《新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)檢修》 課件 1-2 調(diào)研分析新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)

Lightupeveryone'sfuture新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)檢修能力模塊一新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)認知任務(wù)二調(diào)研分析新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)知識目標(biāo)1.了解電池管理系統(tǒng)的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。2.掌握電池管理的原因。3.掌握動力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理。1.具備辨識秦EV動力電池管理系統(tǒng)主要部件的能力。2.具備根據(jù)新能源汽車的需求匹配合適的動力電池管理系統(tǒng)的能力。1.了解動力電池及管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和產(chǎn)業(yè)前沿信息，明確自身職業(yè)方向。2.嚴(yán)格執(zhí)行6S現(xiàn)場管理。技能目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)learningtarget任務(wù)導(dǎo)入Taskimport某車企計劃研發(fā)一款緊湊型純電動轎車，要求其在NEDC工況下續(xù)航達到400km。作為一名助理工程師，主管要求你為已經(jīng)選好的三種主流動力電池匹配合理的電池管理系統(tǒng)（BMS）。目錄Contents電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01電池管理系統(tǒng)的分類02動力電池BMS的結(jié)構(gòu)及主要部件介紹04電池管理的原因03目錄Contents動力電池BMS的工作原理05動力電池BMS的功能介紹06實訓(xùn)07電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01NewLesson應(yīng)用領(lǐng)域電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01作為實時監(jiān)控、自動均衡、智能充放電的電子部件，起到保障安全、延長壽命、估算剩余電量等重要功能，是動力和儲能電池組中不可或缺的重要部件。電池管理系統(tǒng)（BMS）應(yīng)用領(lǐng)域電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01電能儲能新能源汽車消費電子BMS是電池系統(tǒng)的“核心大腦”電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01中國電池管理系統(tǒng)（BMS）行業(yè)主要企業(yè)業(yè)務(wù)布局新能源汽車BMS寧德時代電能儲能BMS協(xié)能科技廣汽、北汽、海馬、東風(fēng)、威馬、長城、吉利等北汽新能源北汽新能源比亞迪比亞迪、杭州西湖比亞迪、華林特裝國軒高科大眾、江淮、奇瑞、吉利億能電子江淮、一汽、北汽華霆動力江淮、五菱、廣汽欣旺達新龍馬、寶馬、北汽均勝電子寶馬、奔馳、大眾國電南瑞、山東電網(wǎng)等妙益科技通信基站、辦公樓等儲能領(lǐng)域消費電子BMS德賽電池其他類型BMS銳深科技電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01產(chǎn)業(yè)鏈電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01市場份額電池管理系統(tǒng)的行業(yè)現(xiàn)狀01發(fā)展阻礙芯片技術(shù)車規(guī)級BMS芯片技術(shù)門檻高，供應(yīng)商主要為國外企業(yè)。