动力电池管理系统ppt课件.pptx

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1、 冷却系统新能源汽车技术动力电池管理系统动力电池管理系统2课时 提出任务 作为一名汽车专业的学生，你知道新能源汽车动力电池需要怎样的管理才能使其不出现意外吗？ 电池管理系统工作原理动力电池管理系统 通信与故障诊断 本节重点 (1)了解动力电池管理系统的检测功能； （2）了解动力电池管理系统的状态计算功能、系统辅助功能；（3）了解动力电池管理系统的通信与诊断功能电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）电池管理系统（BMS）是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电。 电池管理系统主要可以实现一下四项功能：

2、 监测功能； 状态计算功能； 系统辅助功能； 通信与诊断功能。动力电池管理系统四、通信与故障诊断三、系统辅助功能二、状态计算功能一、监测功能动力电池管理系统电池管理系统有着最基本功能就是测量电池单体的电压，电流、温度、绝缘检测和高压互锁检测，这是所有电池管理系统顶层计算、控制逻辑和动力蓄电池高压安全的基础。1.监测电池单体(或单元、模块)的电压监测单体（或单元、模块）的电压，对于电池管理系统有以下三个作用：可以用来累加获取整个动力电池的电压值；可以根据单体（或单元、模块）电压压差来判断单体（或单元、模块）差异性；可监测单体（或单元、模块）的运行状态。如图3-5-1所示，是宝马I3车型动力电池的

3、监控电子装置。一、检测功能图3-5-1 宝马I3车型动力电池的监控电子装置1-电池模块1、2-电池模块2、3-电池模块3、4-电池模块4、5-电池模块5、6-电池模块上的温度传感器、7-电池电压测量、8-电池监控电子装置、9-蓄能器管理电子装置、10-电池模块6、11-电池模块7、12-电池模块8、13-安全盒、14-售后服务时断开连接、15-智能型蓄电池传感器、16-12V蓄电池、17-安全型蓄电池接线柱、18-前部配电盒一、检测功能在此以较高扫描率（每 20 毫秒测量一次）测量电池模块电压。通过测量电压可以识别充电过程或放电过程是否结束。图3-5-2所示是丰田AHR10W车型动力电池电压监

4、测位置和检测回路。6 个 1.2 V单元串联组成一个模块，28个这样的模块串联。因此，HV蓄电池总共使用168个单元，等于201.6 V。动力电池 ECU 将 2 个模块作为 1 个蓄电池单元。并检测 14 个蓄电池单元的电压。根据对这些电压信号的检测，可以确定蓄电池单元内某一个信号单元的故障。 图3-5-2 丰田AHR10W车型动力电池电压监测位置和检测回路一、检测功能2、监测电池温度监测动力电池主要是依靠NTC温度传感器进行的。借助电池温度可以识别是否过载或有电气故障。出现温度异常情况时必须立即降低电流强度或完全关闭高电压系统，以免电池进一步损坏。此外，测量温度还用于控制冷却系统，从而确保

5、电池始终在最有利于自身功率和使用寿命的温度范围内运行。动力电池温度传感器安装在动力电池内的多个位置，如图3-5-3（a）所示。根据 HV 蓄电池的温度变化，电阻值也变化,如图3-5-3（b）所示。动力电池ECU根据动力电池温度传感器信号控制蓄电池冷却风扇。图3-5-3 丰田AHR10W车型动力电池温度传感器一、检测功能3、监测电流动力电池内的单体串联给整车提供电能，所以一般只需要测量一个电流。电流测量手段主要分两种智能分流器或霍尔电流传感器。图3-5-4是丰田NHW20车型动力电池电流传感器，电池电流传感器连接到HV电池的高电压电缆，并检测流至HV电池。电流量比例0 - 5V之间发生变化，电压

6、信号，电池ECU IB端子输入以下的场合，2.5V充电，超过2.5V如果HV电池放电状态表示。图3-5-4 丰田NHW20车型动力电池电流传感器一、检测功能4、绝缘电阻检测为安全起见，电动汽车高压电路与车身搭铁绝缘的。在电动汽车内置于动力蓄电池 ECU （蓄电池智能单元）的“漏电检测电路”（如）持续监视高压电路和车身搭铁之间的绝缘电阻保持不变。如果绝缘电阻降至低于规定级别，则存储一个 DTC （高压绝缘异常），且利用组合仪表显示（警告灯，如主警告灯亮起）将异常告知驾驶员。图3-5-5所示是丰田混合动力车型的绝缘电阻检测电路，在此以此检测电路为例介绍绝缘电阻的检测原理。图3-5-5 丰田混合动力

