新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)檢修-項(xiàng)目三 電池管理系統(tǒng)組成原理與檢修

電池管理系統(tǒng)組成原理與檢修項(xiàng)目三任務(wù)1電池管理系統(tǒng)基本認(rèn)知一、電池管理系統(tǒng)作用作為電池系統(tǒng)核心部分，承擔(dān)著動力電池的全面管理，與電機(jī)控制系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成電動汽車的三大核心技術(shù)之一的電控系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)(BMS)電池管理系統(tǒng)(BMS)通過監(jiān)測動力電池包溫度信息、各單體電池的電壓信號以及電流信號，確定動力電池包的工作是否正常，從而確定電池系統(tǒng)的狀態(tài)。①

保證動力電池包的正常運(yùn)作，顯示動力電池包的動態(tài)響應(yīng)并及時報(bào)警，以便駕駛?cè)穗S時都能掌握動力電池包的情況。②

對人身和車輛進(jìn)行安保護(hù)，避免發(fā)生因動力電池工作異常引起的事故。二、電池管理系統(tǒng)功能（一）電池狀態(tài)監(jiān)測電池管理系統(tǒng)(BMS)中的電池管理單元(BMU)根據(jù)接收到的電壓信號、電流信號、溫度信號等信息，從而對動力電池包進(jìn)行：電流監(jiān)測溫度監(jiān)測電壓監(jiān)測內(nèi)阻監(jiān)測絕緣監(jiān)測互鎖監(jiān)測接觸器狀態(tài)監(jiān)測（二）SOC和SOH估算二、電池管理系統(tǒng)功能用來提示動力電池組剩余電量，是計(jì)算和估計(jì)電動汽車?yán)m(xù)駛里程的基礎(chǔ)。電池荷電狀態(tài)(SOC)能反映電池的剩余容量，其估算方法有很多，一般用剩余容量與動力電池實(shí)際容量的比值來估算。SOCSOH用來提示電池技術(shù)狀態(tài),是預(yù)計(jì)可用壽命等健康狀態(tài)的參數(shù)。電池健康狀態(tài)(SOH)是預(yù)估電池可用壽命的參數(shù)，是電池使用一段時間后，電池管理系統(tǒng)通過某些性能參數(shù)的實(shí)際值與標(biāo)稱值的百分比。SOH（三）安全管理二、電池管理系統(tǒng)功能過充電保護(hù)電池安全過放電保護(hù)過流保護(hù)溫度保護(hù)絕緣監(jiān)測高壓安全短路保護(hù)高壓互鎖主動泄放和被動泄放碰撞保護(hù)（四）熱管理二、電池管理系統(tǒng)功能熱管理系統(tǒng)具有冷卻管理功能和加熱管理功能：在動力電池工作溫度超高時進(jìn)行冷卻，低于適宜工作溫度下限時進(jìn)行動力電池加熱，使動力電池處于適宜的工作溫度范圍內(nèi)，并在動力電池工作過程中總保持動力電池單體間溫度均衡。（五）均衡管理二、電池管理系統(tǒng)功能被動均衡一般采用電阻放熱（電容載體）的方式將高容量電池“多出的電量”進(jìn)行釋放，從而達(dá)到均衡的目的，電路簡單可靠，成本較低，但是電池效率也較低。主動均衡充電時將多余電量轉(zhuǎn)移至高容量單體電池，放電時將多余電量轉(zhuǎn)移至低容量單體電池，可提高使用效率，但是成本更高，電路復(fù)雜，可靠性低。被動均衡主動均衡（六）通信管理二、電池管理系統(tǒng)功能通過電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設(shè)備或非車載設(shè)備的通信，為充放電控制、整車控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)是電池管理系統(tǒng)的重要功能之一。（七）故障檢測電池管理系統(tǒng)具備自檢功能,系統(tǒng)每次運(yùn)行首先完成初始化檢測,如發(fā)現(xiàn)問題則自動做出相應(yīng)的處理，并通過液晶顯示屏或總線接口上報(bào)告警。故障包括數(shù)據(jù)采集及合理性故障、電氣故障(傳感器和執(zhí)行器)、通信故障及電池狀態(tài)故障等。三、電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型（一）分布式電池管理系統(tǒng)是將電池模組的信息采集功能獨(dú)立分離。分布式電池管理系統(tǒng)(BMS)架構(gòu)能較好地實(shí)現(xiàn)模塊級(CSCmodule）和系統(tǒng)級（PACK）的分級管理。分布式管理系統(tǒng)一般包括一個主控板（即主控模塊）、多個從控板（即采集模塊）。分布式管理系統(tǒng)三、電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型（一）分布式電池管理系統(tǒng)在分布式電池管理系統(tǒng)中，電池模組與采集模塊是模塊級管理，它們的連接有兩種形式：三、電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型（二）集中式電池管理系統(tǒng)集中式管理系統(tǒng)將采集板的信息采集和主控板（即主控模塊）的功能集成在一個板上，即將所有的單體電壓采集、溫度監(jiān)測、總電壓監(jiān)測、電流監(jiān)測、絕緣監(jiān)測的功能都集成在一個板上。這種管理系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是將多個采集板和主控板(即主控模塊)都集成在一個總控制盒內(nèi)部，一般包括電池模組信息采集模塊、總電壓采集模塊、繼電器控制模塊等。任務(wù)2電池管理系統(tǒng)基本組成與控制原理（一）電池管理單元一、電池管理系統(tǒng)組成電池管理單元(BMU)也稱為電池管理器(BMC)，相當(dāng)于電池管理系統(tǒng)的主控板或主控單元。電池管理單元電池管理單元(BMU)作為電池管理系統(tǒng)的核心，主要由電池采樣管理單元、主機(jī)處理器(CPU)、輸出電路(端口)、電源電路、自動均衡電路和通信電路組成。（二）電池信息采集裝置一、電池管理系統(tǒng)組成電池信息采集裝置(CSC)又稱為電池采集單元，也稱為采集板，可以采集單體電池電壓和電池模組溫度等信號，檢測采樣線狀況，將采集的信號送給電池管理單元(BMU)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行電池均衡。電池信息采集裝置集成式

