《新能源汽車概論》項(xiàng)目2

新能源汽車概論簽到掃碼下載文旌課堂APP掃碼簽到（2022.3.2515:00至2022.3.2515:10）簽到方式教師通過“文旌課堂APP”生成簽到二維碼，并設(shè)置簽到時(shí)間，學(xué)生通過“文旌課堂APP”掃描“簽到二維碼”進(jìn)行簽到。。項(xiàng)目二動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)

隨著動(dòng)力蓄電池技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，以及碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的戰(zhàn)略引導(dǎo)，我國汽車產(chǎn)業(yè)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型速度加快，這在一定程度上推動(dòng)了我國動(dòng)力蓄電池行業(yè)的發(fā)展。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年10月，我國動(dòng)力蓄電池產(chǎn)量為62.8GWh，同比增長150.1%。2022年1月至10月，我國動(dòng)力蓄電池累計(jì)產(chǎn)量為425.9GWh，繼續(xù)保持高速增長勢頭。項(xiàng)目導(dǎo)讀達(dá)成目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)（1）掌握鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和分類。（2）熟悉鋰離子電池的工作原理。（3）掌握鋰離子電池的特點(diǎn)和應(yīng)用。（4）掌握BMS的基本功能。（5）熟悉BMS的基本結(jié)構(gòu)。

（1）能夠識(shí)別動(dòng)力蓄電池的基本結(jié)構(gòu)。（2）能夠分析BMS的主要特性。

（1）堅(jiān)定民族自豪感和文化自信。（2）強(qiáng)化安全意識(shí)和節(jié)能環(huán)保意識(shí)。（3）培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作、顧全大局的團(tuán)隊(duì)精神。

認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1動(dòng)力電池及管理技術(shù)項(xiàng)目2任務(wù)導(dǎo)入

純電動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池通常為鋰離子電池，主要分為三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩種。其中，三元鋰電池的能量密度較高，同等重量或體積下為車輛提供的續(xù)駛里程也相對(duì)較高，并且在耐低溫性能上具有一定的優(yōu)勢。磷酸鐵鋰電池能量密度較低，但安全性要高于三元鋰電池，更不容易起火。

上述兩種鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理各不相同，性能也有差異。本任務(wù)要求學(xué)生認(rèn)識(shí)三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩種動(dòng)力蓄電池，知識(shí)與技能要求如表所示。

知識(shí)與技能要求

想一想任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池鋰離子電池是一種用鋰離子作為活性物質(zhì)的蓄電池。鋰離子電池的電解質(zhì)一般為非水溶液。非水溶液由有機(jī)溶劑或非水無機(jī)溶劑加入無機(jī)鹽組成，其中有機(jī)溶劑主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁內(nèi)酯等，非水無機(jī)溶劑主要有亞硫酰氯、液體二氧化硫等，無機(jī)鹽有高氯酸鋰、氯化鋁鋰、氟硼酸鋰、溴化鋰等。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池

因?yàn)殇嚭退佑|會(huì)立即發(fā)生激烈反應(yīng)，所以電解質(zhì)不能采用水溶液，且全部材料和零部件均需要嚴(yán)格脫水并可靠密封。如圖所示，鋰離子電池一般由正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)（圖中未標(biāo)出）、電池外殼、保護(hù)閥等組成

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.1鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和分類鋰離子電池中，正極材料占整個(gè)電池成本的40%以上，且在當(dāng)前的技術(shù)條件下，鋰離子電池的能量密度主要取決于正極材料。鋰離子電池根據(jù)正極材料的不同，可分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池等類型

鈷酸鋰電池錳酸鋰電池三元鋰電池碳酸鐵鋰電池任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.1鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和分類對(duì)于鋰離子電池的工作原理，目前人們是用固體物理學(xué)中嵌入的概念來解釋的。這里的嵌入是指可移動(dòng)的客體粒子（分子、原子、離子）可逆地嵌到具有合適尺寸的主體晶格中的網(wǎng)絡(luò)空格點(diǎn)上。鋰離子電池的正極和負(fù)極材料都是由鋰離子和電子的混合導(dǎo)體嵌入化合物形成的。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.2鋰離子電池的工作原理典型的鋰離子電池體系為：（-）C|LiPF6——EC+DEC|LiCoO2（+）

式中:

（-）C——石墨，為負(fù)極材料;

