新能源汽车动力电池能量管理系统课件.pptx

1、2022-6-15动力电池动力电池能量管理系统驱动电机驱动电机管理系统项目一项目二项目三项目四项目五动力驱动单元 动力电池的能量储存与输出都需要模块来进行管理，即动力电池能量管理模块，又称动力电池管理系统，或动力电池能量管理系统。本项目主要包含2个工作任务： 任务1 动力电池能量管理系统认知； 任务2 动力电池能量管理系统的检测。 通过以上2个任务的学习，你可以了解动力电池的管理系统内部组成部件，理解动力电池为何要进行平衡管理和热管理，掌握动力电池的安全管理与数据通信。 任务1 动力电池能量管理系统认知提出任务 一辆电动汽车的仪表无法显示电池电量，诊断结果为电池能量管理模块无法通信，需要进行更

2、换。作为一位电动汽车售后服务人员，完成上述任务需要具备以下技术能力：能够识别电池能量管理模块的位置与作用；可以进行电池能量模块的更换。这些能力你是否都具备了？ 任务1 动力电池能量管理系统认知任务要求知识要求 1能够描述动力电池系统的构成和基本功能； 2能够描述动力电池组的构成和功能； 3能够描述动力电池管理系统的基本功能； 4能够描述动力电池管理系统的工作模式。能力要求 能够正确识别与拆装动力电池管理系统的各部件。 任务1 动力电池能量管理系统认知相关知识 1动力电池系统的构成和基本功能 1）动力电池系统的构成 动力电池系统是指驱动电动汽车以及混合动力汽车等电动汽车的电池、电池管理系统及附属

3、装置等，其主要构成要素是： （1）动力电池组（电池模块）。 （2）电池管理系统（BMS）。 （3）电池冷却系统。 （4）动力电池组箱体。 任务1 动力电池能量管理系统认知 图2-1-1所示为纯电动汽车结构图，图中与电池系统相关的组件主要为动力电池组、管理电池信息的电池管理单元以及车辆集成控制器（VCU）。图2-1-1 纯电动汽车结构示意图 任务1 动力电池能量管理系统认知 2）动力电池系统的基本功能 动力电池系统的基本功能是： （1）储存驱动所用电能。 （2）控制最佳行驶电池特性。 （3）确保电池相关的安全性、可靠性。 图2-1-2所示为纯电动汽车动力电池系统内部结构。电池组中包含了部分电源系

4、统（安全保护零件类、维护插件等），含有使用高性能锂离子电池的电池组、保持电池在适当温度的冷却管路、防水结构的电池盘等。 任务1 动力电池能量管理系统认知图2-1-2 电动汽车动力电池系统内部结构 任务1 动力电池能量管理系统认知 2动力电池组的构成和功能 一般为了实现电动机驱动的高效率化，会将电动汽车辆的工作电压设定为100500V。因此，动力电池组主要利用单体电池（Cell）串联结构，如图2-1-3所示，动力电池组一般由若干单体电池连接而成的电池模块组成。 电池模块的主要构成零件是： （1）单体电池（Cell）。 （2）电压测量部分。 （3）电池温度测量部分。 （4）单体电池间的接线材料和绝

5、缘材料。 任务1 动力电池能量管理系统认知图2-1-3 电池组（电池模块） 任务1 动力电池能量管理系统认知 另外，电池模块所要求的功能是： （1）保持电池固定。 （2）配线部绝缘。 （3）检测电池电压和温度。 （4）电池散热（冷却）结构。 当电池模块中加入了隶属电池管理系统的电子印制电路板，这时对电池模块相应增加模数转换电池电压和温度数据的功能、向电池管控单元发送这些信息的通信功能，还有均衡不同电池单体电压的功能。 任务1 动力电池能量管理系统认知 3电池管理系统的基本功能 动力电池管理系统（BMS）是电池保护和管理的核心部件，它的作用要保证电池安全可靠的使用，控制动力电池组的充放电，并向V

6、CU上报动力电池系统的基本参数及故障信息。动力电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的、复杂的电气测控系统，也是电动汽车商品化、实用化的关键。 动力电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对动力电池的电压、电流、温度进行时刻检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告SOC（State Of Charge荷电状态）、SOH（State Of Health性能状态，也称健康状态），还根据动力电池的电压、电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程，以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载，控制器、电动机控制器、能量控

7、制系统、车载显示系统等进行实时通信。 任务1 动力电池能量管理系统认知 如图2-1-4所示，常见动力电池管理系统的功能主要包括数据釆集、数据显示、状态估计、热管理、数据通信、安全管理、能量管理（包括动力电池电量均衡功能）和故障诊断，其中前6项为动力电池管理系统的基本功能：图2-1-4 电池管理系统功能框图 任务1 动力电池能量管理系统认知 （1）数据采集是动力电池管理系统所有功能的基础，需要采集的数据信息有电池组总电压、电流、电池模块电压和温度。 （2）电池状态估计包括SOC估计和SOH估计，SOC提供电池剩余电量的信息，SOH提供电池健康状态的信息，目前的动力电池管理系统都实现了SOC估计功