BMSMCU芯片，被恩智浦等廠商掌握；BMSAFE的主要供應(yīng)商為亞德諾、德州儀器等海外公司。車規(guī)級半導(dǎo)體企業(yè)在進入整車廠的供應(yīng)鏈體系前，一般需通過質(zhì)量管理體系IATF16949和可靠性標(biāo)準(zhǔn)ISO26262等認證。還需經(jīng)歷嚴(yán)苛的應(yīng)用測試驗證和長周期的上車驗證，才能進入汽車前裝供應(yīng)鏈。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如何突破發(fā)展障礙電池管理系統(tǒng)的分類02電池管理的分類電池管理系統(tǒng)的分類01分布式BMS集成式BMS集成式BMS在電芯成組過程中將主控板與電池的檢測板，甚至是絕緣檢測模塊都安裝在一處，內(nèi)部以電線連接成為一個整體。分布式BMS有一個主控制器在位于中央位置，還有多路分開的電路板監(jiān)控檢測電芯的情況。電池管理系統(tǒng)的分類01集成式BMS優(yōu)點：可最大限度減少硬件的數(shù)量；結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)成本低；算法應(yīng)用相對簡單。缺點：接線比較復(fù)雜；安全性相對較弱。集成式BMS結(jié)構(gòu)框圖電池管理系統(tǒng)的分類01分布式BMS優(yōu)點：各信息采集器之間通過CAN網(wǎng)絡(luò)進行通訊，可以減少電線的使用；每個模組上的柔性PCB在采集電池的電壓、溫度信息的同時也可進行被動均衡；可以更好的管控電池系統(tǒng)。缺點：分布式BMS較集成式BMS增加了較多的硬件，成本相對較高。分布式BMS結(jié)構(gòu)框圖電池管理的原因03電池管理的原因01電池管理為何重要估算電池剩余能量安全需要提高電池組有效儲能延長電池使用壽命動力電池BMS的結(jié)構(gòu)及主要部件介紹04動力電池BMS的結(jié)構(gòu)01結(jié)構(gòu)組成硬件部分由一個或多個電子控制器組成，包含電池管理器、絕緣模塊、電池信息采集器、接觸器、霍爾傳感器/分流器、熔斷器、手動維修開關(guān)（MSD）預(yù)充電阻等電子元件。對主控模塊和測量模塊的各功能單元編寫軟件程序，而后連接起來構(gòu)成整個系統(tǒng)程序。軟件部分電池管理系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分動力電池BMS的結(jié)構(gòu)01結(jié)構(gòu)組成電池信息采集器主要部件介紹02電池管理器（BMC）功能：實時接收電池信息采集器采集的單體電壓、溫度、均衡等信息；接收絕緣模塊反饋高壓系統(tǒng)絕緣狀態(tài)和電流情況；電池管理系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)控制器與整車進行通信；電池管理系統(tǒng)與直流充電樁進行通訊；BMC控制接觸器吸合或斷開、控制充/放電電流和電池?zé)峁芾砜刂魄闆r；喚醒電池管理系統(tǒng)的應(yīng)答；對電池組進行SOC和SOH的估算。電池管理器是一個連接外部通信和內(nèi)部通信的平臺。主要部件介紹02充配電總成電源轉(zhuǎn)換器DC-DC高壓配電箱PDU車載充電器OBC充配電總成配電箱負極接觸器接觸器燒結(jié)檢測模塊漏電檢測模塊直流充電正極主要部件介紹02電池信息采集器電池電壓采樣：實時接收電池信息采集器采集的單體電壓、溫度、均衡電池單體通過串聯(lián)的方式依次疊加，采樣芯片的采樣通道也按照次第的順序往上疊加，對于電池單體采樣通道上的濾波電路，基本上目前所有的采樣芯片都是100Ω的串阻，然后加上一個濾波電容，通過經(jīng)典的RC濾波電路來實現(xiàn)。