LiPF6——六氟磷酸鋰，電解質(zhì);

EC+DEC——碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯混合電解液;

LiCoO2（+）——鈷酸鋰，為正極材料。

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.2鋰離子電池的工作原理如圖所示，充電時(shí)，鋰離子從正極材料晶格中脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜嵌入到負(fù)極材料晶格中；放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極材料晶格中脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜嵌入到正極材料晶格中。在整個(gè)充放電過程中，鋰離子往返于正、負(fù)極之間。同時(shí)，由于隔膜的作用，電子只能通過外電路由正極移動(dòng)至負(fù)極（充電時(shí)）形成充電電流，或由負(fù)極移動(dòng)至正極（放電時(shí)）形成放電電流。鋰離子電池的工作原理任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.2鋰離子電池的工作原理在充放電過程中，鋰離子處于正極→負(fù)極→正極的循環(huán)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)過程中既不消耗電解質(zhì)，也不產(chǎn)生氣體，因此鋰離子電池可以做成完全封閉的結(jié)構(gòu)，從根本上解決了鋰離子電池的循環(huán)性和安全性問題。鋰離子電池的內(nèi)部時(shí)刻都在發(fā)生副反應(yīng)。在每次充放電循環(huán)中，任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子（或電子）的副反應(yīng)都會(huì)改變鋰離子電池的平衡狀態(tài)，并且這種改變是不可逆的。經(jīng)過多次循環(huán)累積，鋰離子電池的性能將會(huì)出現(xiàn)衰退甚至失效。因此，通常使用鋰離子電池的充放電循環(huán)次數(shù)來表示其使用壽命。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.2鋰離子電池的工作原理鋰離子電池有許多顯著特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）工作電壓高鋰離子電池單體的工作電壓為3.2～3.8V，是傳統(tǒng)鎳鎘電池和鎳氫電池單體工作電壓的3倍。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池有許多顯著特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（2）能量密度高鋰離子電池的能量密度可達(dá)260Wh/kg，是傳統(tǒng)鎳鎘電池的2倍、鎳氫電池的1.5倍。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池有許多顯著特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（3）循環(huán)壽命長

目前，鋰離子電池的循環(huán)壽命可達(dá)2000次以上，在低放電深度下可達(dá)幾萬次，超過了其他幾種動(dòng)力蓄電池。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池有許多顯著特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（4）自放電率低

鋰離子電池的自放電率僅為6%～8%，遠(yuǎn)低于鎳鎘電池（25%～30%）和鎳氫電池（15%～20%），與鉛酸蓄電池相當(dāng)。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池有許多顯著特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（5）無記憶性

鋰離子電池可以根據(jù)要求隨時(shí)充電，而其充放電性能不會(huì)降低。（6）可實(shí)現(xiàn)快速充電任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池有許多顯著特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（7）對(duì)環(huán)境無污染鋰離子電池中不存在鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的有害物質(zhì)，是名副其實(shí)的“綠色電池”。（8）能夠制造成任意形狀，目前以圓柱形和方形為主任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。（1）成本高

這主要是因?yàn)檎龢O材料鈷的價(jià)格高，但按單位能量價(jià)格來計(jì)算，較鎳氫電池低，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池，且電解質(zhì)提純困難。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。（2）需要對(duì)電池單體進(jìn)行過充電保護(hù)、過放電保護(hù)等，電池模組則需要與BMS配套使用。

①過充電將破壞鋰離子電池的正極結(jié)構(gòu)而影響其性能和使用壽命，同時(shí)過充電容易使電解質(zhì)分解，鋰離子電池會(huì)因內(nèi)部壓力過大而出現(xiàn)漏液等問題，故必須在最高限壓4.2V以下充電。②過放電會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)恢復(fù)困難，故需要進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)對(duì)于不同類型的鋰離子電池，其性能也不盡相同。各類鋰離子電池的性能特點(diǎn)如表所示。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.3鋰離子電池的特點(diǎn)電池單體是一個(gè)電池系統(tǒng)的最小單元。電池單體是不能直接使用的，只有先通過嚴(yán)格篩選，將一致性好的多個(gè)電池單體按照精密設(shè)計(jì)組裝成為電池模塊，并加裝電池單體監(jiān)控與管理裝置，再將多個(gè)電池模塊組成一個(gè)電池包，并加上保護(hù)電路和保護(hù)殼，才能構(gòu)成動(dòng)力蓄電池任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.4鋰離子電池的應(yīng)用目前，純電動(dòng)汽車上應(yīng)用較多的動(dòng)力蓄電池是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電。