8、能，SOH估计技术尚不成熟。 （3）热管理是指BMS根据热管理控制策略进行工作，以使电池组处于最优工作温度范围。 （4）数据通信是指电池管理系统与整车控制器、电动机控制器等车载设备及上位机等非车载设备进行数据交换的功能。 （5）安全管理是指电池管理系统在电池组的电压、电流、温度、SOC等出现不安全状态时给予及时报警并进行断路等紧急处理。 （6）能量管理是指对电池组充放电过程的控制，其中包括对电池组内单体或模块进行电量均衡；故障诊断是指使用相关技术及时发现电池组内出现故障的单体或模块。 任务1 动力电池能量管理系统认知 BMS最基本的功能是监控与动力电池自身安全运行相关的状态参数（如动力电池的电

9、压、电流和温度）、预测动力系统优化控制有关的运行状态参数（SOC、SOH）和相应的剩余行驶里程、进行与工作环境适应性有关的热管理等，进行动力电池管理以避免出现过放电、过充电、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用动力电池存储能力和循环寿命。BMS的主要任务及相应的传感器输入和输出控制见表2-1-1。 任务1 动力电池能量管理系统认知 通常在车辆运行过程中，能够通过传感器直接测量得到的参数仅有动力电池端电压U、动力电池工作电流I、动力电池的温度T，而车辆动力系统控制需要用到的物理量包括电池当前的SOC、电池当前的SOH、最大可充放电功率等，动力电池管理系统内部各物理量之间的关系如图

10、2-1-5所示。在车载动力电池管理系统中，热管理技术、准确的荷电状态（SOC）和性能状态（SOH）在线实时估计技术具有较大的难度，是其核心技术。 任务1 动力电池能量管理系统认知图2-1-5 电池管理系统内部各物理量之间的关系 任务1 动力电池能量管理系统认知 电池管理的核心问题就是SOC的预估问题，电动汽车电池SOC的合理范围是30%70%，这对保证电池寿命和整体的能量效率至关重要。电动汽车在运行时，电池的放电和充电均为脉冲工作模式，大的电流脉冲很可能会造成电池过充电（超过80%SOC）、深放电（小于20%SOC）甚至过放电（接近0%SOC），因此电动汽车的控制系统一定要对电池的荷电状态敏感

11、，并能够及时做出准确的调整，这样电池管理系统才能根据电池容量决定电池的充放电电流，从而实施控制，根据各只电池容量的不同识别电池组中各电池间的性能差异，并以此做出均衡充电控制和电池是否损坏的判断，确保电池组的整体性能良好，延长电池组的寿命。电池管理系统的具体功能是：保护电池；估算剩余电量；计算电池寿命；故障诊断。 其最为重要的功能是监测电池电压与温度，以及判断电池自身故障，以保护电池。因此，事先在电池管理系统核心的电池管理单元中添加了与所使用的电池化学系统相匹配的各类控制信息。 任务1 动力电池能量管理系统认知 电池保护功能的主要项目和概要如下： （1）防止过充电功能。过充电是指超过各单体电池具

12、有的上限充电电压充电。过充电不仅会引起电池性能下降，有时甚至会引起发热或冒烟等。因此，需要监视各单体电池电压，控制充电电流和再生电流不超越上限电压，杜绝过充电。 （2）防止过放电功能。过放电是指低于单体电池内部使用的化学物质具有的固有下限电压放电。出现过放电时，电池内部会发生异于常态的化学反应，导致内部物质不可逆变化，之后电池就无法再继续使用。因此，必须避免行驶时各单体电池电压低于下限电压，需要实施抑制输出电流的控制。此外，电池在剩余容量少的状态下长期放置时，会自放电，也可能导致过放电，所以点火开关在关闭状态，不在电池管理系统控制之下时，充分确保单体电池自身安全至关重要。 任务1 动力电池能量

13、管理系统认知 （3）电压均衡功能。如前所述，把若干单体电池串联连接使用的电动汽车十分常见。这种情况下，各单体电池的电压不均衡时，电压最低的单体电池会影响整体性能，电池组无法获得应有性能。为改进这种情况，通常多数会在模块管理单元和电池管理单元等中设置电压均衡电路，主要使用以下方式： 消耗电阻方式。相对于各单体电池，借助开关功能，并联电阻，使电压高的单体电池电流流过这个电阻，产生消耗，从而与电压最低的单体电池匹配方式。虽然此方式能做到电路结构紧凑和控制简单，但是另一方面，电能消耗会使充电效率下降（图2-1-6）。图2-1-6 消耗电阻方式电路图 任务1 动力电池能量管理系统认知 转移电能型变压器方