主要作用：電池電壓采樣、溫度采樣、電池均衡、采樣線異常檢測等，采集到的數(shù)據(jù)通過電池子網(wǎng)反饋給電池管理器。電池電壓采樣圖電池信息采集器主要部件介紹02電池信息采集器FPC電池FPC采樣電壓、溫度主要部件介紹02電池信息采集器電池電壓采樣示意圖主要部件介紹02霍爾傳感器高壓母線上嵌套霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器套在高壓母線上，如圖所示。同時霍爾傳感器在參數(shù)測量過程中能實現(xiàn)主電路回路和單片機系統(tǒng)的隔離，安全性更高?；魻杺鞲衅髯畛踉谌障祷旌蟿恿嚿鲜褂幂^多，現(xiàn)在慢慢有智能的分流器完成電壓和電流的采樣，通過串行總線傳輸，甚至可以在里面實現(xiàn)電池荷電狀態(tài)（SOC）的估算。動力電池BMS的工作原理Practicaltraining05動力電池BMS的工作原理01動力電池管理系統(tǒng)的工作原理動力電池模組位于密封、屏蔽的動力電池箱內(nèi)部，通過可靠的高低壓插接件與整車的用電設(shè)備和控制系統(tǒng)進行連接。電池系統(tǒng)內(nèi)的BIC可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)BMC中設(shè)定的閾值來判定電池工作是否正常，并對故障實時監(jiān)控。此外動力電池系統(tǒng)還通過BMC使用CAN總線在網(wǎng)關(guān)控制器與整車進行通信，進行充放電等綜合管理。工作原理動力電池BMS的功能介紹06動力電池BMS的功能介紹01電池管理系統(tǒng)功能示意圖動力電池BMS的功能介紹01單體電池電壓采集

40AH磷酸鐵鋰電池的充電曲線電壓是電池狀況最重要的參數(shù)之一。電池充電狀態(tài)SOC與電壓存在一定的函數(shù)關(guān)系，通過觀測電壓，可以大致了解電池的充電狀態(tài)SOC=f（V，I，T）V——電池的電壓；I——充放電電流；T——電池溫度。動力電池BMS的功能介紹01單體電池電壓采集1.由電壓大概了解電池當(dāng)前的充放電狀態(tài)通過電壓只能“大概”了解電池的充放電狀態(tài)，這是因為電池狀態(tài)還與電流、溫度相關(guān)，實際上不同個體電池間這種函數(shù)關(guān)系差異也是顯著的，所以無法單純通過電壓計算出SOC。實際應(yīng)用中，同樣是磷酸鐵鋰電池，不同廠家對臨界區(qū)的邊界有不同的設(shè)置，上邊界一般在3.65～3.85V之間，下邊界一般在2.0～2.5V之間。2.根據(jù)電壓提供安全保護采集單體電池的電壓的作用動力電池BMS的功能介紹01單體電池電壓采集40AH磷酸鐵鋰電池的放電曲線從實際應(yīng)用看，0.02V的差異，已經(jīng)可以大致分辨出電池充電狀態(tài)。當(dāng)差異超過0.05V，充電狀態(tài)的差異就比較明顯了。因此，從BMS估算SOC的角度看，0.01V的精度足夠了。動力電池BMS的功能介紹01單體電池溫度采集早期的溫度采集線束溫差采集有2種方式:設(shè)固定數(shù)量的溫度探頭，將其分散在電池模組中;將探頭置于電壓采集線的接線鼻上。電壓和溫度采集安裝在同一個單體極柱上。目前市場上的BMS的溫度采集精度不高，只是采集溫度的范圍。動力電池BMS的功能介紹01單體電池溫度采集磷酸鐵鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起電池溫升的原因有：1.電池內(nèi)阻增大引起的溫升。2.電池的極柱之間接觸電阻引起的溫升。由歐姆定律公式P=I2R可知，兩者會產(chǎn)生熱功率。隨著電池使用時間的增長，電池會逐步老化，即電池內(nèi)阻會升高。如果接線柱不夠牢靠，在車輛的運行顛簸過程中，接觸電阻也會增大。若動力電池溫度高了，有可能帶來電池?zé)崾Э兀措姵赜忻盁?、燃燒、爆炸的風(fēng)險。在電池正極材料（磷酸鐵鋰或三元鋰）和負極材料（石墨或石墨摻硅）間有一層塑料隔膜，“隔膜”阻斷正極和負極的直接接觸，但可允許鋰離子從隔膜上的細孔來回穿越。動力電池BMS的功能介紹01單體電池溫度采集吉利帝豪EV450電池溫度傳感器目前比亞迪、寧德時代等廠家的溫度傳感器是直接鉚在電池極柱上，這樣就可以減少接線柱不牢靠導(dǎo)致的后果。如圖所示的是吉利帝豪EV450的電池溫度傳感器。如果BMS廠家僅把溫度傳感器安裝在電池殼體上，或壓根就沒和電池的極柱接觸，溫度傳感器就只能監(jiān)測到電池組的環(huán)境溫度，而不是電池的實時溫度，所以此類監(jiān)測沒實際意義。