1）三元鋰電池

三元鋰電池是指使用鎳鈷錳酸鋰（LiNixCoyMn1-x-yO2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（LiNixCoyAl1-x-yO2，NCA）三元復(fù)合材料作為正極材料的鋰離子電池。其中NCM三元鋰電池因同時(shí)具有鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較多。

目前，特斯拉、一汽大眾、廣汽埃安、北汽新能源、長城歐拉等多個(gè)品牌旗下的純電動(dòng)汽車采用了三元鋰電池。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.4鋰離子電池的應(yīng)用2．磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，碳（石墨）作為負(fù)極材料的鋰離子電池，電池單體的額定電壓為3.2V，充電終止電壓為3.6～3.65V，放電終止電壓為2.0V。

充電過程中，正極磷酸鐵鋰材料中的部分鋰離子脫嵌，經(jīng)電解質(zhì)傳遞到負(fù)極，嵌入負(fù)極材料晶格中；同時(shí)從正極釋放出電子，自外電路到達(dá)負(fù)極，維持化學(xué)反應(yīng)的平衡。放電過程中，鋰離子自負(fù)極材料晶格中脫嵌，經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)正極，嵌入正極材料晶格中；同時(shí)負(fù)極釋放電子，電子自外電路到達(dá)正極，為外界供電。

掃

一

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磷酸鐵鋰電池任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.4鋰離子電池的應(yīng)用2）磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池的安全性能優(yōu)異，對(duì)過充電的承受力好，熱穩(wěn)定性能好，循環(huán)壽命長，并且價(jià)格低廉。但其能量密度較三元鋰電池低，且低溫性能差，充放電倍率低，在純電動(dòng)汽車長續(xù)航和快速充電需求不斷提升的背景下，其應(yīng)用受到一定的限制。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的特斯拉標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版Model3、ModelY純電動(dòng)汽車均已使用磷酸鐵鋰電池。小鵬G3、P7純電動(dòng)汽車也推出了搭載磷酸鐵鋰電池的車型。紅旗E-QH5、比亞迪元PLUSEV、上汽奧迪Q5e-tron等多款新車型也將搭載磷酸鐵鋰電池。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.4鋰離子電池的應(yīng)用新能源汽車用動(dòng)力蓄電池除上述鋰離子電池外，還包括超級(jí)電容、飛輪電池、鈉離子電池等類型。其中的鈉離子電池在能量密度方面較磷酸鐵鋰電池的略低，但在低溫性能和快速充電方面具有明顯的優(yōu)勢，特別適用于高寒地區(qū)的高功率應(yīng)用場景。任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)動(dòng)力蓄電池2.1.4鋰離子電池的應(yīng)用任務(wù)2.1

認(rèn)識(shí)純電動(dòng)汽車鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和分類課堂總結(jié)鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的應(yīng)用鋰離子電池的特點(diǎn)任務(wù)2.1

認(rèn)識(shí)純電動(dòng)汽車課后作業(yè)簡述三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)。

分析BMS的特性2.2動(dòng)力電池及管理技術(shù)項(xiàng)目2任務(wù)導(dǎo)入

BMS通常包括檢測模塊與運(yùn)算控制模塊兩大功能模塊。其中檢測模塊主要負(fù)責(zé)測量電池模組的電壓、電流、溫度及電池單體的電壓，運(yùn)算控制模塊則根據(jù)這些信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)估算并發(fā)出指令。因此，運(yùn)算控制模塊是BMS的大腦，而狀態(tài)估算是BMS的核心功能。

BMS可以提升動(dòng)力蓄電池的性能，這主要體現(xiàn)在動(dòng)力蓄電池的安全性、使用壽命和可用電量三個(gè)方面。本任務(wù)要求學(xué)生從BMS的基本功能和結(jié)構(gòu)兩方面認(rèn)識(shí)BMS，并分析BMS的特性，知識(shí)與技能要求如表所示。知識(shí)與技能要求想一想不同生產(chǎn)廠家和型號(hào)的BMS，其性能也不盡相同，但一般都具有以下基本功能。1.信息采集