14、式。此方式是指并联连接到整个电池组的线圈为1次侧送电电压，并联连接到各单体电池的线圈为2次侧送电电压的变压器电路，把电压高的电池电能转移到1次侧送电变压器电路，之后2次侧送电变压器电路重新把电能转移到电压低的电池，使各单体电池电压均衡（图2-1-7）。此方式不仅释放了电压高的电池电能，还能够将电能转移给电压低的单体电池，实现高效率化，但是另一方面，也造成电路尺寸的大型化和控制复杂等不利因素。图2-1-7 转移电能型变压器方式电路图 任务1 动力电池能量管理系统认知 转移电能型电容器方式。此方式是指电容器相对于各单体电池并联连接，通过切换电路可以使电容器与相邻电池连接，电能从电压高的电池转移至电

15、压低的电池，实现均衡（图2-1-8）。此方式，与转移电能型变压器方式一样，可有效利用电能，但也存在转移电池范围受限的缺点。图2-1-8 转移电能型电容器方式电路图 任务1 动力电池能量管理系统认知 此外，单体电池本身发生故障，产生电压差时，需要立刻进行处理，确保安全，所以监控和判断各单体电池电压差也成为重要功能。 （4）防止过热功能。该功能是指防止各单体电池超过推荐使用的温度范围上限值的功能。用最大输出功率连续行驶和快速充电时，单体电池因自身内部电阻而发热。如果超过上限温度，不仅会使电池容量和输出性能下降，还会发生电池鼓胀等问题。模块管理单元监测各单体电池或是电池模块的温度，此外，为避免超过上

16、限温度。在抑制输出电流和充电电流的同时，需要借助后述电池冷却系统强制降低温度。 任务1 动力电池能量管理系统认知 4动力电池管理系统的工作模式 动力电池管理系统高压接触器结构如图2-1-9所示，控制原理如图2-1-10所示。 动力电池管理系统可工作于下电模式、准备模式、放电模式、充电模式和故障模式5种工作模式。图2-1-9 动力电池管理系统高压接触器结构 任务1 动力电池能量管理系统认知图2-1-10 动力电池管理系统高压接触器控制原理 任务1 动力电池能量管理系统认知 1）下电模式 下电模式是整个系统的低压与高压处于不工作状态的模式。在下电模式下，动力电池管理系统控制的所有高压接触器均处于断

17、开状态，如图2-1-11所示；低压控制电源处于不供电状态。下电模式属于省电模式。图2-1-11 动力电池管理系统（BMS）高压接触器1-B接触器；2-预充接触器；3-充电器接触器；4-直流转换器接触器；5-B接触器 任务1 动力电池能量管理系统认知 2）准备模式 在准备模式下，系统所有的接触器均处于未吸合状态。在该模式下，系统可接受外界的点火开关、整车控制器、电动机控制器、充电插头开关等部件发出的硬线信号或受CAN报文控制的低压信号来驱动控制各高压接触器，从而使动力电池管理系统进入所需工作模式。 任务1 动力电池能量管理系统认知 3）放电模式 动力电池管理系统监测到点火开关的髙压上电信号（Ke

18、y-ST信号）后，系统首先闭合B接触器（图2-1-11），由于电动机是感性负载，为防止过大的电流冲击，B接触器闭合后即闭合预充接触器进入预充电状态；当预充两端电压达到母线电压的90%时，立即闭合B接触器并断开预充接触器进入放电模式。目前汽车常用低压电源由12V的铅酸蓄电池提供，不仅可为低压控制系统供电，还需为助力转向电动机、刮水器电动机、安全气囊及后视镜调节电动机等提供电源。为保证低压蓄电池能持续为整车控制系统供电，低压蓄电池需有充电电源，而直流转换器接触器的开启即可满足这一需求，因此，当动力电池系统处于放电状态时，B接触器闭合后即闭合直流转换器接触器，以保证低压电源持续供电。 任务1 动力电

19、池能量管理系统认知 4）充电模式 动力电池管理系统检测到充电唤醒信号（Charge Wake Up）时，系统即进入充电模式。在该模式下，B接触器与车载充电器接触器闭合，同时为保证低压控制电源持续供电，直流转换器接触器仍需处于工作状态。在充电模式下，系统不响应点火开关发出的任何指令，充电插头提供的充电唤醒信号可作为充电模式的判定依据。对于磷酸铁锂电池，由于其低温下不具备有很好的充电特性，甚至还伴随有一定的危险性，因此基于安全考虑，还应在系统进入充电模式之前对系统进行一次温度判别。当电池温度低于0时，系统进入充电预热模式，此时可通过接通直流转换器接触器对低压蓄电池进行供电，并为预热装置供电以对电池

