新能源汽車電池及管理系統(tǒng)檢修 課件 項(xiàng)目三 蓄電池管理系統(tǒng)的檢修

新能源汽車電池及管理系統(tǒng)檢修動(dòng)力蓄電池管理

系統(tǒng)檢修PART3１.故障現(xiàn)象比亞迪唐車輛ＳＯＣ７８％，無(wú)ＥＶ模式，如下圖所示，儀表報(bào)“請(qǐng)檢查動(dòng)力系統(tǒng)”。ＢＭＳ存在故障碼:Ｐ１Ａ３Ｄ００(負(fù)極接觸器回檢故障)，儀表顯示“請(qǐng)檢查動(dòng)力系統(tǒng)”。２.原因分析ＢＭＳ系統(tǒng)存在故障碼內(nèi)容：①因車輛提示動(dòng)力系統(tǒng)故障，且ＢＭＳ存在故障碼Ｐ1Ａ3Ｄ00，首先對(duì)ＢＭＳ負(fù)極接觸器電源、控制電路進(jìn)行檢查。②檢查ＢＭＳ負(fù)極接觸器Ｆ腳電源供給正常(ｋ161母端)。③進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)高壓電池采樣端子(ｋ161公端——公端可理解為插頭端子，母端為插座端子，下同)Ｆ腳出現(xiàn)退針現(xiàn)象。情景導(dǎo)入任務(wù)一

動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)故障診斷項(xiàng)目描述學(xué)習(xí)目標(biāo)

電池管理系統(tǒng)(ＢＭＳ)，通常被業(yè)內(nèi)稱為新能源汽車電池的“大腦”，是電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)的重要組成部分，與動(dòng)力蓄電池組、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成新能源汽車的三大核心技術(shù)，BMS對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控和管理的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電壓、電流、溫度以及SOC等參數(shù)采集、計(jì)算，進(jìn)而控制電池的充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)，提升電池綜合性能的管理系統(tǒng)，是連接車載動(dòng)力蓄電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶，本任務(wù)主要介紹動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理。理論知識(shí)一、動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的功能電池管理系統(tǒng)(ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ)俗稱電池保姆或電池管家，主要功能是智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池模組，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。動(dòng)力蓄電池組內(nèi)的BMS實(shí)時(shí)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(shè)定的閾值判定電池系統(tǒng)工作是否正常，并對(duì)故障實(shí)時(shí)監(jiān)控，動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)通過(guò)BMS使用CAN與整車控制器或充電機(jī)之間進(jìn)行通信，對(duì)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行充放電等綜合管理，見表３-１。二、電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)１.BMS硬件構(gòu)架BMS硬件構(gòu)架如圖３-１所示。

(１)ＢＭＳ硬件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)0103(３)通信方式02(２)功能04(４)結(jié)構(gòu)２.BMS軟件構(gòu)架軟件架構(gòu)主要包括高低壓管理、充電管理、狀態(tài)估算、均衡控制和故障管理等。534(４)故障診斷12(１)高低壓管理(３)狀態(tài)估算(２)充電管理(５)均衡控制三、電池管理系統(tǒng)的工作原理

動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)整體工作原理是將動(dòng)力蓄電池模組放置在一個(gè)密封并且屏蔽的動(dòng)力蓄電池箱面，動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)使用可靠的高壓插接件與高壓控制盒相連，然后輸出的直流電由電機(jī)控制器轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣鞲邏弘?，?qū)動(dòng)電機(jī)工作，系統(tǒng)內(nèi)的BMS實(shí)時(shí)采集各電芯的電壓、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等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力蓄電池的工作狀態(tài)，并通過(guò)CAN線與VCU或充電機(jī)之間進(jìn)行通信、對(duì)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)充放電等進(jìn)行綜合管理。BMS一般包括電池管理系統(tǒng)、電壓平衡控制系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)和安全防護(hù)系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)。

電池管理系統(tǒng)1電壓平衡控制系統(tǒng)2熱管理系統(tǒng)3安全防護(hù)系統(tǒng)4技能提升一、比亞迪秦EVPro動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)故障診斷與檢修

