車用磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)

車用磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)的構(gòu)成及使用中聚電池研究院劉風(fēng)磊2012-09-05電動(dòng)汽車的概述電動(dòng)汽車是與燃油汽車相對(duì)應(yīng)的，1881年就出現(xiàn)了電動(dòng)汽車。在20世紀(jì)20年代達(dá)到了鼎盛時(shí)期，然而在燃油汽車出現(xiàn)后電動(dòng)汽車無(wú)論在整車質(zhì)量、動(dòng)力性能、行駛里程、機(jī)動(dòng)性和靈活性方面愈來(lái)愈落后于燃油汽車。

在全球溫室效應(yīng)與能源問(wèn)題逐漸受到各國(guó)政府的重視下，主要國(guó)家之污染法規(guī)漸趨嚴(yán)格，因此對(duì)低污染車輛之需求勢(shì)必增加。隨著各種高性能蓄電池和高效率電機(jī)不斷地出項(xiàng)，使人們把目光又轉(zhuǎn)向了零污染或超低污染排放的電動(dòng)汽車。從20世紀(jì)70年代起，新一代電動(dòng)汽車脫穎而出，出現(xiàn)了各種高性能的電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車的概述電動(dòng)汽車是至少以一種動(dòng)力源為車載電源，全部或部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，符合道路交通安全法規(guī)的汽車。它因車載動(dòng)力系統(tǒng)不同可分為三類：以車載燃料電池為動(dòng)力的燃料電池電動(dòng)汽車（FuelCellElectricVehicle--FCEV）；以車載蓄電池為動(dòng)力的蓄電池電動(dòng)汽車（ElectricVehicle--EV），亦稱之為純電動(dòng)汽車；以車載多能源為動(dòng)力的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HybridElectricVehicle--HEV），其動(dòng)力來(lái)自2個(gè)或2個(gè)以上能源，如蓄電池，超級(jí)電容，內(nèi)燃機(jī)等電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的全球兩大突出問(wèn)題日益嚴(yán)重，特別是隨電動(dòng)汽車自身難點(diǎn)不斷解決，使電動(dòng)汽車具有更多突出特點(diǎn)。

(1)行駛過(guò)程中不排放污染大氣的有害氣體對(duì)環(huán)境無(wú)污染

(2)節(jié)能及能源多樣化，由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力、光、熱等，解除人們對(duì)石油資源日見(jiàn)枯竭的擔(dān)心

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維護(hù)使用方便，電動(dòng)汽車自動(dòng)擋的擋位一般只有停止、前進(jìn)、后退三個(gè)，操控性比普通汽車還要好，運(yùn)轉(zhuǎn)傳動(dòng)部件相較對(duì)少，無(wú)需更換機(jī)油、油泵、消聲裝置等，也無(wú)需添加冷卻水

(4)電動(dòng)汽車還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟(jì)效益電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)

雖然電動(dòng)汽車有很多優(yōu)點(diǎn)，但是目前還有一些缺點(diǎn)制約著電動(dòng)汽車的發(fā)展(1)續(xù)航力不足,每次充電后行駛距離約150公里,是汽油車的1/3(2)電池壽命的效益比太差,目前電池價(jià)格還比較高,故購(gòu)買價(jià)格較貴(3)存在安全性問(wèn)題，頻發(fā)的電動(dòng)汽車事故讓人非常害怕(4)充電問(wèn)題,無(wú)法快速充電，每次充電時(shí)間從1.5小時(shí)-8小時(shí),使用非常不方便安凱純電動(dòng)大巴車（538V500Ah）電動(dòng)汽車實(shí)例：JAC純電動(dòng)轎車（304V50Ah）電動(dòng)汽車實(shí)例：純電動(dòng)汽車組成

純電動(dòng)汽車是一種最好的零污染的車輛，它有極低的噪聲和振動(dòng)，操作性能好等特點(diǎn)，是當(dāng)前開(kāi)發(fā)和研制取代燃油汽車的首選車型。純電動(dòng)汽車的基本組成部分：

