部分。为使真空容器密封良好，飞轮电池本体仅通过三根导线与外部的控制系统相连接。飞轮电池本体中的磁悬浮轴承和集成电动机均需通过控制器对电力电子装置的控制来保证飞轮电池正常工作，以及发挥其使用性能。为了减轻飞轮电池的重量及提高飞轮的强度，飞轮的转子可以采用碳纤维材料；电动机采用电动/发电于一体的集成电动机，可以减小飞轮电池的体积和重量；采用磁悬浮轴承可以减少高速旋转情况下机械零件间的摩擦损耗；将整体系统置于真空中的目的是为了减少飞轮高速旋转情况下产生的风阻损耗。
图2-28 飞轮电池的组成
图2-29 飞轮电池本体的基本结构
2．飞轮电池的工作原理
飞轮电池分为充电、能量保持和放电三种工作状态。飞轮电池能量的存储是靠飞轮的惯性来实现的，若飞轮运行于理想状态，没有任何阻力损耗，能量将全部被保存并释放出来。飞轮电池的储能能力取决于飞轮的转动惯量和转速，而提高转速能够使飞轮电池的储能能力得到更大的提高。
飞轮电池的工作原理示意如图2-30（a）所示，飞轮电池的工作过程是电力电子装置在控制器的作用下，飞轮电池中的集成电动机在外部电源的驱动下，以电动机形式运转，电动机带动飞轮高速旋转，飞轮完成储存动能的过程，即用电给飞轮电池“充电”，之后飞轮以较低的损耗处于能量保持状态，直到汽车负载需要能量时，飞轮带动集成电动机旋转，集成电动机以发电机的形式旋转，将动能转化为电能，对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换，并通过电力电子装置将电能转换成汽车各种负载所需的电压来驱动负载工作。当飞轮电池发电时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高（高达2×105r/min，使用的轴承为非接触式磁悬浮轴承）。飞轮电池充放电的工作过程如图2-30（b）所示。
图2-30 飞轮电池的工作原理
飞轮电池储能密度可达100～200W·h/kg，比功率可达5000～10000W/kg，能够循环运行几百万次，预期寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万千米。
美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮电池成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改装成电动轿车，一次充电可行驶600km，由静止到96kW·h加速时间为65s。
四、氢燃料电池
氢燃料电池车更像是一种增程式电动汽车。也许有些人会认为氢燃料电池车是以燃烧氢原料作为动力的，其实不然，氢燃料电池指的是氢通过与氧的化学反应而产生电能的装置（单纯依靠燃烧氢来驱动的“氢内燃机车”也曾出现过，比如宝马的氢能7系）。氢燃料电池车的驱动力来自于车上的电动机，就像纯电动汽车一样，因此，氢燃料电池车可以理解为一辆“自带氢燃料发电机的电动汽车”，其理念与增程式电动汽车相类似，只不过电能的来源由一台内燃机变成了氢燃料动力单元。
1．氢燃料电池车及其基本结构
到目前为止，各个车企的氢燃料电池车的基本原理较为一致，只是细节设计上有所区别。笔者仅以丰田汽车公司刚刚发布的氢燃料电池车Mirai为例来说明氢燃料电池车的结构和工作原理。
如图2-31所示，Mirai氢燃料电池车主要由高压储氢罐、氢燃料电池堆栈、燃料电池升压器、动力蓄电池组、驱动电动机和动
图2-31 Mirai氢燃料电池车结构
力控制单元等组成。高压储氢罐内存储燃料用氢气，压力大约为70MPa；氢燃料电池堆栈为丰田汽车公司第一个量产的燃料电池，体积能量密度为3.1kW/L，输出功率为114kW；燃料电池采用紧凑高效的大容量升压器，能够将电压升高到650V；动力蓄电池组采用镍锰蓄电池，用以回收制动能量，在加速时辅助燃料电池供电；驱动电动机由燃料电池和动力蓄电池组供电，最大功率为113kW，最大转矩为335N·m；动力控制单元用于在不同的行驶工况下分别控制动力蓄电池组的充放电策略。