１.終端診斷１)斷開動(dòng)力蓄電池管理器插接器；２)測(cè)量線束端輸入電壓；３)接回電池管理器插接器；４)測(cè)量各端子值，正常值見表３-３。技能提升２.診斷流程１)把車開到維修間；２)檢查蓄電池電壓及整車低壓線束供電是否正常，(標(biāo)準(zhǔn)電壓值:１２~１４Ｖ)；３)如果電壓值低于１２Ｖ，在進(jìn)行第二步之前請(qǐng)充電或更換蓄電池或檢查整車低壓線束；４)對(duì)接好插件，整車上ＯＮ檔電，進(jìn)入電池管理器故障碼診斷；５)針對(duì)故障進(jìn)行調(diào)整、維修或更換；６)確認(rèn)測(cè)試；７)結(jié)束。技能提升3.電池管理器的更換

電池管理器有故障，導(dǎo)致車輛不能運(yùn)行，請(qǐng)按以下步驟拆卸，電池管理器位于高壓電控后部，位置如圖３-４所示。１)將車輛退電至OFF檔，等待5Min。２)打開前艙蓋；３)拔掉電池管理控制器上連接的動(dòng)力蓄電池采樣線和整車低壓線束的插接件；４)用８號(hào)套簡(jiǎn)拆卸電池管理控制器的四個(gè)固定螺栓；５)更換電池管理器，插上動(dòng)力蓄電池采樣線和整車低壓線束的插接件，確認(rèn)；６)用８號(hào)套簡(jiǎn)擰緊電池管理控制器的四個(gè)固定螺栓；７)整車上電再次確認(rèn)問(wèn)題是否解決，解決結(jié)束。學(xué)習(xí)小結(jié)１.動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的基本功能包括建立電池模型、數(shù)據(jù)檢測(cè)與采集、能量管理、狀態(tài)估算、熱量管理、數(shù)據(jù)處理與通信、數(shù)據(jù)顯示、安全管理。２.ＢＭＳ硬件結(jié)構(gòu)包括電源IC、CPU、采樣IC、高驅(qū)IC、其他IC部件、隔離變壓器、RTC、EEPROM和CAN模塊等。３.軟件架構(gòu)主要包括高低壓管理、充電管理、狀態(tài)估算、均衡控制和故障管理等。４.BMS的主要工作原理:數(shù)據(jù)采集電路首先采集電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，再由電子控制單元(ＥＣＵ)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，然后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令，并向外界傳遞信息。知識(shí)鞏固任務(wù)二

動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目描述學(xué)習(xí)目標(biāo)

電池管理系統(tǒng)最基本的核心任務(wù)是對(duì)動(dòng)力蓄電池的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)判斷，包括預(yù)測(cè)鋰離子蓄電池SOC、SOH、SOP，從而有效的保護(hù)電池安全和延長(zhǎng)鋰離子蓄電池使用壽命，鋰離子狀態(tài)估計(jì)要分基于精確的電池?cái)?shù)據(jù)采集。理論知識(shí)一、動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集1.單體電壓檢測(cè)方法

電池單體電壓采集模塊是動(dòng)力蓄電池組管理系統(tǒng)中的重要一環(huán)、其性能好壞或精度高低決定了系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)信息判斷的準(zhǔn)確程度，并進(jìn)一步影響到后續(xù)的控制策略能否有效實(shí)施，常用的單體電壓檢測(cè)方法如下。(１)繼電器陣列法(２)恒流源法(３)隔離運(yùn)放采集法(４)壓/頻轉(zhuǎn)換電路采集法(５)線性光耦合放大電路采集法理論知識(shí)2.電池工作電流采集方法

電流的采樣是估計(jì)電池SOC的主要依據(jù)，目前常用電流傳感器ＬＴ308(ＬＥＭ)，該電流傳感器是基于霍爾原理的閉環(huán)(補(bǔ)償)電流傳感器，具有高的精度、良好的線性度和最佳的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)也具有很好的抗干擾能力，其原邊的額定電流為300Ａ，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，副邊的額定電流為150ｍＡ，其轉(zhuǎn)換率為１:2000，供電電源為±12Ｖ或±15Ｖ，其測(cè)量電路如圖３-10的所示。理論知識(shí)3.電池溫度采集方法