(1)電池組（車載電源）

(2)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

(3)控制技術(shù)

(4)車身及底盤

(5)安全保護(hù)系統(tǒng)純電動(dòng)大巴示意圖純電動(dòng)汽車組成電池組組成關(guān)鍵部件：電芯管理系統(tǒng)（BMS）電池箱充電機(jī)輔助部件：

接插件、環(huán)氧板、電池箱串聯(lián)線、加熱系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、警示標(biāo)簽、螺釘、螺母等電池組系統(tǒng)組成示意圖純電動(dòng)汽車組成電池組關(guān)鍵部件-----電芯單體電芯規(guī)格：IFP186516403.2V10Ah電池模塊：由單體電芯按照一定的規(guī)則或要求并聯(lián)組合而成，通常為3.2VxxxAh。合肥公交：3.2V500Ah（單體電芯48并組成）同悅轎車：3.2V50Ah（單體電芯5并組成）電池組：由電池模塊按照一定的規(guī)則或要求串聯(lián)組合而成，通常為xxxVxxxAh，并配備一定數(shù)量的管理系統(tǒng)和電池箱，以滿足使用的要求。合肥公交：538V500Ah（電池模塊168串組成，共計(jì)13個(gè)電池箱，管理系統(tǒng)為1主13從）同悅轎車：304V50Ah（電池模塊95串組成，共計(jì)2個(gè)電池箱，管理系統(tǒng)為1主2從）電芯組裝過(guò)程電芯篩選電芯組裝模塊裝箱組裝完成模塊吹膜模塊焊接電池組關(guān)鍵部件-----電芯電池組關(guān)鍵部件-----電芯電芯存在的問(wèn)題：電芯脹氣電芯脹氣在外觀上直接體現(xiàn)為體積增大，側(cè)面鼓包等現(xiàn)象。在性能上直接體現(xiàn)為內(nèi)阻增大，容量減少等。電芯漏液電芯漏液在外觀上直接體現(xiàn)為電芯表面有液體流出或電芯外殼上有被腐蝕過(guò)痕跡。在性能上直接體現(xiàn)為內(nèi)阻增大，容量減少或?yàn)?，電壓偏低或?yàn)?電壓。電池組關(guān)鍵部件-----電芯電芯存在的問(wèn)題（續(xù)）：電芯自放率過(guò)高電芯自放率過(guò)高在外觀上無(wú)法體現(xiàn)，需借助容量測(cè)試儀、萬(wàn)用表等工具進(jìn)行測(cè)試。在電池組中如果某一單體電芯自放率過(guò)高在儲(chǔ)存一段時(shí)間后將導(dǎo)致該電池組容量不能完全發(fā)揮，在放點(diǎn)結(jié)束后該電芯電壓明顯低于其他電芯電壓。電芯內(nèi)阻過(guò)大電池組中某一電芯內(nèi)阻過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電池組容量不能完全發(fā)揮，循環(huán)容量衰減快等現(xiàn)象。電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）按功能分類：保護(hù)板和管理系統(tǒng)保護(hù)板簡(jiǎn)介保護(hù)板通常用于72V以下電池系統(tǒng)，其功能簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，造價(jià)低廉，可滿足電池組基本用途要求。其功能主要有：過(guò)充保護(hù)；過(guò)放保護(hù)；過(guò)流保護(hù)；短路保護(hù)等；保護(hù)板主要用途：電動(dòng)工具電池組；電動(dòng)自行車電池組；電動(dòng)摩托車電池組；航模、小型備用電源等。電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介管理系統(tǒng)通常用于72V以上電池系統(tǒng)，其功能復(fù)雜，成本較高，可滿足電池組較高用途要求。其功能主要有：?jiǎn)误w電壓檢測(cè)；溫度檢測(cè)；電流檢測(cè)；SOC計(jì)算；