20、组进行预热；当电池组内的温度高于0时，系统可进入充电模式，即闭合B接触器。 任务1 动力电池能量管理系统认知 无论在充电状态还是在放电状态，电池的电压不均衡与温度不均衡将极大地妨碍动力电池性能的发挥。在充电状态下，极易出现电压、温度不均衡的状态，充电过程中可通过电压比较及控制电路使得电压较低的单体电池充电电流增大，而让电压较高的电池单体充电电流减小，进而实现电压均衡的目的。温度的不均匀性会大大降低动力电池组的使用寿命，因此，当电池单体温度传感器监测出各单体电池温度不均衡时，可选择强制风冷的方式，实现电池组内气流的循环流动，以达到温度均衡的目标。 任务1 动力电池能量管理系统认知 5）故障模式

21、故障模式是控制系统中常出现的一种状态。由于车用动力电池的使用关系到用户的人身安全，因而系统对于各种相应模式总是采取“安全第一”的原则。动力电池管理系统对于故障的响应还需根据故障等级而定，当其故障级别较低时，系统可采取报错或者发出报警信号的方式告知驾驶人；而当故障级别较高，甚至伴随有危险时，系统将采取断开高压接触器的控制策略。低压蓄电池是整车控制系统的供电来源，无论是处于充电模式、放电模式还是故障模式，直流转换器接触器的闭合都可使低压蓄电池处于充电模式，从而保证低压控制系统工作正常。 任务1 动力电池能量管理系统认知任务实施 （一）工作准备 （1）防护装备：绝缘防护装备。 （2）车辆、台架、总成

22、：北汽新能源纯电动汽车系列；荣威E50；或其他同类纯电动汽车。 （3）专用工具、设备：无。 （4）手工工具：绝缘拆装组合工具。 （5）辅助材料：警示标示和设备；清洁剂。 （二）实施步骤 1北汽新能源EV系列车型动力电池管理系统拆装 以下以北汽EV160型汽车为例，介绍动力电池管理系统常见的部件更换拆装流程。 任务1 动力电池能量管理系统认知 1）BMS丛板更换流程与规范 警告： 在处理丛板的更换过程中，拆卸时注意螺钉与配件的拆卸，防止掉落模组内部引起短路事故。 （1）将动力电池箱体与车身分离。 （2）将动力电池包上盖打开。 （3）确认需更换的BMS丛板位置（图2-1-12）。 （4）将所属丛板

23、的接插件全部拆卸（图2-1-13）。图2-1-12 确认需更换的BMS丛板位置图2-1-13 拆卸接插件 任务1 动力电池能量管理系统认知（5）拆卸丛板本体（图2-1-14）。（6）将新丛板双侧的固定片安装稳固。丛板双侧固定片须用专用型号螺钉与丛板配套使用（图2-1-15）。图2-1-14 拆卸丛板本体图2-1-15 专用型号螺钉 任务1 动力电池能量管理系统认知对准丛板固定片螺纹进行螺钉的拧紧操作（图2-1-16）。固定片安装后准备安装丛板（图2-1-17）。图2-1-16 进行螺钉的拧紧操作图2-1-17 准备安装丛板 任务1 动力电池能量管理系统认知丛板位置摆放正确至螺纹插孔全部对齐（图

24、2-1-18）。检查丛板固定螺钉配件是否为标准三件套。螺钉安装先后顺序为：弹片（上）垫片（下）（图2-1-19）。图2-1-18 丛板位置摆放正确图2-1-19 螺钉安装顺序为弹片（上）垫片（下） 任务1 动力电池能量管理系统认知使用十字螺丝刀对丛板螺钉进行拧紧（图2-1-20）。（7）在原位置安装新丛板，将接插件安装至需更换后的丛板并安装插件。丛板插口印有接插件标号（图2-1-21）。图2-1-20 拧紧丛板螺钉图2-1-21 丛板插口印有接插件标号 任务1 动力电池能量管理系统认知安装中按照接插件上的标签内容进行对号接插（图2-1-22）。接插件对正插口不可错位，防止插针损坏（图2-1-2

25、3）。检查接插件是否牢固，编号是否与插口对应。（8）再次检查线束接插件是否接插正确，并无工具或异物遗落箱体内部。（9）安装上盖并进行密封处理。（10）将动力电池箱体与车身进行安装。图2-1-22 按接插件上的内容对号接插图2-1-23 接插件对正插口 任务1 动力电池能量管理系统认知2）高压继电器更换与安装流程与规范提示：型号务必选用匹配继电器EV200-1618002-7。（1）将动力电池包与车身分离并打开动力电池箱体上盖。（2）断开继电器电源插件。（3）使用型号匹配的专用工具拆下需更换的继电器螺栓。（4）选用型号匹配的继电器进行安装。 任务1 动力电池能量管理系统认知确定继电器所安装的位置