7、车型的绝缘电阻检测电路一、检测功能（1）绝缘电阻 表3-5-1是混合动力车辆绝缘电阻和绝缘电阻减小的阀值。 表3-5-1 混合动力车辆绝缘电阻和绝缘电阻减小的阀值*：检测到电阻减小达 30 秒时，设定 DTC。（在单次检测中，将持续 10 秒的电阻减小计数为 1，因此计数为 3 时，设定DTC。 ）一、检测功能（2）绝缘电阻减小的检测漏电检测电路有交流电源，允许少量交流电流至高压电路（正极和负极）。图3-5-6所示，交流电流经检测电阻器、电容器，车身搭铁。 图3-5-6 交流电流绝缘监测一、检测功能车辆绝缘电阻越小，检测电阻器的电压就越低，交流波也越低。 根据交流波的波幅，检测绝缘电阻值。绝缘

8、电阻减小转换为 ECU 数据“Short Wave Highest Val”，由 HV ECU 内的漏电检测电路进行检测，如图3-5-7所示。 该值在0和5V之间，表示绝缘电阻。 可通过智能检测仪的 ECU 数据表查看。图3-5-7 ECU 数据一、检测功能（3）“ Short Wave Highest Val（短波最高电压）”的特性图3-5-8是“Short Wave Highest Val”的特性注意：车辆置于 READY-ON 状态一段时间后，进行漏电检测电路工作情况检查。 “Short Wave Highest Val”降至约 1.5 V。 “Short Wave Highest Va

9、l”在增压时可能降至约 0 V，所以在未进行增压时作出绝缘电阻减小的判断。图3-5-8 短波最高电压特性一、检测功能5、高压互锁检测(HVIL)高压互锁的目的是，用来确认整个高压系统的完整性的，当高压系统回路断开或者完整性受到破坏的时候，就需要启动安全措施了。HVIL的存在，可以使得在高压总线上电之前，就知道整个系统的完整性，也就是说在电池系统主、负继电器闭合给电之前就防患于未然HVIL的存在，是需要整个系统构成的，主要通过连接器的低压连接回路上完成的，电池管理单元一般需要提供电路的检测回路。图3-5-9是宝马汽车高压互锁检测回路一、检测功能图3-5-9 宝马汽车高压互锁检测回路HVIL源有三

10、种不同的方式，5V、12V和PWM波。一、检测功能电池系统中最核心也是最难的一部分就是SOC、SOH和SOP的估算。图3-5-10 SOC控制示例1、SOCSOC，全称是State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为01，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。SOC的控制目标值是约60。的上限为约80（控制上限为约75），约20（对照的约30的下限）成为下限。二、状态计算功能SOC显示器（能量监视器，如图3-5-11所示）图3-5-11 SOC显示器二

11、、状态计算功能2、SOH（1）SOC与SOH的关系一般情况下，SOC描述的是电流参数的短期变化，SOH描述的是长期变化。SOH的测量不需要连续进行，对多数情况只要定期测量就够了，测量的周期取决于不同应用。SOH测量外推法可以预测电池的寿命，但是，也会突发电池故障，是难以预料的。为了测定电池的健康状态，必须知道实际的SOC，或者必须在相同的SOC下测量SOH。二、状态计算功能（2）影响SOH的因素电池放电深度DOD放电深度DOD体现了电池放电的程度，相同容量的电池，放电深度越大，电池释放的能量就越多，电池的寿命就越短。充放电速率充放电速率会对电池的寿命产生很大的影响，对电池进行高倍率电流充放电会

12、加剧电池的极化现象，减少电池的寿命，同样，过小的充放电电流也会影响电池的寿命。温度过高或过低的温度，都会影响电池的性能，温度过低会影响电池内部电解液的活性，降低电池的充放电效率，温度过高则会使电池内部的化学平衡体系遭到破坏，使电池材料的结构发生变形，降低使用寿命。二、状态计算功能过充与过放电当电池放电至截止电压时，继续放电会使电极与电解液发生不可逆的化学反应，使电池的活性成分变少，降低电池的使用寿命，同样，过充电也会降低电池寿命。二、状态计算功能3、SOP动力电池功率边界SOP（state of power）算法的目的就是权衡多重因素的影响指导控制单元（如VCU）更合理的使用动力电池系统。对于