非集成式（三）電池采樣線一、電池管理系統(tǒng)組成電池采樣線是電壓采樣點(diǎn)和溫度傳感器到電池信息采集裝置(CSC)之間的連接線，主要用于將采集到的溫度、電壓信號送給電池信息采集裝置(CSC)。電池采樣線（四）電流傳感器一、電池管理系統(tǒng)組成電流傳感器（current

sample

unit，CSU）負(fù)責(zé)動力電池包的電流檢測，具體功能是通過磁通門的方式進(jìn)行電流采樣，并將采集到的電流值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；具備一路CAN通信功能,支持將采集到的電流值通過CAN報(bào)文發(fā)送給BMU（SCAN）。電流傳感器（五）溫度傳感器一、電池管理系統(tǒng)組成溫度傳感器主要檢測動力電池包內(nèi)部各電池模組的溫度信號。動力電池包內(nèi)電池模組采用的溫度傳感器一般為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），一個電池模組上一般有1個或2個溫度傳感器。溫度傳感器（一）BMS保護(hù)控制二、電池管理系統(tǒng)控制原理1、電壓保護(hù)控制所謂的電壓保護(hù)，是我們必須要保證鋰電池的電壓永遠(yuǎn)在合適的范圍之內(nèi)，不能讓電壓過低；同時也不能讓電壓過高，因?yàn)殡姵匾坏┻^度充電,導(dǎo)致的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過放電。電壓保護(hù)原因電壓保護(hù)控制邏輯（一）BMS保護(hù)控制二、電池管理系統(tǒng)控制原理2、電流保護(hù)控制所謂的電流保護(hù)，也就是我們必須要保證,無論是充電還是放電，電流都不能過大。電流保護(hù)原因電流過大產(chǎn)生熱量累積這是一個持續(xù)的過程，所以在電流上一般會有兩重保護(hù)：第一重保護(hù)的設(shè)定值比較小，延時時間比較長；第二重保護(hù)的設(shè)定值比較大,延時時間很短。電流保護(hù)控制邏輯（一）BMS保護(hù)控制二、電池管理系統(tǒng)控制原理3、溫度保護(hù)控制除鋰電池本身的化學(xué)特性導(dǎo)致它不能在極端溫度下使用之外，任何一個類似的系統(tǒng)，為了安全起見都應(yīng)該考慮到溫度。溫度保護(hù)原因溫度保護(hù)比較簡單,一般的邏輯就可以實(shí)現(xiàn)，溫度值有上限也有下限，甚至再細(xì)分還可以分為充電時的溫度保護(hù)和放電時的溫度保護(hù)。溫度保護(hù)控制邏輯（二）BMS上下電控制二、電池管理系統(tǒng)控制原理1、BMS控制原理電池管理系統(tǒng)（BMS）工作時，動力電池內(nèi)的各種傳感器實(shí)時監(jiān)測電池模組和單體電池的電壓、溫度等信號，通過采樣線送給信息采集器(BIC)，BIC整合分析后送給電池管理器（BMC）。同時，啟動按鈕、制動開關(guān)、加速踏板等操作信號送給整車控制器（VCU），分析處理后，通過動力CAN送給電池管理器（BMC）。（二）BMS上下電控制二、電池管理系統(tǒng)控制原理2、BMS控制車輛上電BMS控制車輛上電的本質(zhì)是按照規(guī)定流程控制電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)等部件的供電，預(yù)充繼電器、主繼電器的吸合和斷開時間。（二）BMS上下電控制二、電池管理系統(tǒng)控制原理3、BMS控制車輛下電BMS控制車輛下電，實(shí)質(zhì)上是BMS控制主正接觸器和主負(fù)接觸器斷開，動力電池高壓電路斷開和低壓電路斷開的過程。關(guān)閉車輛起動開關(guān),整車控制器（VCU）接收到斷電信號，控制整車高壓系統(tǒng)斷電，如控制DCDC轉(zhuǎn)換器、水泵、空調(diào)停止工作。電池管理器（BMU）接收到整車控制器（VCU）的指令，控制主正接觸器和主負(fù)接觸器斷開，高壓下電完成。關(guān)閉車輛起動開關(guān),整車控制器（VCU）、電池管理器（BMU）和電機(jī)控制器（MCU）無法接收到起動信號（喚醒信號斷開），VCU、BMC、BMU進(jìn)入休眠狀態(tài)，完成低壓下電。123（三）應(yīng)急故障控制二、電池管理系統(tǒng)控制原理當(dāng)車輛運(yùn)行過程中，發(fā)生重大安全事故（如嚴(yán)重碰撞）或致命故障時，整車功能和性能受影響，

