車用鋰離子電池系2ppt課件

車用鋰離子電池系統(tǒng),報(bào)告人姓名：石磊,目錄,1.車用鋰離子電池系統(tǒng)簡介2.電芯及電池組3.電池管理系統(tǒng)BMS4.電池安全及高壓電4.1.電池安全4.2.高壓互鎖回路HVIL4.3.絕緣電阻測量4.4.碰撞安全5.電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)6.電池系統(tǒng)外形設(shè)計(jì)及布置7.參考文獻(xiàn),1.車用鋰離子電池系統(tǒng)的組成,車用鋰離子電池系統(tǒng)一般由電芯及電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、高壓電安全系統(tǒng)(直流接觸器、熔斷器、預(yù)充電電阻)、冷卻系統(tǒng)和檢測單元(電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器)等組成，如圖1所示。,2.電芯及電池組,一個典型的鋰離子電芯主要包括正極片、負(fù)極片、正負(fù)極集流體、隔膜紙、外殼及密封圈、蓋板等，常用電芯形狀主要有圓柱形和方形。為了滿足整個電池系統(tǒng)的電壓、能量和功率要求，電池組一般是由若干個電芯按照串聯(lián)或并聯(lián)的方式組合起來，每個電芯之間由導(dǎo)線連接，同時，為了對電芯的溫度、電流、電壓、荷電狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，又可以把電池組分成若干個模塊，各電芯和模塊之間以一定方式科學(xué)合理組合，保證整個電池組的電性能、熱平衡和散熱要求。,3.電池管理系統(tǒng)BMS,電池管理系統(tǒng)用來監(jiān)控和保護(hù)電池的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)該能精確檢測電池的參數(shù)，包括：單體電壓、模塊電壓、電流、溫度。利用電池模塊和電池系統(tǒng)的信息計(jì)算并報(bào)告荷電狀態(tài)，壽命狀態(tài)，當(dāng)前可用充放電功率，并執(zhí)行對接觸器的控制。BMS系統(tǒng)由BMU(BatteryModuleUnit),CSC(CellSupervisingCircuit)、接觸器、預(yù)充電電阻、保險(xiǎn)絲、電壓傳感器溫度傳感器，以及電流傳感器等模塊組成。,在BMS中,CSC主要功能有:,(1)單體/模塊電壓采集:一個模塊由若干個電池單體串并聯(lián)組成，并由一個CSC監(jiān)控,每個CSC采集模塊內(nèi)各個單體的電壓和整個模塊的電壓;(2)模塊內(nèi)平衡:CSC根據(jù)判斷模塊內(nèi)各個單體的電壓，通常是通過電阻放電的形式，消除模塊間容量的差異;(3)電池模塊溫度檢測:CSC測量若干點(diǎn)模塊內(nèi)電池的溫度;(4)控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)通信:CSC將采集到的數(shù)據(jù)上傳給BMU。,BMU主要功能有:,(1)系統(tǒng)電壓測量:BMU采集整個系統(tǒng)的總電壓;(2)電流測量:BMU采集整個系統(tǒng)的電流,通常通過分流器或者霍爾器件;(3)絕緣檢測:BMU測量電池組對車身地之間的絕緣電阻,可通過三電壓法等方式;(4)可充放電功率計(jì)算:BMU通過不同SOC,溫度來計(jì)算當(dāng)前整車可以放電和充電的功率;(5)故障保護(hù):過電流、過壓、欠壓、過溫、單通知給整車管理系統(tǒng),請求降功率運(yùn)行或關(guān)斷充放電回路;,(6)預(yù)充電:BMU在閉合高壓接觸器時,先對高壓母線預(yù)充電;(7)模塊間平衡:BMU通過命令控制CSC,來補(bǔ)償不同模塊間的容量差異;(8)熱管理:BMU通過電池溫度,實(shí)現(xiàn)對散熱裝置的控制(如風(fēng)冷,控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速);(9)通訊功能:BMU采用CAN總線的方式分別與子系統(tǒng)模塊、VMS整車管理系統(tǒng)及充電器進(jìn)行通訊;(10)充電器控制:BMU控制充電器的輸出,并監(jiān)測整個充電過程。,4.電池安全及高壓電,4.1.