溫度檢測(cè)；絕緣檢測(cè)電池組故障狀態(tài)診斷，可以通過(guò)通信系統(tǒng)把電池組信息實(shí)時(shí)傳給整車控制器來(lái)控制整車運(yùn)行狀態(tài)等。管理系統(tǒng)主要用途：電動(dòng)汽車電池組；儲(chǔ)能電站電池組等。實(shí)例：JAC純電動(dòng)轎車管理系統(tǒng)功能及技術(shù)參數(shù)要求BMS電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）實(shí)例：JAC純電動(dòng)轎車管理系統(tǒng)功能及技術(shù)參數(shù)要求電池管理系統(tǒng)功能（1） 單體電池電壓的檢測(cè)（2） 電池溫度的檢測(cè)（3） 電池組工作電流的檢測(cè)（4） 絕緣檢測(cè)（5） 熱管理（6） 電池組SOC的估算（7） 電池故障分析與在線報(bào)警（8） 與車載設(shè)備通信（9） 單體電池均衡功能（此功能不需要）（10）接觸器控制（11）充電管理（12）故障數(shù)據(jù)記錄電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）控制策略（1）絕緣失效保護(hù)

BMS檢測(cè)到絕緣電阻大于100?/V且小于500?/V，BMS報(bào)警；當(dāng)檢測(cè)到絕緣電阻小于100?/V，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器?。?）單體欠壓保護(hù)當(dāng)電池組單體電壓值低于2.5V以下，BMS報(bào)警；當(dāng)單體電壓低于2.0V后，BMS報(bào)警，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)，延時(shí)100ms,切斷所有高壓接觸器！電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）（3）單體過(guò)壓保護(hù)當(dāng)電池組單體電壓值上升到3.65V，BMS報(bào)警，以1A為步長(zhǎng)降電流到3A時(shí)，控制關(guān)斷車載充電器，當(dāng)單體電壓上升到3.8V，切斷充電高壓接觸器?。?）電池組欠壓保護(hù)當(dāng)電池組電壓值降到237V，BMS報(bào)警，當(dāng)電池組電壓降到218V，BMS報(bào)警，3S內(nèi)關(guān)斷電機(jī)，延時(shí)100ms,切斷所有高壓接觸器?。?）電池組過(guò)壓保護(hù)當(dāng)電池組電壓值上升到332V，BMS報(bào)警，當(dāng)電池組電壓上升到342V時(shí)，立即切斷所有高壓接觸器！電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）（6）電池組低溫保護(hù)當(dāng)電池組某點(diǎn)溫度低-10℃，BMS報(bào)警；當(dāng)溫度低于-20℃時(shí)，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器！（7）電池組高溫保護(hù)當(dāng)電池組某點(diǎn)溫度高于50℃，BMS報(bào)警，當(dāng)溫度高于55℃，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器?。?）放電過(guò)流保護(hù)當(dāng)電池組放電電流超過(guò)200A，BMS報(bào)警，當(dāng)電流超過(guò)280A，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器?。?）充電過(guò)流保護(hù)當(dāng)電池組充電電流超過(guò)8A，BMS報(bào)警，當(dāng)電流超過(guò)10A，切斷充電高壓繼電器！電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）電池系統(tǒng)內(nèi)電池箱的設(shè)計(jì)主要依據(jù)車身空間大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，在保證電池組總?cè)萘亢涂傠妷簼M足要求的情況下對(duì)電池箱進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，分解。電池箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)安全可靠（2）箱體水塵防護(hù)能力（3）熱管理的處理（4）絕緣的防護(hù)JAC純電動(dòng)轎車電池組由兩個(gè)電池箱串聯(lián)組成！電池組關(guān)鍵部件-----電池箱電動(dòng)汽車用電池組充電機(jī)按用途可分為：車載充電機(jī)；地面充電機(jī)；（充電樁也屬于地面充電機(jī)）車載充電機(jī)簡(jiǎn)介

車載充電機(jī)為保證尺寸、質(zhì)量較小，通常選用