限制功率立即降為0

電池管理系統(tǒng)(BMS)立即斷開接觸器

故障零部件記錄故障碼

ICU點(diǎn)亮系統(tǒng)故障燈和相關(guān)零部件故障指示燈任務(wù)3典型電池管理系統(tǒng)組成與檢修一、典型分布式電池管理系統(tǒng)分布式電池管理系統(tǒng)的硬件主要由一個主控單元、多個從控單元、信息采樣線、電壓及溫度采樣點(diǎn)、高壓管理模塊等組成，能較好地實(shí)現(xiàn)模塊級和系統(tǒng)級的分級管理。分布式電池管理系統(tǒng)從布置上來看，主要有兩種形式：一個從控單元對應(yīng)一個電池模組一個從控單元對應(yīng)多個電池模組一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成電池管理器電池信息采集器級聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊電壓、溫度檢測集成電路高壓管理模塊電池信息采樣線分布式電池管理系統(tǒng)一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成電池管理器相當(dāng)于電池管理系統(tǒng)的主控板或主控單元，處理從控制器（電池信息采集器）和高壓管理模塊上報(bào)的信息，同時根據(jù)上報(bào)信息判斷和控制動力電池SOC和溫度等狀態(tài)，進(jìn)行充放電控制，實(shí)現(xiàn)BMS相關(guān)控制策略，并做出相應(yīng)故障診斷及處理。1、電池管理器一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成電池信息采集器相當(dāng)于電池管理系統(tǒng)的從控板或從控單元，實(shí)時采集并上報(bào)動力電池電壓、溫度信息，反饋每一串單體電池的SOH和SOC，同時具備主動/被動均衡電路功能，有效保證了動力電池使用過程中單體電池的一致性。2、電池信息采集器一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成級聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊也稱為通信轉(zhuǎn)換模塊,主要是將電池信息采集器的信息傳遞到電池管理器。3、級聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊電池信息采樣線是電壓、溫度檢測集成電路到電池信息采集器（BIC）之間的連接線，主要用于將采集的電壓、溫度信息傳送給電池信息采集器（BIC）。4、電池信息采樣線一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成電壓、溫度檢測集成電路主要用于檢測電池模組中單體電池的電壓和溫度信息，一個電池模組配有一組電壓、溫度檢測集成電路。5、電壓、溫度檢測集成電路一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成2019款比亞迪E5的高壓管理模塊主要包括電流傳感器、漏電傳感器、高壓互鎖監(jiān)測電路、直流充電接觸器燒結(jié)檢測模塊。6、高壓管理模塊電流傳感器漏電傳感器一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成6、高壓管理模塊高壓互鎖監(jiān)測電路互鎖監(jiān)測電路即高壓互鎖(high