26、，有对应螺栓插孔（图2-1-24）。选取型号匹配的继电器进行安装（图2-1-25）。继电器固定螺钉组件为三件套。图2-1-24 确定继电器安装位置图2-1-25 选取型号匹配的继电器 任务1 动力电池能量管理系统认知 组件安装顺序为：弹片（上）垫片（下）（图2-1-26）。 将继电器对准专属插槽并拧紧螺钉。 继电器顶部端子需连接高压电缆、预充电阻、加热继电器等线束、操作时按照实际情况进行线束连接（分“正”与“负”）（图2-1-27）。图2-1-26 组件安装顺序为弹片（上）垫片（下）图2-1-27 连接高压电缆、预充电阻、加热继电器等线束 任务1 动力电池能量管理系统认知安装完毕后将绝缘套固定

27、好（图2-1-28）。（5）安装箱体上盖、密封并将箱体与车身进行安装。图2-1-28 将绝缘套固定 任务1 动力电池能量管理系统认知3）加热继电器更换与安装流程与规范提示：继电器型号必须符合电池包实际要求务必使用专用继电器。（1）将动力电池箱体与车身分离并打开上盖。（2）拆卸加热继电器端子连接线束。确认加热继电器所在位置（图2-1-29）。将继电器端子连接线束拆卸（图2-1-30）。图2-1-29 确认加热继电器所在位置图2-1-30 拆卸继电器端子连接线束 任务1 动力电池能量管理系统认知 （3）使用专用工具拆卸继电器两侧固定螺钉，拆卸加热继电器（图2-1-31）。 （4）按实际要求选择型号

28、匹配的继电器进行更换。 选择型号匹配的加热继电器（型号：AEV110122）如图2-1-32所示。图2-1-31 拆卸继电器两侧固定螺钉图2-1-32 型号为AEV110122继电器 任务1 动力电池能量管理系统认知（5）安装新继电器，确认螺栓组件是否齐全。在原位置安装新继电器对准螺栓插孔。检查加热继电器螺栓组件是否为标准三件套。螺栓组件安装顺序为：弹片（上）垫片（下）（图2-1-33）。将螺栓对准螺栓插孔并紧固（图2-1-34）。（6）插入继电器端子连接线束，将加热继电器顶端线束安装至原位。（7）安装电池包上盖、密封，并将箱体与车身安装。图2-1-33 螺栓组件安装顺序为弹片（上）垫片（下）

29、图2-1-34 紧固螺栓 任务1 动力电池能量管理系统认知 4）低压航插头更换流程与规范 提示： 航插头务必选用与动力电池包相匹配的型号，实际型号以电池包出厂批次要求为准。 （1）将动力电池包与车身分离并打开箱体上盖。 （2）拆卸航插头尾部接插件。 确认航插头所在位置（图2-1-35）。图2-1-35 确认航插头所在位置 任务1 动力电池能量管理系统认知断开并拆卸航插头尾部连接的线束接插件（图2-1-36）。（3）拆卸紧固航插头的四组螺栓与螺母。使用十字螺丝刀拆卸航插头固定螺栓（图2-1-37）。图2-1-36 拆卸航插头尾部连接的线束接插件图2-1-37 拆卸航插头固定螺栓 任务1 动力电池

30、能量管理系统认知拆卸螺栓时需固定螺栓后方位置的螺母（图2-1-38）。（4）从航插头插孔中取出故障航插头。螺栓与螺母拆卸完毕后取出故障航插头（图2-1-39）。图2-1-38 固定螺栓后方的螺母图2-1-39 取出故障航插头 任务1 动力电池能量管理系统认知 更换的航插头必须符合电池包批次与型号标准，以实际情况为准（图2-1-40）。 （5）从插孔中插入新低压航插头。 将航插头插入插孔并安装尾部线束与接插件（图2-1-41）。 将航插头位置进行调整，最大缺口处为正上方。图2-1-40 新航插头符合电池包批次与型号标准图2-1-41 将航插头插入插孔 任务1 动力电池能量管理系统认知 （6）紧固

31、四组螺栓与螺母。 检查螺栓是否为四件套（图2-1-42），插入螺栓后从尾部进行安装，顺序为：垫片弹片螺母。 将四组螺栓组合件全部紧固，保证航插头固定在箱体（图2-1-43）。 （7）连接航插尾部连接的线束接插件。 （8）将箱体上盖安装并密封，将箱体与车身安装。图2-1-42 螺栓组合件为四件套图2-1-43 将四组螺栓组合件紧固 任务1 动力电池能量管理系统认知5）熔断芯更换流程与规范提示：螺栓紧固之前确定高压电缆与熔断芯连接。（1）将动力电池包与车身分离并将箱体上盖打开。（2）确定熔断芯所在位置（图2-1-44）。（3）拆卸熔断芯两端的三个固定螺栓。（4）取下故障熔断芯。图2-1-44 确定