Mirai车的动力系统被称作TFSC，即丰田燃料电池堆栈，是以燃料电池堆栈为核心组件的混合动力系统。TFSC没有传统的汽油发动机，也没有变速器，发动机舱内部是电动机和电动机的控制单元。在驾驶舱底部布置着的燃料电池堆栈是整套系统的核心；在车身后桥部分放置着一个镍氢动力电池组和前后2个高压储氢罐，没有油箱和大面积的锂离子电池， Mirai车唯一需要消耗的“燃料”就是氢气，不用加油也不用充电，加满5kg氢气可行驶640km。
直接驱动Mirai车车轮的电动机功率为113kW，峰值转矩为335N·m，基本相当于一辆⒉0L自然吸气发动机的动力水平。除燃料电池堆栈发电之外， Mirai车后轴上方布置了一个1.6kW·h的镍氢电池组，充当动力电池＋储能电池的作用。该电池组基本上与凯美瑞混合动力车的电池一样，在整车负载低时可单独用其供电驱动车辆前进，与此同时燃料电池堆栈发出来的电可以给电池组充电，用镍氢电池充当一个“缓存”。当车辆有更大的动力需求时，镍氢电池组的电会很快耗光，此时燃料电池堆栈就直接向电动机输电，与镍氢电池组实现双重供电以满足车辆需求；当车辆减速行驶时，电动机转化为发电机来回收动能，电量直接输送到镍氢电池组内储存起来。Mirai氢燃料电池车的工作原理如图2-32所示。
图2-32 Mirai氢燃料电池车的工作原理
2．燃料电池堆栈的构成和工作原理
丰田Mirai车搭载的燃料电池堆栈（图2-33）是由370片薄片燃料电池组成的，因此被称为“堆栈”，一共可以输出114kW的发电功率。虽然氢燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够与氧气在一起剧烈燃烧，但氢燃料电池却不是利用燃烧来获取能量的，而是利用氢气与氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的，这一过程最关键的技术就是利用特殊的“质子交换薄膜”将氢气拆分，质子交换薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。如图2-34所示，在燃料电池堆栈里，进行着氢与氧相结合的反应，其过程中存在电荷转移，从而产生电流。与此同时，氢与氧发生化学反应后生成水。
图2-33 氢燃料电池堆栈的构成
图2-34 氢燃料电池的工作原理
燃料电池堆栈作为一个化学反应池，其最为关键的技术核心在于“质子交换薄膜”。在这层薄膜的两侧紧贴着催化剂层，将氢气分解为带电离子状态，因为氢分子体积小，携带电子的氢分子可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在这个过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过薄膜到达另一端。氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子，将氧分子拆分成氧原子以捕获电子变为氧离子（负电），电子在电极板之间形成电流，2个氢离子和1个氧离子结合成水，水成为了该反应过程中的唯一“废料”。从本质来讲，整个运行过程就是发电过程。随着氧化反应的进行，电子不断发生转移，就形成了驱动汽车所需的电流。如果说，氢燃料电池车的技术突破是在发明一种汽车，倒不如说是在发明一种全新的“发电机”，然后整合进一辆车里。在燃料电池堆栈中，排布了诸多薄膜，可以产生大量的电子转移，形成供车辆行驶所需的电流。因此Mimi车是纯电动汽车，燃料电池堆栈代替的就是厚重且充电效率低下的锂离子电池组。一般情况下，燃料电池堆栈所产生的整体电压为300V左右，不足以带动一台车用大功率电动机，因此，Mirai氢燃料电池车还装备了燃料电池升压器，将电压升至600V以上，从而顺利驱动电动机。