1）基本信息的采集由于多種原因，在動(dòng)力蓄電池中個(gè)別電池單體會(huì)出現(xiàn)性能改變的現(xiàn)象，使動(dòng)力蓄電池在充電時(shí)不能充足電，在放電時(shí)很快便將電能放盡，這就要求BMS采集各個(gè)電池單體的電壓、電流，掌握電池單體的具體狀態(tài)。此外，BMS還需要采集動(dòng)力蓄電池的總電壓、總電流、溫度等信息。動(dòng)力蓄電池的這些基本信息是BMS所有頂層計(jì)算、控制邏輯的基礎(chǔ)。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

1.信息采集

2）絕緣檢測各個(gè)電池單體之間，各個(gè)電池模塊之間，以及電池模組與高壓接口之間，都要用電纜連接，這些電纜應(yīng)可靠絕緣。因此，BMS需要對(duì)整個(gè)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行絕緣檢測，以免發(fā)生漏電、短路等故障。3）高壓系統(tǒng)的完整性檢測動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)一般裝有自動(dòng)斷電器。BMS需要對(duì)整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性進(jìn)行確認(rèn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)高壓系統(tǒng)受到破壞時(shí)，會(huì)控制自動(dòng)斷電器切斷動(dòng)力蓄電池的高壓電路。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

當(dāng)車輛發(fā)生碰撞或傾覆時(shí)，BMS應(yīng)能立即切斷動(dòng)力蓄電池的高壓電路，防止高壓電引起火災(zāi)和觸電事故；并防止電解液泄漏，以保證人身安全。有些車型可以利用安全氣囊的動(dòng)作來觸發(fā)BMS，使其控制自動(dòng)斷電器切斷動(dòng)力蓄電池高壓電路。

任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

2.狀態(tài)估算

BMS根據(jù)采集的信息，采用相應(yīng)的算法，對(duì)動(dòng)力蓄電池的溫度、荷電狀態(tài)（stateofcharge，SOC）、健康狀態(tài)（stateofhealth，SOH）、能量狀態(tài)（stateofenergy，SOE）、功能狀態(tài)（stateoffunction，SOF）、安全狀態(tài)（stateofsafety，SOS）等進(jìn)行估算。其中，動(dòng)力蓄電池的溫度估算是其他狀態(tài)估算的基礎(chǔ)，SOC估算受到SOH估算結(jié)果的影響，SOF是由SOC、SOH、SOS及動(dòng)力蓄電池的溫度共同決定的，SOE則與SOC、SOH、動(dòng)力蓄電池的溫度及未來工況有關(guān)。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

溫度對(duì)動(dòng)力蓄電池的性能影響較大，目前BMS一般只能測量電池模組的表面溫度，而電池模組的內(nèi)部溫度則需要使用熱力學(xué)模型進(jìn)行估算。SOC、SOH、SOE都是動(dòng)力蓄電池的隱性狀態(tài)，不能由測量設(shè)備直接獲取，需要BMS來估算。SOF、SOS需要根據(jù)對(duì)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)及高壓系統(tǒng)檢測所得到的數(shù)據(jù)，依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)判斷得出。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

2.狀態(tài)估算

SOC表示動(dòng)力蓄電池當(dāng)前的剩余容量與其充滿電狀態(tài)的容量的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。

SOC設(shè)計(jì)有針對(duì)動(dòng)力蓄電池的SOC估算觀測器，可將BMS測得的電壓值和電流值作為觀測器的輸入值，結(jié)合雙自適應(yīng)衰減擴(kuò)展卡爾曼濾波等算法，估算出動(dòng)力蓄電池的SOC。

SOH表示當(dāng)前動(dòng)力電池相對(duì)于新動(dòng)力電池存儲(chǔ)電能的能力，以百分比的形式表示動(dòng)力電池從壽命開始到壽命結(jié)束期間所處的狀態(tài)，用來定量描述當(dāng)前動(dòng)力電池的性能狀態(tài)。

SOH是BMS中最重要的參數(shù)之一，精確掌握動(dòng)力蓄電池的SOH可以為動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的檢測與故障診斷提供依據(jù)，有助于及時(shí)了解動(dòng)力蓄電池各個(gè)電池單體的性能狀態(tài)，及時(shí)更換老化的電池單體，提高動(dòng)力蓄電池的整體壽命，進(jìn)一步提高純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