電池安全對于車用鋰離子電池,國標(biāo)和美國先進(jìn)電池協(xié)會有嚴(yán)格的濫用性能測試要求及測試項(xiàng)目。濫用測試性能等級要求從1到7級,當(dāng)?shù)燃壌笥?級,電池即遭到了不可修復(fù)的損壞。如果車用鋰離子電池系統(tǒng)使用不當(dāng),如過充、過放、過熱、碰撞等條件下可能產(chǎn)生以下安全隱患:(1)內(nèi)部短路;(2)產(chǎn)生大電流;(3)氣體排放;(4)燃燒發(fā)生爆炸。如圖3所示。,因此在設(shè)計(jì)車用鋰離子動力電池系統(tǒng)時，應(yīng)從電池材料、電芯的設(shè)計(jì)和制造、電池系統(tǒng)的安全功能、整車安全功能等不同層面進(jìn)行研究和分析，確保其在車上的安全使用。,4.2.高壓互鎖回路HVIL,車用鋰離子電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,電池管理系統(tǒng)要提供一個手動開關(guān),手動開關(guān)內(nèi)部集成主回路的保險(xiǎn)絲及主回路的高壓互鎖電路。當(dāng)手動開關(guān)從電池系統(tǒng)中拔出,此時要保證電池系統(tǒng)的輸出端沒有任何潛在的危險(xiǎn)電壓。電池管理系統(tǒng)同時要為充電器提供另一個高壓互鎖電路。電池管理系統(tǒng)要實(shí)時監(jiān)控高壓動力母線以及充電器的高壓互鎖電路,電池管理系統(tǒng)提供高壓互鎖電路的輸出源,同時在CAN網(wǎng)絡(luò)上給出當(dāng)前的高壓互鎖電路的監(jiān)控信息。所有的高壓部件都應(yīng)提供高壓互鎖的連接裝置,這些高壓互鎖連接裝置通過串行方式進(jìn)行連接。,4.3.絕緣電阻測量,電池管理系統(tǒng)要實(shí)時測量高壓動力母線正負(fù)極和車身的絕緣電阻狀態(tài)，并通過CAN總線上報(bào)當(dāng)前的絕緣電阻值。如果當(dāng)前測量的絕緣電阻值小于設(shè)定值，如對于最高電壓400V左右的系統(tǒng)，絕緣電阻為400KW時，電池管理系統(tǒng)要給出報(bào)警信號，如果當(dāng)前測量的絕緣電阻值小于設(shè)定值，如200KW,電池管理系統(tǒng)要給出危險(xiǎn)信號并切斷所有的主接觸器。,4.4.碰撞安全,車輛在行使過程中，碰撞是不可避免的。出于安全考慮，電池系統(tǒng)主回路上必須安裝碰撞開關(guān)，且要求車用鋰離子電池管理系統(tǒng)的正極、負(fù)極主接觸器及預(yù)充電接觸器的電源由碰撞開關(guān)提供。同時，電池管理系統(tǒng)需要控制正極、負(fù)極主接觸器及預(yù)充電接觸器的電源負(fù)極。當(dāng)碰撞開關(guān)斷開后，正極、負(fù)極主接觸器及預(yù)充電接觸器的電源會被切斷。,5.電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),根據(jù)不同的油電混合程度以及純電動續(xù)駛里程,車用鋰離子電池系統(tǒng)無論是功率、能量還是體積、重量都有所不同。當(dāng)車輛在不同運(yùn)行工況下,電池系統(tǒng)由于其自身有一定的內(nèi)阻,在輸出功率、電能的同時產(chǎn)生一定的熱量,使電池溫度升高,當(dāng)電池溫度超出其正常工作溫度區(qū)間時,必須限功率工作,否則會影響電池的壽命。為了保證電池系統(tǒng)的電性能和壽命,車用鋰電池系統(tǒng)都必須具有熱管理系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)時,一般的要求有:,(1)電池滿功率工作的溫度區(qū)間定義,電池降功率工作區(qū)間定義;(2)電池低溫啟動性能要求;(3)電池隔熱功能;(4)電池主動制冷和主動制熱功能;(5)制冷和制熱方案,如風(fēng)冷或液冷。風(fēng)冷方案設(shè)計(jì)主要考慮電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，風(fēng)道，風(fēng)扇的位置及功率的選擇，風(fēng)扇的控制策略等。液冷方案設(shè)計(jì)主要考慮冷卻管道，流場，進(jìn)出口冷卻劑的流量、溫度、壓降。水泵及整車空調(diào)壓縮機(jī)的控制策略等。,6.電池系統(tǒng)外形設(shè)