丰田的燃料电池堆栈经历了10多年的技术优化，形成了自己的特色结构。丰田汽车公司2008年采用的燃料电池技术如图2-35所示，由于通路宽度过大，氢和氧发生化学反应产生的副产品水会在通路内堆积，阻碍氧向催化剂层扩散，降低发电效率。Mirai氢燃料电池车采用新型高性能燃料电池（图2-36），阴极采用了3D立体精微流道技术，氢和氧发生化学反应产生的水可以通过3D立体精微流道迅速排出，防止堆积的水对氧气的进一步进入产生阻碍，使空气可以充分通过微流道流动并与催化剂层（采用铂钴合金催化剂，活性提升1.8倍）接触；正极的质子交换薄膜被做得更薄（厚度减小1/3，导电性提高3倍），气体在扩散层（采用低密度材料）的扩散性得到提升，催化剂层处于“超激活”状态，显著提升了电极的响应性能，有效地改善了发电效率，因此，整个燃料电池堆栈的发电效率达到了3.1kW/L，是2008年丰田燃料电池技术的2.2倍（图2-37）。
图2-35 丰田汽车公司2008年采用的燃料电池技术
图2-36 Mirai氢燃料电池车采用的燃料电池技术
图2-37 新旧丰田汽车公司燃料电池技术对比
3．高压储气罐
了解氢气物理特性的人都知道，氢气和汽油不同，常温下氢气是气体，密度非常低，并且非常难液化，常温下更是无法液化，因此氢气要安全储藏和运输并不容易，所以，氢气无法像汽油那样直接注入普通油箱里。丰田汽车公司设计了一大一小2个储氢罐，通过高压的方式尽可能多地充入氢气。以目前的主流储存技术，丰田汽车公司选用了70MPa的高压储氢罐（图2-38）。2个储氢罐总的容量是122.4L，采用70MPa的压力，也只能容纳约5kg的氢气，因此实际上燃料的质量并不大，反而储氢罐特别笨重。
图2-38 高压储气罐
为了在承受70 MPa的前提下仍旧保持行驶安全性，所以储氢罐被设计成4层结构，铝合金的罐体内部衬有塑料密封内衬，外面包裹一层碳纤维强化塑料（CFRP）抗压层，抗压层外侧再增加一层玻璃纤维强化塑料外壳，起到减振保护作用，并实现外壳的轻量化，并且每一层的纤维纹路都根据所处罐身位置不同而做了额外的优化，使纤维顺着压力分布的方向，提升保护层的效果。多重纤维材料的组合应用及不同的纤维编制形式，能够有效发挥各种纤维的物理特性，适应不同的罐体区域的受力情况，可以减少40%的纤维用量。
4．丰田燃料电池车的驱动模式
丰田汽车公司的氢燃料电池汽车Mirai在2017年进行了量产。Mirai意为“未来”，丰田汽车公司对于未来的探索在该车型上得以实现。从开始研发到最终上市，丰田汽车公司耗费20余年的时间，该车的核心组件包括动力控制单元、燃料电池堆、驱动用电池、电动机、升压转换器以及高压储氢罐，具备低重心化、空气动力性能好、优化的重量分配以及高强度车身等特点。下面就其驱动模式进行简介。
燃料电池车行驶工况分为以下四种：启动、一般行驶、加速行驶以及减速行驶，驱动模拟图如图2-39所示。
图2-39 驱动模拟图
（1）启动工况 车辆启动时，由车载蓄电池进行供电，此时，来自镍锰蓄电池的电源直接提供给驱动电动机，使电动机工作，驱动车轮转动，此时，燃料电池不参与工作，如图2-40所示。
图2-40 启动工况
（2）一般行驶工况 一般行驶工况下，来自高压储氢罐的氢气经高压管路提供给燃料电池，同时，来自空气压缩机的氧气也提供给燃料电池，经质子交换膜内部产生电化学反应，产生大约300V的电压，然后经DC/DC转换器进行升压，转变为650V的直流电，经动力控制单元转换为交流电提供给驱动电动机，驱动电动机运转，带动车轮转动，如图2-41所示。
图2-41 一般行驶工况
（3）加速行驶工况 加速时，除了燃料电池正常工作外，需要由车载蓄电池参与工作，以提供额外的电力供驱动电动机使用，此时车辆处于大负荷工况下，如图2-42所示。
图2-42 加速行驶工况
（4）减速行驶工况 减速时，车辆在惯性作用下行驶，此时燃料电池不再工作，由车辆减速所产生的惯性能量由驱动电动机转换为发电机进行发电，经动力控制单元将其转换为直流电后，反馈回车载蓄电池进行电能的回收，如图2-43所示。
