動力電池的五大管理和動力電池系統(tǒng)檢測內(nèi)容(PPT課件)

1、1 New Energy Vehicles動力電池的五大管理和動力電動力電池的五大管理和動力電池系統(tǒng)檢測內(nèi)容池系統(tǒng)檢測內(nèi)容2 New Energy Vehicles 知識目標(biāo)：1、了解動力電池電量管理、均衡管理、熱管理、安全及通信管理的主要功能和基本原理；2、了解動力電池系統(tǒng)的檢測內(nèi)容和工作模式。 能力目標(biāo)：1、能闡述動力電池各項管理的基本原理；2、能簡單闡述動力電池的工作模式。 素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、查找資料、制定計劃的能力；2、培養(yǎng)學(xué)生具備從事汽車行業(yè)工作的職業(yè)素養(yǎng)。3 New Energy Vehicles教學(xué)重點：動力電池各項管理的基本原理動力電池各項管理的基本原理教學(xué)難點：

2、動力電池系統(tǒng)的檢測內(nèi)容和工作模式動力電池系統(tǒng)的檢測內(nèi)容和工作模式4 New Energy Vehicles一、動力電池的電量管理1 1、電量管理的功能、電量管理的功能 電池電量管理是電池管理的核心內(nèi)容之一，對于整個電池狀態(tài)的控制，電動車輛續(xù)駛里程的預(yù)測和估計具有重要的意義。 電池荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）是反映電池剩余電量，用于電量管理的重要參數(shù)，受到多種因素的影響， 其估算精度對于能夠電池性能和使用壽命有著至關(guān)重要的作用。5 New Energy Vehicles一、動力電池的電量管理2 2、電池、電池SOCSOC估算精度的影響因素估算精度的影響因素（1 1）充放電電

3、流）充放電電流 大電流可充放電容量低于額定容量，反之亦然。（2 2）溫度）溫度 不同溫度下電池組的容量存在著一定的變化。（3 3）電池容量衰減）電池容量衰減 電池的容量在循環(huán)過程中會逐漸減少。（4 4）自放電）自放電 自放電大小主要與環(huán)境溫度有關(guān)，具有不確定性。（5 5）一致性）一致性 電池組的一致性差別對電量的估算有重要的影響。 6 New Energy Vehicles一、動力電池的電量管理3 3、精確估計、精確估計SOCSOC的作用的作用（1 1）保護(hù)蓄電池）保護(hù)蓄電池 準(zhǔn)確控制電池SOC范圍，可避免電池過充電和過放電。（2 2）提高整車性能）提高整車性能 SOC不準(zhǔn)確，電池性能不能充分

4、發(fā)揮，整車性能降低。（3 3）降低對動力電池的要求）降低對動力電池的要求 準(zhǔn)確估算SOC，電池性能可充分使用，降低對動力電池性能的要求。（4 4）提高經(jīng)濟(jì)性）提高經(jīng)濟(jì)性 選擇較低容量的動力蓄電池組可以降低整車制造成本。 由于提高了系統(tǒng)的可靠性，后期維護(hù)成本降低。7 New Energy Vehicles一、動力電池的電量管理4 4、SOCSOC估計常用的算法估計常用的算法（1 1）開路電壓法）開路電壓法 隨著放電電流的增加，電池的開路電壓降低?？梢愿鶕?jù)一定的充放電倍率時電池組的開路電壓和SOC的對應(yīng)曲線，通過測量電池組開路電壓的大小，差值估算出電池SOC的值。8 New Energy Vehi