voltage

inter-lock，HVIL)，也稱為“危險(xiǎn)電壓互鎖回路”，是利用低壓信號監(jiān)視高壓回路完整性的一種安全設(shè)計(jì)方法。一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成6、高壓管理模塊直流充電接觸器燒結(jié)檢測模塊2019款比亞迪E5充配電總成內(nèi)部裝配有直流充電接觸器燒結(jié)檢測模塊。一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程6、高壓管理模塊比亞迪E5的電池管理系統(tǒng)在工作中可以通過各個傳感器對電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，必要時對電池進(jìn)行漏電檢測、熱管理、均衡管理和報(bào)警提醒等，還能計(jì)算電池荷電狀態(tài)(SOC)和放電功率，報(bào)告電池健康狀態(tài)(SOH)和電池荷電狀態(tài)(SOC)，一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程6、高壓管理模塊

1、車輛上電過程在汽車起動時，車身控制器(BCM)檢測到起動動作，BCM控制雙路電(IG2電)為動力網(wǎng)供電，BMC得電，BCM通過動力網(wǎng)CAN發(fā)送起動命令給BMC和電機(jī)控制器，BMC收到起動通知后控制負(fù)極接觸器接通，車輛開始自檢，判斷是否允許上電。上電成功后，動力網(wǎng)CAN向組合儀表發(fā)送上電成功信號，組合儀表上OK燈點(diǎn)亮。一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程6、高壓管理模塊2、車輛行駛過程起步/加速狀態(tài)當(dāng)交流充電槍連接到車輛交流充電口后，車載充電機(jī)(OBC)檢測到充電連接確認(rèn)的信號，發(fā)送允許充電信號給BMC。BMC結(jié)合電池子網(wǎng)CAN以及電流傳感器實(shí)時采集的動力電池電壓、溫度、電量(SOC)及壽命(SOH)等狀態(tài)，確認(rèn)動力電池的電量需求狀況，通過動力網(wǎng)CAN向OBC發(fā)送充電指令。勻速狀態(tài)減速狀態(tài)(能量回收)6、高壓管理模塊3、交流充電過程一、典型分布式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程6、高壓管理模塊4、直流充電過程當(dāng)直流充電槍連接到車輛直流充電口，直流充電樁與車輛進(jìn)行充電連接確認(rèn)，此時直流充電樁發(fā)出12V的低壓電送到車輛控制器中的BMC和VCU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。6、高壓管理模塊5、熱管理過程電池管理系統(tǒng)通過對充放電過程中的動力電池進(jìn)行高溫冷卻或低溫加熱，使其維持在合適的工作溫度范圍。比亞迪E5動力電池內(nèi)部采用水循環(huán)方式實(shí)現(xiàn)動力電池內(nèi)外部的熱交換，主要包括電池的冷卻和加熱過程。二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成吉利幾何C采用的是集中式電池管理系統(tǒng),主要由1個電池管理器（BMU，由廠家定義）、高壓控制盒（S-BOX）和電池信息采樣線組成。二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成6、高壓管理模塊