溫度傳感器動力電池BMS的功能介紹01絕緣監(jiān)測BMS中的絕緣精度應(yīng)該選擇多少呢？按照電動汽車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，絕緣電阻必須大于100Ω/V才算合格。只要所測絕緣電阻在國家規(guī)定的報警閾值內(nèi)保持一定的精度即可，沒必要做精度要求。實例：對某車型的動力電池由160個磷酸鐵鋰電池串聯(lián)組成的純電動車來說，其總電壓范圍是400V至584V（160×2.5V,160×3.65V），絕緣電阻應(yīng)按其最高電壓算，100Ω×584=58.4kΩ。所以其絕緣電阻在50.84KΩ附近。動力電池BMS的功能介紹01分級警告當(dāng)電池的狀態(tài)超過合理區(qū)的邊界時，BMS二級告警（有些企業(yè)只做兩級告警，如比亞迪），且告警時間限制在一定的時間內(nèi)，駕駛員可以根據(jù)告警信息將車輛轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域。當(dāng)電池的狀態(tài)越過臨界區(qū)時，BMS一級告警，告警時間比較短（一般控制策略是10秒），駕駛員在這段時間內(nèi)盡快將車輛靠邊停車，BMS斷開電池包整體電壓輸出。動力電池BMS的功能介紹01保護機制BMS的保護機制BMS的保護機制有過充、過放、過流、過熱等幾方面保護?？刂菩盘柗诌^充、過放兩路，或過充、過放合并成一路總控信號。動力電池BMS的功能介紹01電池均衡控制電池均衡控制主動均衡被動均衡電池的一致性差異的影響因素：電池負極材料的濃度差異；電池負極材料晶格形態(tài)；涂布均勻差異；隔膜厚?。桓裟ぜ毧拙鶆蛐缘取MS設(shè)計均衡電路的原因：電池的一致性差異。新電池可以靠篩選（所謂成組配對）來實現(xiàn)全車電池一致性。動力電池BMS的功能介紹01電池均衡控制電池內(nèi)阻隨電池充放電循環(huán)次數(shù)變化趨勢另一個引起電池一致性差的原因是電池自身自放電率的差異，在充電或放電過程中，自放電率大的單體會提前結(jié)束充電或放電。串聯(lián)的電池，在充放電環(huán)境一樣的情況下，最終剩余能量相差也會越來越大。造成該現(xiàn)象的主要原因是電池內(nèi)阻不一致導(dǎo)致的熱功率損失不一致。動力電池BMS的功能介紹01電池均衡控制主動均衡被動均衡特點：被動均衡通過電阻放電的方式，對電壓較高的電池進行放電，以熱量形式釋放電量。被動均衡只在充電的過程中才起作用，整個系統(tǒng)的電量受制于容量最少的電池。優(yōu)點：采用DC-DC雙向有源均衡電路，均衡效率高；主動均衡在車輛充電、放電和靜態(tài)過程中都做均衡；均衡電流大，均衡速度較快。缺點：技術(shù)復(fù)雜，成本高，實現(xiàn)困難；頻繁切換均衡電路，對電池造成傷害較大，影響電池的壽命。實

訓(xùn)07（一）設(shè)備及工具準(zhǔn)備序號設(shè)備及工具名稱數(shù)量1安全帽1套2耐磨手套1套3絕緣手套1套4一體化工具1套5電池升降平臺1臺6比亞迪秦EV1輛任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)準(zhǔn)備1.穿戴絕緣鞋和安全帽。2.設(shè)置隔離欄隔離維修工位。3.在工位出口處設(shè)置高壓安全警示牌，提醒周邊人員工位正在進行高壓電氣維修。4.記錄車輛銘牌信息。（三）安全防護準(zhǔn)備（二）場地設(shè)備準(zhǔn)備檢查實訓(xùn)場地和設(shè)備設(shè)施是否清潔及存在安全隱患，配電箱、排查是否符合用電需求，如不正常請匯