32、熔断芯所在位置 任务1 动力电池能量管理系统认知 （5）选取规格型号与电池包批次类型要求相符的熔断芯进行更换。 提示： 更换选用250A-500V标准AC/DC熔断芯，实际以电池包批次类型要求为准。 （6）安装熔断芯至原位并紧固两端螺栓。 将熔断芯两端螺栓孔对准安装插槽。 检查所用螺栓是否为标准三件套：内六角螺栓、弹片和垫片。 螺栓组合件安装顺序为：弹片（上）垫片（下）。 将高压电缆与熔断芯接触后安装固定螺栓。 另一端与分流器连接片相连（熔断芯接片在下方）。 （7）将绝缘护套位置固定好。 （8）安装上盖并密封，将箱体与车身安装。 任务1 动力电池能量管理系统认知 2荣威E50电池管理系统认知

33、参观实训室荣威E50的整车或台架，认识电池管理系统的元件位置、控制原理、工作参数和功能。 如图2-1-45所示为荣威E50电池组管理系统介绍界面。图2-1-45 荣威E50电池组管理系统介绍界面 任务1 动力电池能量管理系统认知 （1）电池管理系统布置图（图2-1-46）。图2-1-46 电池管理系统布置图 任务1 动力电池能量管理系统认知 （2）电池管理系统控制框图（图2-1-47）。图2-1-47 电池管理系统控制框图 任务1 动力电池能量管理系统认知 （3）功能描述。高压电池组管理系统功能描述： 4路独立的CAN网络，分别与整车、车载充电器、非车载充电器、内部控制模块通信。 提供高压电池

34、包的状态给整车控制器，通过不同高压继电器的通断，实现各个高压回路的通断，使其实现充放电管理和高压电池包电池状态的指示。 车载充电管理。 非车载充电管理。 热管理功能：通过水冷的方式控制高压电池包在各种工况下工作在合适的温度范围。 高压安全管理：实现绝缘电阻检测，高压互锁检测，碰撞检测功能，具备故障检测管理及处理机制。 实现车载和非车载充电器的连接线检测，控制整车的充电状态和充电连接状态灯的指示。 任务1 动力电池能量管理系统认知 3比亚迪E6动力电池管理系统认知 参观实训室比亚迪E6的整车或台架，认识电池管理系统的功能与安装位置、工作原理、故障检测与自我保护功能。 1）功能与安装位置 电池管理

35、系统（BMS）是动力电池的“大脑”。比亚迪E6采用分布式电池管理系统，由1个电池管理器和11个电池信息采集器（BIC）及动力电池采样线组成。 电池管理器是监控动力电池包，保证动力电池包正常工作的监控单元，主要目的为了保证每节串联电池的电压、电流等各项性能指标的一致性。由于电池的原理像木桶效应，某一节短板的话，所有电池性能都将按照这一节性能计算，这将对电池可靠性提出及其高的要求，为了防止过充、过放、过温等一系列影响单节电池性能的问题出现，通过电池管理器进行监控，保证单体电池工作在正常工作状态下。 任务1 动力电池能量管理系统认知 动力电池管理器是E6动力控制部分的核心，负责整车电动系统的电力控制

36、并实施监测高压电力系统的用电状态，采取保护措施，保证车辆安全行。其详细功能有充放电管理、接触器控制、功率控制、电池异常状态报警和保护、SOC/SOH（剩余电量/容量）计算、自检以及通信功能等。 电池信息采集器的主要功能有电池电压采样、温度采样、电池均衡、采样线异常检测等。 动力电池采样线的主要功能是连接电池管理控制器和电池信息采集器，实现两者之间的通信及信息交换。 任务1 动力电池能量管理系统认知 电池管理器安装位置如图2-1-48所示，其主要通信接口线如图2-1-49所示。图2-1-48 电池管理器安装在行李舱备胎下方图2-1-49 电池管理器主要通信接口线 任务1 动力电池能量管理系统认知

37、 2）电池管理器控制框图 如图2-1-50所示，电池管理器连接在车辆的动力及充电CAN BUS网络上，并通过专用信号采样线采集动力电池包内每个单体电池的电压、电池的温度信号。此外，还会结合来自整车控制器的指令，通过控制位于高压配电箱内接触器的通断，控制去电动机控制器的高压电接通，以及外部充电功能。 任务1 动力电池能量管理系统认知图2-1-50 电池管理系统输入与输出信号 任务1 动力电池能量管理系统认知 3）电池管理系统的故障检测与自我保护 电池管理系统能够在运行过程中实现对电池系统的故障诊断，具体见表2-1-2。 任务1 动力电池能量管理系统认知同时，也会根据检测到的故障运行自我保护，见表