图2-43 减速行驶工况
5．氢燃料电池优势
（1）消除“里程忧虑” 一般情况下，氢燃料电池车每行驶100km大约需要消耗1kg氢气，而像丰田Mirai、奥迪A7 Sporback h-tron quattro等车型，可储存约5kg的压缩氢气，理论上，在加满氢气的状态下续航里程可达500km。
（2）燃料补充时间与燃油车相当 氢燃料电池车加注氢气的过程非常快速且便捷，专用的加氢气设备仅需3min即可充满氢原料，相对于纯电动汽车较长的充电等待时间（目前充电最快的特斯拉Model S车的超级充电站也需要1.25h才能充满电量）而言，优势极其明显。
（3）性能媲美燃油车 像奥迪A7 Sporback h-tron quattro这款氢燃料电池车，前后轴各配备了一台最大输出功率为85kW、最大转矩为270N·m的电动机，总功率达170kW，可提供高达540N·m的转矩，该车0～100km/h加速时间仅7.9s。
五、动力电池维修及检测
1．维修安全注意事项
应特别重视维修动力电池的安全事项，首先应在保证人身安全的前提下，切断动力电池的高压电，必须遵循下列程序，如图2-44所示。
图2-44 维修动力电池组前的安全断电程序
① 关闭点火开关，取下钥匙并将其放置妥当，以避免意外启动。
② 打开后备厢，戴绝缘手套，拔出红色动力电池组的维修手柄。一般打开电动汽车后各厢盖后，就能发现很醒目的红色手柄，依要求按压维修手柄锁扣，用力拔出此维修手柄。
③ 切断车辆12V低压蓄电池的线路，拆除其负极端电缆，保证车上没有低压电，这时可听到有动力电池高压继电器的释放声音。
④ 等待约10min后，让变频器中的高压电容自动放完电，再用万用表电压挡检验证明，动力电池组高压线端确实没有电压。
⑤ 再次分别检查动力电池的正负端，对地无电压或电压小于3V，这时方可进行动力电池组的相关检测和修理。
2．动力电池母线绝缘故障检测
当仪表报高压绝缘故障后，要做高压系统绝缘检测。
（1）区分是动力电池的绝缘故障还是负载侧绝缘故障 启动钥匙置于OFF挡，断开12V蓄电池负极，举升车辆，拔下动力电池低压控制航插，拔下动力母线接插件，对动力电池输出端以及负载端进行验电、放电、再验电。然后，用绝缘检测仪检测负载端绝缘状况。
（2）电池内部绝缘监测 在负载端断开的状况下，插上动力电池低压控制航插，蓄电池负极接通12V供电，启动钥匙置于ON挡，整车控制器（VCU）控制接通动力电池负极。动力电池内部动力母线进行绝缘检测，如有故障，会上报整车控制器（VCU）并在仪表板显示出来。这时仪表板上显示的是排除负载端之后，动力电池内部的绝缘情况。如报绝缘故障，则需要进一步检查电池内部高压路径。由于负载端断开，动力电池主控盒不会闭合正极母线继电器，对外不能供电。这时用绝缘检测仪检测负极母线绝缘状况，检测正极输出口到母线继电器的绝缘状况。
（3）直流母线电压故障检查步骤
① 检查直流高压接插件 断开维修开关，拔下高压接插件，用万用表测量控制器上高压接插件正极、负极对控制器外壳阻抗，一般大于20MΩ。
a．若正常，进行下一步检查。
b．若异常，检查高压电缆。
② 检查高压输入信号 用万用表检查高压输入端，看是否在480～500V范围内。
a．若正常，则为驱动电机控制器故障。
b．若小于480V，则为外部输入异常，应检查电池系统和预充系统。
（4）高压配电箱故障判断
① 接触器异常检测 先判断接触器低压端是否同时满足吸合时所需的电压，即外围信号是否正常。若正常，判断为接触器异常；否则，需检查外围信号。
② 霍尔异常检测 车辆上电，测试电流霍尔是否有“＋15V”“－15V”的电源，若电源电压正常，则测试霍尔信号（1V/100A）并与电源管理器的当前电流进行对比，从而来判断电流霍尔的正常与否。