2.狀態(tài)估算

SOE表示當(dāng)前條件下動(dòng)力蓄電池可釋放的能量與最大可用能量的比值，是反映動(dòng)力蓄電池能量使用情況的重要指標(biāo)。SOE的估算方法不同于SOC，它不僅受動(dòng)力蓄電池負(fù)載電流的影響，還和動(dòng)力蓄電池端電壓相關(guān)。在動(dòng)力蓄電池的使用過程中，當(dāng)動(dòng)力蓄電池的溫度和充放電倍率發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)力蓄電池的放電率會(huì)隨之改變，并影響動(dòng)力蓄電池的SOE。對(duì)純電動(dòng)汽車而言，SOF可以被定義為在某一特定時(shí)刻，動(dòng)力蓄電池能夠提供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)等各種電氣設(shè)備的功率，也可以簡單地認(rèn)為SOF是SOC及溫度的函數(shù)。實(shí)際上，對(duì)很多純電動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)來說，BMS不僅要估算特定時(shí)刻動(dòng)力蓄電池對(duì)外輸出的功率，還要提供動(dòng)力蓄電池允許充電的最大功率。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

3.故障診斷

故障診斷是BMS的重要功能，包括故障檢測、故障類型判斷、故障定位、故障信息輸出等環(huán)節(jié)。

BMS可通過采集到的傳感器信號(hào)，采用診斷算法診斷動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的故障類型，并進(jìn)行早期預(yù)警。當(dāng)動(dòng)力蓄電池工作時(shí)，BMS可以對(duì)其進(jìn)行故障診斷，實(shí)時(shí)掌握動(dòng)力蓄電池的各種狀態(tài)；在非工作狀態(tài)下，BMS也能將故障信息定位到動(dòng)力蓄電池的各個(gè)部分（包括電池單體）。

BMS根據(jù)故障的嚴(yán)重程度將動(dòng)力蓄電池的故障等級(jí)歸納為盡快維修、立即維修和電池壽命警告三級(jí)，并將相應(yīng)的故障信息傳遞到組合儀表以警示駕駛員，從而保證動(dòng)力蓄電池不被過分使用。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

3.故障診斷

動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)常見的故障有動(dòng)力蓄電池自身故障，高壓系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)等各個(gè)子系統(tǒng)的傳感器故障，繼電器、風(fēng)扇、泵、加熱器等執(zhí)行器故障，網(wǎng)絡(luò)故障，以及各種控制器軟硬件故障等。其中，動(dòng)力蓄電池自身故障包括過電壓（過充電）、欠電壓（過放電）、過電流、超高溫、內(nèi)部短路、接頭松動(dòng)、電解液泄漏、絕緣性能降低等。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

4.均衡控制

均衡控制是BMS根據(jù)電池單體信息，采用主動(dòng)或被動(dòng)、耗散或非耗散等均衡方式，盡可能地使動(dòng)力蓄電池各電池單體的容量保持一致。

動(dòng)力蓄電池中各電池單體之間的不一致性在其整個(gè)生命周期里都不可避免。如不采取措施，電池單體在充放電過程中的不一致性會(huì)導(dǎo)致某些電池單體由于過充電、過放電而提前失效。因此，必須對(duì)動(dòng)力蓄電池中的電池單體進(jìn)行均衡控制，將各個(gè)電池單體充放電性能的惡化程度降至最小或使其消失。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

均衡控制為消除電池單體的不一致性帶來的嚴(yán)重影響，近年來，研究者們采用了各種各樣的方法對(duì)動(dòng)力蓄電池進(jìn)行均衡管理，目前主要使用的方法有以下：兩種。1）分流法在充電時(shí)，當(dāng)某個(gè)電池單體的充電電壓超過設(shè)定值時(shí)，可通過并聯(lián)在該電池單體上的電阻對(duì)該電池單體的電流進(jìn)行分流，從而達(dá)到降低該電池單體充電電壓的目的。2）切斷法在充電時(shí)，當(dāng)某個(gè)電池單體的充電電壓超過設(shè)定值時(shí)，可用自動(dòng)控制開關(guān)切斷該電池單體的電路，同時(shí)閉合旁路開關(guān)，電流繞過該電池單體，繼續(xù)對(duì)下一個(gè)電池單體充電。切斷法所需的開關(guān)個(gè)數(shù)是電池單體個(gè)數(shù)的兩倍。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