電池的工作溫度不僅影響電池的性能，而且直接關(guān)系到新能源汽車使用的安全問(wèn)題，因此準(zhǔn)確采集溫度參數(shù)顯得尤為重要，采集溫度并不難，關(guān)鍵是如何選擇合適的溫度傳感器，目前，使用的溫度傳感器有很多，如熱電偶、熱敏電阻、熱敏晶體管、集成溫度傳感器等，下面介紹其中的三種。(１)熱敏電阻采集法(２)熱電偶采集法(３)集成溫度傳感器采集法理論知識(shí)二、動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)1.SOC控制

由電池管理系統(tǒng)(電池管理器)進(jìn)行SOC控制、蓄電池冷卻風(fēng)扇控制和絕緣異常檢測(cè)，如圖３-11所示，在動(dòng)力蓄電池組中有三個(gè)溫度傳感器和一個(gè)進(jìn)氣溫度傳感器，基于這些溫度傳感器，鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)一個(gè)合適的占空比控制來(lái)維持或把溫度調(diào)整到特定值，電池管理器基于電流傳感器和電壓傳感器的信息計(jì)算充電狀態(tài)。(１)

SOC計(jì)算依據(jù)參數(shù)(２)根據(jù)電池管理器計(jì)算

SOC判斷有無(wú)差異(３)

SOC顯示(能源監(jiān)視器)(４)輸出的功率由動(dòng)力蓄電池溫度控制(不是根據(jù)充電狀態(tài))理論知識(shí)2.動(dòng)力蓄電池組冷卻風(fēng)扇控制

電池管理器通過(guò)檢查動(dòng)力蓄電池溫度并在溫度升高時(shí)適當(dāng)控制冷卻風(fēng)扇，將動(dòng)力蓄電池溫度控制在適當(dāng)水平，動(dòng)力蓄電池安裝在車內(nèi)，車輛靜止時(shí)使冷卻風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)將產(chǎn)生很大噪聲，因此，電池管理器控制冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，將噪聲降低至最低級(jí)別，電池管理器適當(dāng)控制冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，如圖3-17所示，控制方式根據(jù)車型的不同而不同。理論知識(shí)3.絕緣電阻監(jiān)控

為安全起見，新能源車輛高壓電路與車身接地絕緣，內(nèi)置于電池管理器的漏電檢測(cè)電路持續(xù)監(jiān)視高壓電路和車身接地之間的絕緣電阻是否保持不變，如圖３-18所示。判定標(biāo)準(zhǔn):正對(duì)地絕緣阻值及負(fù)對(duì)地絕緣阻值均大于等于500Ω/Ｖ為合格，小于500Ω/Ｖ為不合格。技能提升吉利帝豪ＥＶ450動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)故障診斷與檢修:１.電池管理器電源故障(表３-６)2.電池管理系統(tǒng)通信故障(表３-７)學(xué)習(xí)小結(jié)１.電池單體電壓采集模塊是動(dòng)力蓄電池組管理系統(tǒng)中的重要一環(huán)、其性能好壞或精度高低決定了系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)信息判斷的準(zhǔn)確程度，并進(jìn)一步影響到后續(xù)的控制策略能否有效實(shí)施，常用的單體電壓檢測(cè)方法有繼電器陣列法、恒流源法、隔離運(yùn)放采集法、壓/頻轉(zhuǎn)換電路采集法、線性光耦合放大電路采集法。２.電流的采樣是估計(jì)電池SOC的主要依據(jù)，因此對(duì)其采樣的精度，抗干擾能力，零飄、溫飄和線性度誤差的要求都很高，目前常用電流傳感器ＬＴ308(ＬＥＭ)，常用的電流檢測(cè)方式有分流器、互感器、霍爾元件電流傳感器和光纖傳感器4種。３.電池的工作溫度不僅影響電池的性能，而且直接關(guān)系到新能源汽車使用的安全問(wèn)題，因此準(zhǔn)確采集溫度參數(shù)顯得尤為重要，采集溫度并不難，關(guān)鍵是如何選擇合適的溫度傳感器，目前，使用的溫度傳感器有很多，如熱電偶、熱敏電阻、熱敏晶體管、集成溫度傳感器等。學(xué)習(xí)小結(jié)４.由電池管理系統(tǒng)(電池管理器)進(jìn)行ＳＯＣ控制、蓄電池冷卻風(fēng)扇控制和絕緣異常檢測(cè)。５.ＳＯＣ指示動(dòng)力蓄電池的充電狀況，即充電率，通常是依據(jù)電池組電壓、電流和溫度三個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，Ｓ０Ｃ以百分比數(shù)字表示，荷電量為０％時(shí)表示電池組被完全放電，荷電量為１００％則表示電池組處于電量充滿狀態(tài)，電池組的控制系統(tǒng)必須確保電池組既不能過(guò)度充電也不能過(guò)度放電。６.為安全起見，新能源車輛高壓電路與車身接地絕緣，內(nèi)置于電池管理器的漏電檢測(cè)電路持續(xù)監(jiān)視高壓電路和車身接地之間的絕緣電阻是否保持不變，判定標(biāo)準(zhǔn):正對(duì)地絕緣阻值及負(fù)對(duì)地絕緣阻值均大于等于５００Ω/Ｖ為合格，小于５００Ω/Ｖ為不合格。知識(shí)鞏固任務(wù)三