38、2-1-3。 任务1 动力电池能量管理系统认知学习测试 1填空题 （1）动力电池系统是指驱动电动汽车以及混合动力车等电动汽车辆的_ 、 _及附属装置等。 （2）动力电池管理系统的功能主要包括数据采集、 _ 、状态估计、热管理、数据通信、安全管理、 _和_ 。 （3）电动汽车在运行时，电池的放电和充电均为_工作模式，大的电流脉冲很可能会造成电池_ 。 （4）过放电是指低于单体电池内部使用的化学物质具有的固有_放电。 （5）动力电池管理系统可工作于_ 、准备模式、 _ 、充电模式和_ 5种工作模式。 任务1 动力电池能量管理系统认知 2判断题 （1）为了实现电动机驱动的高效率化，会将电动汽车辆的工

39、作电压设定为100500V。（ ） （2）电池管理的核心问题就是SOC的预估问题，SOC的合理范围是10%50%。（ ） （3）过充电是指电池的充电时间太长。（ ） （4）单体电池的电压不均衡时，电压最低的单体电池会影响整体性能，电池组无法获得应有性能。（ ） （5）电池冷却只能采用水冷的方式。（ ） 任务1 动力电池能量管理系统认知3不定项选择题（1）电池管理系统的简称是（ ）。APCU BMCU CBMS DVCU（2）电池管理系统的主要功能是（ ）。A管理动力电池的能量和技术状态 B管理车辆动力的输出C检测电动机运行温度 D控制纯电动汽车动力模式（3）下列功能属于电池管理系统的是（ ）。

40、A防止过度充电 B防止过度放电C平衡每个电池单元电压 D防止过热（4）下列参数属于电池管理系统检测的有（ ）。A电池单元电压 B电池组温度C电池输入与输出电流 D电池质量（5）电池管理系统通常对电池组进行冷却的方式有（ ）。A水冷 B风冷 C不冷却 D干冰冷却 任务2 动力电池能量管理系统的检测提出任务 一辆北汽新能源EV160纯电动汽车出现无法行驶的故障，你的主管初步判断是电池管理系统方面的问题，要求你利用诊断仪器进行进一步诊断，你能完成这个任务吗？ 任务2 动力电池能量管理系统的检测任务要求知识要求 1能够描述动力电池管理系统的采集内容； 2能够描述动力电池管理系统的基本参数采集方法； 3

41、能够描述动力电池的均衡管理； 4能够描述动力电池的热管理； 5能够描述动力电池的电安全管理。能力要求 能够正确使用诊断仪读取和分析新能源汽车电池管理系统的基本数据。 任务2 动力电池能量管理系统的检测相关知识 1动力电池管理系统的采集内容 在功能上，动力电池能量管理系统主要包括：数据采集、电池状态计算、能量管理、安全管理、热管理、均衡控制、通信功能和人机接口等。控制方式如图2-2-1所示。图2-2-1 电池管理系统控制方式 任务2 动力电池能量管理系统的检测 1）数据采集 电池管理系统的所有算法都是以采集的动力电池数据作为输入，采样速率、精度和前置滤波特性是影响电池系统性能的重要指标。电动汽车

42、电池管理系统的采样速率一般要求大于200Hz（50ms）。 2）电池状态计算 电池状态计算包括电池组荷电状态（State of Charge，SOC）和电池组健康状态（State of Health，SOH）两方面。SOC用来提示动力电池组剩余电量，是计算和估计电动汽车续驶里程的基础。SOH用来提示电池技术状态，预计可用寿命等健康状态的参数。 3）能量管理 能量管理主要包括以电流、电压、温度、SOC和SOH为输入进行充电过程控制，以SOC、SOH和温度等参数为条件进行放电功率控制两个部分。 任务2 动力电池能量管理系统的检测 4）安全管理 监视电池电压、电流、温度是否超过正常范围，防止电池组过

43、充电、过放电。现在，在对电池组进行整组监控的同时，多数电池管理系统已经发展到对极端单体电池进行过充电、过放电、过热等安全状态管理。 5）热管理 在电池工作温度超高时进行冷却，低于适宜工作温度下限时进行电池加热，使电池处于适宜的工作温度范围内，并在电池工作过程中总保持电池单体间温度均衡。对于大功率放电和高温条件下使用的电池，电池的热管理尤为必要。 6）均衡控制 由于电池的一致性差异导致电池组的工作状态是由最差电池单体决定的。在电池组各个电池之间设置均衡电路，实施均衡控制足为了使各单体电池充放电的工作情况尽量一致，提高整体电池组的工作性能。 任务2 动力电池能量管理系统的检测 7）通信功能 通过电

44、池管理系统实现电池参数和信息与车载设备或非车载设备的通信，为充放电控制、整车控制提供数据依据是电池管理系统的重要功能之一，根据应用需要，数据交换可采用不同的通信接口，如模拟信号、PWM信号、CAN总线或I2C串行接口。 8）人机接口 根据设计的需要设置显示信息以及控制按键、旋钮等。电池管理系统的主要工作原理可简单归纳为：数据采集电路采集电池状态信息数据后，由电子控制单元（ECU）进行数据处理和分析，然后电池管理系统根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，并向外界传递参数信息。 任务2 动力电池能量管理系统的检测 2动力电池管理系统的主要数据采集参数 如图2-2-2所示，系统包括电池、温

