新能源汽車電池及管理系統(tǒng)檢修2-3-1 蓄電池管理系統(tǒng)及線路測量

項目二動力蓄電池的裝調(diào)與測試學習情境三動力蓄電池管理系統(tǒng)及線路測量新能源汽車動力電池及管理技術NewEnergyVehicleTechnology

電池管理系統(tǒng)及線路測量任務一目錄CATALOG學習目標任務描述獲取信息任務實施01020304學習目標01知識目標：1.熟悉動力蓄電池管理系統(tǒng)的控制架構；2.掌握動力蓄電池管理系統(tǒng)的主要功能；3.掌握動力蓄電池管理系統(tǒng)的工作原理；4.熟悉動力蓄電池系統(tǒng)相關主要部件；5.掌握動力電池管理系統(tǒng)的電路控制邏輯。學習目標技能目標：1.具有讀取儀表狀態(tài)和電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的能力；2.具有識別電池管理系統(tǒng)保險絲、高低壓線束及接插件端子的能力；3.具有測量電池管理系統(tǒng)相關線路的能力。學習目標愛國敬業(yè)誠信創(chuàng)新素質(zhì)目標：1.在操作過程中樹立高壓安全操作意識。2.通過制定故障檢修流程，具備分析問題、解決問題的能力。3.能在工作結束后按照7S管理規(guī)定整理、恢復作業(yè)場地，養(yǎng)成良好的工作習慣。弘揚工匠精神打造技能強國學習目標友善任務描述02任務描述一輛吉利EV450電動汽車，車主反應：該車無法啟動，踩下制動踏板按啟動按鈕，儀表上的綠色“Ready”燈不亮，動力系統(tǒng)故障指示燈點亮，經(jīng)檢測其故障為電池管理系統(tǒng)損壞，需要更換，那么對電池管理系統(tǒng)你了解多少呢？請根據(jù)車輛故障現(xiàn)象進行檢測、判斷。獲取信息03一、認識動力蓄電池管理系統(tǒng)

動力蓄電池的能量儲存與輸出都需要模塊來進行管理，即動力蓄電池能量管理模塊，也稱為動力蓄電池管理系統(tǒng)，或動力蓄電池能量管理系統(tǒng)，簡稱BMS。1.動力蓄電池管理系統(tǒng)的基本構架組成BMS按性質(zhì)可分為硬件和軟件，按功能可分為數(shù)據(jù)采集單元和控制單元。BMS的硬件有主控盒、從控盒、高壓控制盒、高壓絕緣盒，還包括采集電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)的電子傳感器，軟件包括底層軟件和應用層軟件，用來監(jiān)測電池的電壓、電流、SOC值、絕緣電阻值、溫度值，通過與整車控制器、充電機的通信，控制動力蓄電池系統(tǒng)的充放電。獲取信息

動力蓄電池管理系統(tǒng)構架如圖2-121所示，其主要作用如表2-2所示。獲取信息圖2-121動力蓄電池管理系統(tǒng)構架

BMS部件的作用獲取信息部件作用主控盒接收VCU的指令，根據(jù)高壓回路的絕緣狀況，控制正負母線接觸器的開閉，決定整車安全上下月接收從控盒采集的動力蓄電池電壓、動力蓄電池溫度及母線電流等數(shù)據(jù)，計算動力蓄電池的電壓、電量及放電能力，與VCU或充電機通信:存儲動力蓄電池充電次數(shù)，計算動力蓄電池壽命:存儲動力蓄電池的息等。