動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信及CAN項(xiàng)目描述學(xué)習(xí)目標(biāo)

數(shù)據(jù)通信是電池管理系統(tǒng)的重要組成部分之一，主要涉及電池管理系統(tǒng)內(nèi)部主控板與檢測(cè)板之間的通信，電池管理系統(tǒng)與車載主控制器、非車載充電機(jī)等設(shè)備間的通信等，在有參數(shù)設(shè)定功能的電池管理系統(tǒng)上，還有電池管理系統(tǒng)主控板與上位機(jī)的通信。理論知識(shí)一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概念

數(shù)據(jù)通信是電池管理系統(tǒng)的重要組成部分之一，主要涉及電池管理系統(tǒng)內(nèi)部主控板與檢測(cè)板之間的通信，電池管理系統(tǒng)與車載主控制器、非車載充電機(jī)等設(shè)備間的通信等。電池管理系統(tǒng)通過(guò)通信接口實(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。ＣＡＮ通信方式是現(xiàn)階段電池管理系統(tǒng)通信應(yīng)用的主流，在國(guó)內(nèi)外大量產(chǎn)業(yè)化的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)外關(guān)于電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)中均提倡采用該通信方式。電池管理系統(tǒng)ＢＭＳ在工作過(guò)程中，需要將一些重要信息和其他控制系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)時(shí)通信，比如充電過(guò)程中與充電機(jī)的通信，確保充電過(guò)程能順利安全地進(jìn)行，放電過(guò)程中，與ＶＣＵ時(shí)時(shí)通信，來(lái)完成對(duì)整車的控制。二、車載CAN通信設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

在電池管理系統(tǒng)中，ＣＡＮ通信的實(shí)現(xiàn)是由外圍設(shè)置ＣＡＮ的控制器和接收器組成的通信模塊完成的，其設(shè)計(jì)原理如圖３-30所示。從圖３-30中可以看出，電路主要由４部分構(gòu)成:微處理器ＡＴＭＥＧＡ81.ＣＡＮ控制器SAJ1000，CAN總線驅(qū)動(dòng)器８２Ｃ250和高速光電耦合器６Ｎ137。技能提升吉利ＥＶ450CAN總線的故障診斷及排查方法１.CAN總線的常見故障

CAN總線系統(tǒng)一般由CAN控制器、信息收發(fā)器、兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端及兩條數(shù)據(jù)傳輸總線組成。除了數(shù)據(jù)總線外，其他各元件都置于各控制單元的內(nèi)部，因此，CAN總線系統(tǒng)常見故障見３-８。技能提升2.CNA總線的故障分析CAN總線是將所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN-Ｈ(高速CAN信號(hào))和CAN-Ｌ(低速CAN信號(hào))連接在一起，實(shí)現(xiàn)信息通道共享的一種總線通信方式，其連接示意圖如圖3-32所示,由圖３-30得知，

CAN總線兩端有兩個(gè)并聯(lián)連接的終端電阻，其阻值為120Ω，因此，CAN總線線路正常時(shí)，從