45、度传感器、电流传感器、电池平衡器单元、电池监控单元和电池管理单元。在电池组中一共有12个串联的模块，其中每个模块由4个电池串联组成。电池监控单元检测所有电池的电压和模块的温度。电池管理单元负责与电池系统中的其他单元进行通信并控制它们，同时显示电池系统的状态给车辆其他系统。 电池管理系统的主要功能是监测电压、电流、温度，计算SOC和最大功率，控制电流接触器来保证电池是否正确，并识别故障情况，监测绝缘状况，并与车辆网络进行通信。 早期的电池管理系统仅仅进行电池一次测量参数（电压、电流、温度等）的采集，之后发展到二次参数（SOC、内阻）的测量和预测，并根据极端参数进行电池状态预警。现阶段，电池管理系

46、统除完成数据测量和预警功能外，还通过数据总线直接参与车辆状态的控制。 任务2 动力电池能量管理系统的检测图2-2-2 电池管理系统示意图 任务2 动力电池能量管理系统的检测 1）单体电压采集方法 电池单体电压采集是动力电池组管理系统中的重要一环，其性能好坏或精度高低决定了系统对电池状态信息判断的准确程度，并进一步影响了后续的控制策略能否有效实施。常用的单体电压检测方法有5种。 （1）继电器阵列法。 图2-2-3所示为基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理框图，其由端电压传感器、继电器阵列、A/D转换芯片、光耦、多路模拟开关等组成。如果需要测量n块串联成组电池的端电压，就需要将n1根导线引入电池

47、组中各节点。测量第m块电池的端电压时，单片机发出相应的控制信号，通过多路模拟开关、光耦合继电器驱动电路选通相应的继电器，将第m和m1根导线引入到A/D转换芯片。通常开关器件的电阻都比较小，配合分压电路之后由于开关器件的电阻所引起的误差几乎可以忽略不算，而且整个电路结构简单，只有分压电阻和模数转换芯片还有电压基准的精度能够影响最终结果的精度，通常电阻和芯片的误差都可以做得很小。所以，在所需要测量的电池单体电压较高而且对精度要求也高的场合最适合使用继电器阵列法。 任务2 动力电池能量管理系统的检测图2-2-3 基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理图 任务2 动力电池能量管理系统的检测 （2）恒流

48、源法。 恒流源电路进行电池电压采集的基本原理是，在不使用转换电阻的前提下，将电池端电压转化为与之呈线性变化关系的电流信号，以此提高系统的抗干扰能力。在串联电池组中，由于电池端电压也就是电池组相邻两节点间的电压差，故要求恒流源电路具有很好的共模抑制能力，一般在设计过程中多选用集成运算放大器来达到此种目的。出于设计思路和应用场合的不同，恒流源电路会有多种不同形式，图2-2-4即为其中一种，它是由运算放大器和绝缘栅型场效应晶体管组合构成的减法运算恒流源电路。 任务2 动力电池能量管理系统的检测图2-2-4 运算放大器和场效应晶体管组合构成的减法运算恒流源电路 任务2 动力电池能量管理系统的检测 由运

49、算放大器的结构可知，该电路是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路，其输入级采用差动放大电路，并集成在同一硅片上，故两者的性能匹配非常好，且中间级具有很高的放大能力。由差动电路原理可知，这种电路具有很强的共模信号抑制能力，所以在用运算放大器对电池组的单体电压进行测量时，由于高的共模抑制性和放大能力，测量精度将会得到提高。绝缘栅型场效应晶体管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，当其工作在可变电阻区时，输出量漏极电流，与输入量漏源电压U0呈线性关系，且管子的栅、源间阻抗很高，造成的漏电流很小，而漏、源间导通电阻很小，造成的导通压降很低。 任务2 动力电池能

50、量管理系统的检测 图2-2-4中U1和U2的差即为电池端电压，U0为恒流源电路输出电压。不难看出，运算放大器输出端连接场效应晶体管实现了电路的负反馈作用，使电路保持在平衡状态。其中，V0是运算放大器的输出电压；VR1是电阻R1上的电压降；V1是运算放大器的输入差模电压，即VuU，当电路处于平衡态时，E0。恒流源电路结构较简单，共模抑制能力强，采集精度高，具有很好的实用性。 任务2 动力电池能量管理系统的检测 （3）隔离运放采集法。 隔离运算放大器是一种能够对模拟信号进行电气隔离的电子元件，广泛用作工业过程控制中的隔离器和各种电源设备中的隔离介质。一般由输入和输出两部分组成，两者单独供电，并以隔