從控盒對各動力蓄電池模塊或單體電池的電壓進行采集、計算與處理，找出最高電壓電芯、最低電壓電芯:計算電芯最高電壓與最低電壓的差值，應小于0V:充電時有一節(jié)電芯電壓達到充電救止電壓，即停止充電;放電時有一節(jié)電芯電壓降到放電截止電壓，即停止放電:通過可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道與主控盒進行指令及數(shù)據(jù)的雙向傳輸。高壓控制盒控制PTC加熱裝置、預充接觸器、高壓正負母線接觸器。高壓絕緣盒當接收到高壓正負母線接觸器上電指令后，對高壓回路進行絕緣性能監(jiān)測:當檢測到高壓回路絕緣電阻值不合格時，立即高壓下電，并在儀表顯示屏上報出高壓絕緣故障提示:檢測各個接觸器觸點的開閉狀態(tài)，并將結果報告給主控盒。傳感器采集動力蓄電池電壓、電流和溫度等信號。底層軟件架構符合汽車開發(fā)系統(tǒng)架構標準，模塊化開發(fā)容易實現(xiàn)拓展和移植，可提高開發(fā)效率。應用層軟件BMS的控制核心，包括動力蓄電池保護、電氣保護、診斷管理、熱管理、繼電器控制、均衡控制等。2.動力蓄電池管理系統(tǒng)的基本功能BMS通過電壓、電流及溫度檢測等實現(xiàn)對動力蓄電池系統(tǒng)的過電壓、欠電壓、過電流、過高溫和過低溫保護，繼電器控制，SOC估算，充放電管理，加熱或保溫，均衡控制，故障報警及處理，與其他控制器通信等功能，此外電池管理系統(tǒng)還具有高壓回路絕緣檢測功能，以及為動力蓄電池系統(tǒng)加熱功能。動力蓄電池組內(nèi)的BMS實時采集各單體的電壓值、各溫度傳感器的溫度值、電池系統(tǒng)的總電壓值和總電流值、電池系統(tǒng)的絕緣電阻值等數(shù)據(jù)，并根據(jù)BMS中設定的閾值判定電池系統(tǒng)工作是否正常，并對故障實時監(jiān)控。動力蓄電池系統(tǒng)通過BMS使用CAN與整車控制器或允電機之間進行通信，對動力蓄電池系統(tǒng)進行充放電等綜合管理。獲取信息獲取信息

從整車角度，電池管理系統(tǒng)(BMS)作用或任務可以詳述為如下幾點:（1）保護單體和動力蓄電池組不受到損害。（2）使電池工作在合適的電壓和溫度范圍內(nèi)。（3）在保持電池在合適的條件運行后，滿足整車的需求。（4）電池參數(shù)檢測:包括總電壓、總電流、單體電壓檢測、溫度檢測、絕緣檢測、碰撞檢測、阻抗檢測、煙霧檢測等。（5）電池狀態(tài)建立:包括荷電量(SOC)、電池功率(SOP)、電池健康狀態(tài)(SOH)。（6）在線診斷:故障包括傳感器故障、網(wǎng)絡故障、電池故障、電池過充、過放、過電流、絕緣故障等。（7）電池安全保護和告警：包括溫控系統(tǒng)控制和高壓控制，當診斷出故障，BMS上報故障給整車控制器和充電機，同時切斷高壓以保護電池不受到損害，包括漏電保護等。（8）充電控制：BMS慢充和快充控制。（9）電池一致性控制：BMS采集單體電壓信息，采用均衡方式使電池達到一致性，電池的均衡性方式有耗散式和非耗散式。（10）熱管理功能：動力蓄電池組各點的溫度采集，在充電和放電過程中，BMS決定是否開啟加熱和冷卻。（11）網(wǎng)絡功能：包括在西安標定和健康、在線程序下載。通常采用CAN網(wǎng)絡。（12）信息存儲：BMS需要存儲關進數(shù)據(jù)如SOC、SOH、充放電安時數(shù)、故障碼。二、動力蓄電池管理系統(tǒng)的工作原理

BMS的工作原理可簡單歸納為：數(shù)據(jù)采集電路采集動力蓄電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù)后，由電子控制單元進行數(shù)據(jù)處理和分析，然后根據(jù)分析結果對系統(tǒng)內(nèi)的相關功能模塊發(fā)出控制指令，向外傳遞信息。1.充電原理（1）預充電車載充電機接收到充電槍插入信號后喚醒整車控制器及BMS，BMS進行初檢和初始化，完成后上報給整車控制器。整車控制器控制主負繼電器閉合，BMS控制主負繼電器閉合，對各單體蓄電池進行預充電，確定單體蓄電池無短路后，預充電完成。充電初期預充電流程如圖2-122所示。獲取信息獲取信息

慢充流程:充電樁→車載充電機→高壓控制盒→高壓插接件→預充繼電器→預充電阻→電池組正極→主保險→電池組負極→電流傳感器→主負繼電器→高壓插接件→高壓控制盒→車載充電機→充電樁，構成回路，進行預充?？斐淞鞒?快充充電樁→高壓控制盒→高壓插接件→預充繼電器→預充電阻→電池組正極→主保險→電池組負極→電流傳感器→主負繼電器→高壓插接件→高壓控制盒→快充樁，構成回路，進行預充。圖2-122充電初期預充電流程圖（2）充電預充電完成后，BMS閉合主正繼電器，隨后斷開預充繼電器，主電路接通，動力蓄電池開始充電，充電流程如圖2-123所示。獲取信息