5.熱管理

鋰離子電池適宜的工作溫度為15～35℃，而純電動(dòng)汽車的實(shí)際工作溫度為-30～50℃，因此必須對(duì)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行熱管理，在低溫時(shí)對(duì)其進(jìn)行加熱，在高溫時(shí)對(duì)其進(jìn)行冷卻，以充分發(fā)揮動(dòng)力蓄電池的性能。

任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

5.熱管理

動(dòng)力蓄電池在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的溫度，理想狀態(tài)是將其產(chǎn)生的熱量充分用于取暖和擋風(fēng)玻璃除霜等，使熱量得到合理利用，但實(shí)際上新能源汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了人們很難利用這部分熱能或利用起來并不經(jīng)濟(jì)。因此，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)對(duì)這部分熱能的有效利用，將是降低整車能量消耗的研究方向之一。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

6.充電控制

BMS中一般設(shè)有充電管理模塊，它能夠根據(jù)動(dòng)力蓄電池的特性、溫度的高低及車載充電機(jī)的功率等級(jí)，控制車載充電機(jī)給動(dòng)力蓄電池進(jìn)行安全充電。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

7.網(wǎng)絡(luò)通信

BMS能與VCU等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信；同時(shí)，BMS還可以在不拆卸電池箱的情況下，進(jìn)行在線參數(shù)標(biāo)定、狀態(tài)監(jiān)控、代碼自動(dòng)生成、程序下載（程序更新而不拆卸產(chǎn)品）等。通常，車載網(wǎng)絡(luò)均采用CAN總線。8.安全控制與報(bào)警

BMS在診斷到故障后，可通過車載網(wǎng)絡(luò)通知VCU，并要求VCU進(jìn)行有效處理（超過一定閾值時(shí)BMS也可以自動(dòng)切斷高壓電路），以防止高溫、低溫、過充電、過放電、過電流、漏電等對(duì)車輛和人員造成損害。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

9.信息存儲(chǔ)

BMS可用于存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、SOE、SOF、累積充放電安時(shí)數(shù)、故障碼和一致性狀態(tài)等。10.電磁兼容純電動(dòng)汽車的使用環(huán)境有時(shí)會(huì)比較惡劣，因此BMS通常具有良好的抗電磁干擾能力；同時(shí)BMS對(duì)外輻射很小，可與純電動(dòng)汽車的其他系統(tǒng)更好地兼容。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

具有幾十個(gè)電池單體的動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)可能只有一個(gè)BMS控制器，或者將BMS的功能集成到VCU中。具有數(shù)百個(gè)電池單體的動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)，其BMS可能有一個(gè)主控制器和多個(gè)僅管理一個(gè)電池模塊的從控制器。每個(gè)具有數(shù)十個(gè)電池單體的電池模塊會(huì)配置一些繼電器和均衡裝置。從控制器負(fù)責(zé)管理電池模塊，控制繼電器，均衡電池單體并與主控制器通信。主控制器根據(jù)各從控制器所報(bào)告的數(shù)據(jù)執(zhí)行電池狀態(tài)估算、故障診斷、熱管理等功能。任務(wù)2.2分析BMS的特性2.2.1BMS的基本功能

BMS可分為集中式和分布式兩種結(jié)構(gòu)形式。（1）集中式結(jié)構(gòu)

是將所有的電氣元件都集中到一塊控制板上，以保證采樣芯片具有較高的通道利用率，采樣芯片與主芯片之間可以采用菊花鏈通信，電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，產(chǎn)品成本較低，但所有的采集線束都會(huì)連接到控制板上，對(duì)BMS的安全性要求較高，并且菊花鏈通信的穩(wěn)定性相對(duì)較差。這種結(jié)構(gòu)形式比較適合動(dòng)力蓄電池容量較小、形式相對(duì)固定的場合。2.2.2BMS的結(jié)構(gòu)

（2）分布式結(jié)構(gòu)

一般由主控制板和從控制板組成。這種結(jié)構(gòu)形式可以是一個(gè)電池模塊配備一個(gè)從控制板，如果電池模塊的電池單體數(shù)量少于12個(gè)，就會(huì)造成采樣通道的浪費(fèi)（采樣芯片一般有12個(gè)通道）；