13、纯电动车辆，动力电池是唯一的能量获取来源SOP策略相对简单，而对于混合动力车辆而言，一方面动力电池容量小则必然在运行中需要高倍率输出，对功率平稳输出的优化就更为重要。另一方面内燃机系统（或燃料电池系统）如何与动力电池进行功率分配才得以实现低能耗、高性能也需要通过SOP算法来优化。用户可以根据实际需求来选择是希望车辆性能更强劲或是电池系统寿命更长久。SOP算法与电芯特性、电池系统性能和整车功率需求等都有着密切的关系，如图3-6-14所示。二、状态计算功能电池管理系统的辅助功能主要包含继电器控制、热控制和充电控制等，这些功能往往与整车控制系统或者其他相关的系统进行联合使用。1、系统主继电器（SMR

14、）控制动力蓄电池内一般有多个继电器，电池管理系统至少要完成对继电器的驱动供给和状态检测，继电器控制往往是和整车控制器协调后确认控制器，而安全气囊控制器输出的碰撞信号一般与继电器控制器断开直接挂钩。电池包内继电器一般有主正、主负、预充继电器和充电继电器，在电池包外还有独立的配电盒对整个电流分配做个更细致的保护。对电池包的继电器控制，闭合、断开的状态以及开关的顺序都很重要。系统主继电器（SMR）是根据动力蓄电池ECU信号连接或切断高压供电电路的继电器，一般采用 3 个继电器以确保正常工作。这里以丰田混合动力车型为例对系统主继电器（SMR）工作原理进行详解。三、系统辅助功能2、热控制蓄电池的化学性能

15、受环境的温度影响非常大，为了保证电池的使用寿命必须让电池工作在合理的温度范围之内，并根据不同的温度给整车控制器得出其所能输出和输入的最大功率。因此，当动力蓄电池温度过高时是要为动力蓄电池降温，低时则需要为其适当加热。（1）降温目前对动蓄电池主要主要采取风冷和水冷两种冷却方式，如图3-5-12所示。图3-5-12 动力蓄电池的冷却方式三、系统辅助功能图3-5-12 动力蓄电池的冷却方式三、系统辅助功能（2）升温在动力蓄电池温度较低时，通过加热器加热冷却液介质间接给动力蓄电池加热，如图3-5-13所示。图3-5-13 动力蓄电池的加热组件三、系统辅助功能3、充电控制电池管理系统的一种主要模式是监控

16、电池系统在充电过程中的电池的需求。在交流系统中，BMS需要实现PWM的控制导引电路的交互；在直流充电过程中，特别需要注意在较高SOC下允许充电的电流。在国标系统中，电池管理系统被要求直接与外部建立通信，交互充电过程中的信息。三、系统辅助功能1、通信功能电池管理系统，至少需要给整车控制器（VCU）发送电池系统的相关信息；在有直流充电的系统之中，特别是在国标系统中需要直接与外部直流充电桩进行通信。在某些时候，可能还有一条备份的诊断和刷新的通信线，用来在主通信失效的情况下做数据传输。2、故障诊断和容错运行故障诊断及容错控制在任何控制器当中都是非常重要的部分，电池管理单元的故障会也需要以故障码(DTC

17、)来进行报警，通过DTC触发仪表盘当中的指示灯，在新能源汽车中电池故障也有相应的指示灯来提醒驾驶员。由于电池的危险性，往往需要车联系统直接进行信息传送，以应对突然出现的事故处理。比如当发生事故的时候，当安全气囊弹出，继电器由整车控制器直接切断以后，车联系统通过定位和预警来处理，特别是电池放电。故障诊断包括对电池单体电压，电池包电压，电流，电池包温度测量电路的故障进行诊断，确定故障位置和故障级别，并作出相应的容错控制。四、通信与故障诊断 1、动力电池管理系统的检测功能； 2、动力电池管理系统的状态计算功能、系统辅助功能；3、动力电池管理系统的通信与诊断功能 本章小节 1、电池管理系统检测的方法？2、电池管理系统主要的作用是什么？3、新能源汽车为什么需要对动力电池进行管理？课后作业