慢充流程:充電樁→車載充電機→高壓控制盒→高壓插接件→主正繼電器→電池組正極→主保險→電池組負極→電流傳感器→主負繼電器→高壓插接件→高壓控制盒→車載充電機→充電樁，構成回路，進行慢充?？斐淞鞒?快充充電樁→高壓控制盒→高壓插接件→主正繼電器→電池組正極→主保險→電池組負極→電流傳感器→主負繼電器→高壓插接件→高壓控制盒→快充充電樁，構成回路，進行快充。圖2-123充電流程圖2.放電原理（1）放電初期打開點火開關至ON擋，整車控制器喚醒BMS，BMS進行自檢和初始化，完成后上報給整車控制器。整車控制器發(fā)出高壓供電指令，BMS開始按順序控制繼電器的閉合和斷開。因電路中電機控制器和空調(diào)壓縮機控制器等含有電容，在放電初期，BMS控制預充繼電器閉合，給各控制器電容采用低壓、小電流進行放電，當電容兩端電壓接近動力蓄電池總電壓時，斷開預充繼電器。放電初期預充流程如圖2-124所示。獲取信息獲取信息

放電初期預充流程:電池組負極→主保險→電池組正極→預充電阻→預充繼電器→高壓插接件→高壓控制盒→主負繼電器→電流傳感器→動力蓄電池負極，構成回路，完成預充。圖2-124放電初期預充流程圖（2）放電BMS閉合主正繼電器，斷開預充繼電器，主電路接通，動力蓄電池開始放電。放電流程如圖2-125所示。獲取信息

放電流程:電池組負極→主保險→電池組正極→主正繼電器→高壓插接件→高壓控盒→負載（圖中未畫出）→主負繼電器→電流傳感器→動力蓄電池負極，構成回路，完成放電。3.充電加熱原理當動力蓄電池在冬季低溫環(huán)境下工作時，充放電容量會降低。汽車充電容量會隨溫度的降低而下降，因而設置了動力蓄電池加熱系統(tǒng)，當車輛充電時，如果電芯溫度低于設定值，BMS會控制加熱繼電器閉合，利用力電池內(nèi)部的加熱元件給電芯加熱。充電加熱流程圖如圖2-126所示。獲取信息圖2-126充電加熱流程圖三、動力蓄電池及電池管理系統(tǒng)認知

在純電動汽車中，動力蓄電池作為汽車唯一的動力來源，動力蓄電池電能的高低決定了電動汽車的行駛里程。其組成一般包括動力電池模組、結構系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)、BMS等，如圖2-127所示為吉利EV450動力蓄電池總成結構示意圖。獲取信息圖2-127吉利EV450動力蓄電池結構示意圖1.電池模組

吉利帝豪EV450動力蓄電池有17個模組，總電壓346V，每個模組由6個單體電池串聯(lián)而成。模組線路板如圖2-128所示。獲取信息圖2-128模組線路板

2.BMS及控制線束

通過檢測電池組中各單體蓄電池的狀態(tài)來確定整個電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并根據(jù)單體蓄電池的狀態(tài)對動力蓄電池系統(tǒng)進行對應的控制調(diào)整和策略實施，實現(xiàn)對動力蓄電池系統(tǒng)及各單體的充放電管理以保證動力蓄電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，進而達到增加行駛里程，延長使用壽命，降低運行成本的目的。帝豪EV450動力蓄電池BMS系統(tǒng)如圖2-129所示。獲取信息圖2-129BMS模塊

3.附件主要包括模組連接線、冷卻水管、保險絲等。4.高壓組件系統(tǒng)主要包括繼電器總成、快充插件、高壓插件等，如圖2-130所示。獲取信息

圖2-130繼電器總成、快充插件、高壓插件四、動力電池管理系統(tǒng)電路分析及測量基礎

隨著現(xiàn)代汽車科技的快速發(fā)展，電動汽車上的電器設備變得越來越多，目前汽車電路原理圖繪制并沒有統(tǒng)一的標準，作為一名汽車維修工，能夠正確識讀電路原理圖，并且根據(jù)原理圖信息正確分析、檢測故障是一項必備技能。參照維修手冊，吉利帝豪EV450電動汽車電池管理系統(tǒng)電路圖如下圖2-131和2-132所示。獲取信息獲取信息圖2-131、2-132BMS電路圖