③ 配电箱内高压保险的异常检测 在检查高压模块是否有高压输入时，先检查高压保险是否烧毁。保险的好坏，用万用表的通断挡进行检测。若导通，则保险正常；若不导通，则保险烧毁；需检查其负载是否正常，并进行更换。
3．检测动力电池漏电情况
（1）常见电池包漏电的故障诊断方法 一般故障表现形式：仪表“OK”灯不亮，仪表提示应检查动力系统，高压系统漏电故障。断开电池包与车身所有连接（正负极引出、采样线接口），闭合维修开关，万用表测试电池包各项步骤如下。
第1步： 闭合高压维修开关。
第2步： 使用万用表测量动力电池总电压U。
第3步： 使用万用表测量正极与车身电压U1，如图2-45所示。 将万用表选择直流1000V挡位，必须戴上绝缘手套检测；红表笔接动力电池正极端子，黑表笔接动力电池外壳搭铁位置。
图2-45 用万用表测量正极与车身电压
第4步：使用万用表测量负极与车身电压U2，如图2-46所示。将万用表选择直流1000V挡位，必须戴上绝缘手套检测；红表笔接动力电池负极端子，黑表笔接动力电池外壳搭铁位置。
图2-46 用万用表测量负极与车身电压
第5步：将万用表笔更换为并联定值电阻表笔。将万用表挡位拨至电阻挡，测量一个定值电阻的阻值R; 将红、黑表笔之间并联测量一个电阻，大约为100kΩ。
第6步：将万用表挡位拨回直流电压挡，测量并联电阻后检测正极与车身U1和U2的电压，如图2-47所示。
图2-47 测量并联电阻后检测正极与车身U1和U2的电压
第7步：测量并联电阻后，检测负极与车身电压U2。
第8步：测量结束后必须断开维修开关，确保维修安全及高压保护。
第9步：动力电池漏电的测量，如图2-48所示。
图2-48 动力电池漏电的测量
（2）电池漏电测量
① 测量出正极对地的电压为266.4V。
② 测量出定值电阻为150kΩ。
③ 测量出并联绝缘电阻正极对地电压为133.5V。
④ 动力电池漏电的计算如下。
（266.4－133.5）÷133.5×150000÷330＝452.5Ω/V＜500Ω/V（漏电）
4．检查动力电池总正继电器与总负继电器的性能
动力电池主正继电器与主负继电器如图2-49所示。
图2-49 动力电池主正继电器与主负继电器
（1）目的 防止继电器损坏，确保车辆正常上电。
（2）要求 用监控软件启动和关闭的功能检查主正和主负继电器的性能，保证高压正常上电。
（3）工具 万用表、笔记本、CAN卡。
（4）方法 用监控软件启动和关闭主正和主负继电器。
① 将诊断线插到诊断接口上，然后将车钥匙置于ON挡。
② 开启车辆诊断测试仪，按照屏幕上的显示进行操作，以启动所需功能。
（5）检查动力电池内部的熔断器 用万用表二极管挡或电阻挡测量熔断器是否导通，如图2-50所示。
图2-50 测量熔断器
（6）检测主正和主负继电器线圈电阻 用万用表检测主正和主负继电器的线圈电阻，如图2-51所示。
图2-51 检测主正和主负继电器的线圈电阻
（7）检查动力电池预充电加热电阻 用万用表欧姆挡检测加热电阻是否正常，如图2-52所示。
图2-52 检查动力电池预充电加热电阻
5．检查电池模组连接状态
（1）目的 防止电池模组螺钉松动。
（2）要求 确保电池模组电路连接可靠。
（3）工具 绝缘套筒及扭力扳手。
（4）方法 使用绝缘套筒扭力扳手紧固模组连接螺栓，检查完成后做好极柱绝缘，如图2-53所示。
图2-53 检查电池模组连接状态
6．检查动力电池外部高压插接件
（1）目的 确保接插件连接可靠。
（2）要求 检查线束及插件连接紧固状态，无松动、破损、腐蚀等问题。
（3）工具 目测、紧固。
（4）方法 检查动力电池高压插接件有无变形、松脱、过热、损坏的情况，如图2-54所示。
图2-54 检查动力电池外部高压插接件
① 检查用电器插接件与线束插接件是否对插，并检查是否对插到位。
② 检查线束与插针是否连接牢固、插针是否出现退针、弯曲等异常现象。
③ 根据电路图引脚定义检查插接件线束位置是否正确，如发现问题应予以修理或更换。