1、電池管理器(BMU)吉利幾何C的電池管理器(BMU)位于電池包內(nèi)部，電池管理器上一共有13個插接件。二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成6、高壓管理模塊2、高壓控制盒(S-BOX)高壓控制盒也稱為高壓盒、高壓配電盒，主要用于動力電池的高壓電與用電設(shè)備和充電設(shè)備之間的連接，并能通過電壓、電流檢測點(diǎn)信息，或BMU控制指令，對高壓電路中的高壓繼電器進(jìn)行通、斷邏輯控制。二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（一）系統(tǒng)組成6、高壓管理模塊3、電池信息采樣線吉利幾何C的電池信息采樣線是指電池模組與BMU中BIC模塊之間的連接線，主要用于將采集的電壓、溫度信息傳送給電池管理器(BMU)。二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程吉利幾何C的電池信息采樣線是指電池模組與BMU中BIC模塊之間的連接線，主要用于將采集的電壓、溫度信息傳送給電池管理器(BMU)。二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程在汽車起動時，車身控制器(BCM)檢測到起動動作，BCM控制雙路電（IG2電）為電池管理器(BMU)和電機(jī)控制器(PEU)供電，BMU得電，BCM通過HBCAN發(fā)送起動命令給BMU和PEU，BMU收到起動通知后控制主負(fù)繼電器接通，車輛開始自檢，判斷是否允許上電。上電成功后，HBCAN通過網(wǎng)關(guān)、IFCAN向組合儀表發(fā)送上電成功信號，組合儀表上READY燈點(diǎn)亮。6、高壓管理模塊1、車輛上電過程二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程6、高壓管理模塊2、車輛行駛過程起步/加速狀態(tài)當(dāng)交流充電槍連接到車輛交流充電口后，車載充電機(jī)（OBC）檢測到充電連接確認(rèn)信號，發(fā)送允許充電信號給電池管理器（BMU）和整車控制器（VCU），整車控制器（VCU）判斷可充電后，發(fā)送充電指令給BMU（VCU接收到P位或EPB鎖止?fàn)顟B(tài)；車速小于2km/h）。勻速狀態(tài)減速狀態(tài)(能量回收)6、高壓管理模塊3、交流充電過程二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程當(dāng)直流充電槍連接到車輛直流充電口，直流充電樁與車輛進(jìn)行充電連接確認(rèn)，直流充電樁發(fā)出12V的低壓電送到車輛控制器中的BMC和VCU，使其激活并進(jìn)入工作狀態(tài)。6、高壓管理模塊5、智能補(bǔ)電過程車輛在下電狀態(tài)時，電池管理器(BMU)周期性檢測低壓蓄電池的電壓，即每隔1.5h檢測一次。當(dāng)檢測到低壓蓄電池的電壓在10~12.3V范圍內(nèi)，發(fā)送補(bǔ)電請求至整車控制器(VCU)。6、高壓管理模塊4、直流充電過程二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程預(yù)約充電主要是針對交流充電，當(dāng)車主通過車輛電子顯示屏或手機(jī)App設(shè)置預(yù)約充電模式，可設(shè)置充電開始時間和充電上限。6、高壓管理模塊7、熱管理過程6、高壓管理模塊6、預(yù)約充電過程為了保證動力電池充放電過程中處于良好的工作狀態(tài)，電池管理器(BMU)實(shí)時監(jiān)測動力電池包的溫度信號，并通過對動力電池包進(jìn)行高溫冷卻或低溫加熱，使其維持在合適的工作溫度范圍。二、典型集中式電池管理系統(tǒng)（二）系統(tǒng)工作過程6、高壓管理模塊8、高壓安全管理過程高壓互鎖檢測絕緣檢測高壓繼電器檢測碰撞檢測三、典型電池管理系統(tǒng)檢修（一）電池管理系統(tǒng)診斷儀檢測連接診斷儀至車輛診斷接口上，打開車輛電源開關(guān)，使用故障診斷儀讀取“電池管理系統(tǒng)”相關(guān)故障碼和數(shù)據(jù)流，根據(jù)故障