在吉利帝豪EV450中，BMS模塊由整車控制器動力CAN(PCAN)喚醒，由蓄電池及IG2進行供電，進入工作狀態(tài)，通過采集線對電池及電池模組進行數(shù)據(jù)采集，計算車輛能量管理狀態(tài)，通過網(wǎng)絡總線進行數(shù)據(jù)的傳輸，在動力蓄電池進行直流充電時，與直流充電插座進行通信驗證，控制車輛預充繼電器、總負繼電器、總正繼電器的順序工作，滿足充電要求，同時對直流充電口的正負極溫度控制監(jiān)測，確?？斐溥^程安全。另外BMS控制模塊與ACU安全氣囊模塊以碰撞信號線連接，BMS系統(tǒng)在發(fā)生意外時也能夠第一時間斷開高壓電，確保車上人員安全。獲取信息任務實施04任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量【實訓器材】1.吉利帝豪EV450轎車、故障診斷儀、轉(zhuǎn)接測試盒、維修手冊、絕緣工具套裝、萬用表、絕緣表、照明燈、抹布、氣動扳手等。2.安全防護用品：人員防護套裝、車輛防護套裝等?！咀鳂I(yè)準備】1.檢查實訓工位；2.絕緣工具、萬用表等物品在工位擺放整齊；3.做好人員防護和車輛防護。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量【【操作步驟】一、儀表狀態(tài)和電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取1.檢查蓄電池電壓并填寫任務單，標準為11-14V。如圖2-133所示。圖2-133蓄電池電壓2.啟動車輛后根據(jù)儀表顯示的故障信息填寫任務單。如圖2-134所示。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-134車輛儀表故障燈顯示3.連接故障診斷儀后讀取數(shù)據(jù)流，填寫任務單。（1）連接診斷儀，確認連接狀態(tài)，如圖2-135所示。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-135連接診斷儀確認連接狀態(tài)（2）進入系統(tǒng)選擇車型讀取電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，步驟如下圖所示。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-136讀取電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流二、電池管理系統(tǒng)保險絲、高低壓線束及接插件端子識別1.電池管理系統(tǒng)保險絲識別（EF01、IF18），如圖2-137、2-138所示。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-137EF01保險絲位置任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-138IF18保險絲位置2.電池管理系統(tǒng)低壓線束端子識別（1）低壓插接件CA69、CA70位置如圖所示3-139所示；任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-139CA69、CA70插件位置（2）低壓插接件CA69、CA70端子定義如圖表2-3、2-4所示。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量表2-3CA69插接件端子定義連接端子連接端子端子描述CA69插接件CA69-1連接供電CA69-2連接搭鐵CA69-3連接PCAN-HCA69-4連接PCAN-LCA69-5/CA69-6連接ACUCA69-7連接IG2CA69-8/CA69-9直流快充口正極溫度+CA69-10直流快充口正極溫度-CA69-11連接CAN-HCA69-12連接CAN-L任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量表2-4CA70插接件端子定義連接端子連接端子端子描述CA70插接件CA70-1連接DCCAN-HCA70-2連接DCCAN-LCA70-3連接直流充電CC2CA70-4連接直流充電A+CA70-5連接直流充電A-CA70-6/CA70-7/CA70-8/CA70-9/CA70-10/CA70-11直流快充口負極溫度-CA70-12直流快充口負極溫度+三、電池管理系統(tǒng)線路測量1.BMS供電線路測量（1）檢查BMS模塊保險絲EF01和IF18。1）測量EF01保險絲兩端電壓，如圖2-140所示，電壓標準值：11-14V。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-140EF01保險絲兩端電壓2）打開點火開關，測量IF18保險絲兩端電壓，如圖2-141所示，電壓標準值：11-14V。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測量圖2-141IF18保險絲兩端電壓（2）檢查BMS模塊接地端子導通性1）操作啟動開關使電源模式至OFF檔；2）斷開BMS低壓線束，連接外接接線盒如圖2-142所示。任務實施電池管理系統(tǒng)線路測