5、cles一、動力電池的電量管理4 4、SOCSOC估計常用的算法估計常用的算法（2 2）容量積分法）容量積分法 容量積分法是通過對單位時間內(nèi)，流入流出電池組的電流進(jìn)行累積，從而獲得電池組每一輪放電能夠放出的電量，確定電池SOC的變化。0tMMQidtSOCQ9 New Energy Vehicles一、動力電池的電量管理4 4、SOCSOC估計常用的算法估計常用的算法（3 3）電池內(nèi)阻法）電池內(nèi)阻法 電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻（常稱交流阻抗）和直流內(nèi)阻之分，它們都與SOC有密切關(guān)系。準(zhǔn)確測量電池單體內(nèi)阻比較困難，這是直流內(nèi)阻法的缺點。在某些電池管理系統(tǒng)中，內(nèi)阻法與Ah計量法組合使用來提高SOC估算的精

6、度。10 New Energy Vehicles一、動力電池的電量管理4 4、SOCSOC估計常用的算法估計常用的算法（4 4）模糊邏輯推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法）模糊邏輯推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法u模糊邏輯接近人的形象思維方式，擅長定性分析和推理，具有較強(qiáng)的自然語言處理能力；u神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用分布式存儲信息，具有很好的自組織、自學(xué)習(xí)能力。u共同的特點：均采用并行處理結(jié)構(gòu)，可從系統(tǒng)的輸入、輸出樣本中獲得系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系。u神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法適用于各種電池，其缺點是需要大量的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，估計誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響很大。11 New Energy Vehicles一、動力電池的電量管理4 4、SOCSOC估計常用的

7、算法估計常用的算法（5 5）卡爾曼濾波法）卡爾曼濾波法 核心思想：對動力系統(tǒng)的狀態(tài)做出最小方差意義上的最優(yōu)估算。 適用于各種電池，不僅給出了SOC的估計值，還給出了SOC的估計誤差。 缺點：要求電池SOC估計精度越高，電池模型越復(fù)雜，涉及大量矩陣運算，工程上難以實現(xiàn) 該方法對于溫度、自放電率以及放電倍率對容量的影響考慮的不夠全面。12 New Energy Vehicles二、動力電池的均衡管理1 1、均衡管理的目的、均衡管理的目的 為了平衡電池組中單體電池的容量和能量差異，提高電池組的能量利用率。2 2、均衡管理的方式、均衡管理的方式 根據(jù)均衡過程中對所傳遞能量處理方式不同，可以分為能量耗散

8、型均衡和非能量耗散型，又稱之為被動均衡和主動均衡。 能量耗散型均衡主要通過讓電池組內(nèi)能量較高的電池，利用其旁路電阻進(jìn)行放電的方式損耗部分能量，以期達(dá)到電池組能量狀態(tài)的一致，這種均衡結(jié)構(gòu)是以損耗電池組能量為代價。 非能量耗散式均衡是利用儲能元件和均衡旁路構(gòu)建能量傳遞通道，將其從能量較高的電池直接或間接轉(zhuǎn)移到能量較低的電池。 13 New Energy Vehicles二、動力電池的均衡管理2 2、均衡管理的方式、均衡管理的方式（1 1）能量耗散型均衡）能量耗散型均衡 通過單體電池的并聯(lián)電阻進(jìn)行充電分流從而實現(xiàn)均衡。 電路結(jié)構(gòu)簡單，均衡過程一般在充電過程中完成。 由于均衡電阻在分流的過程中，不僅消

9、耗了能量，而且還會由于電阻的發(fā)熱引起電路的熱管理問題。 只適合在靜態(tài)均衡中使用，其高溫升等特點降低了系統(tǒng)的可靠性，不適用于動態(tài)均衡。 僅適合于小型電池組或者容量較小的電池組。14 New Energy Vehicles二、動力電池的均衡管理2 2、均衡管理的方式、均衡管理的方式（1 1）能量耗散型均衡）能量耗散型均衡 恒定分流電阻均衡充電電路恒定分流電阻均衡充電電路每個電池單體上都始終并聯(lián)一個分流電阻?？煽啃愿撸至麟娮璧闹荡?，通過固定分流來減小由于自放電導(dǎo)致的單體電池差異。無論電池充電還是放電過程，分流電阻始終消耗功率，能量損失大。一般在能夠及時補(bǔ)充能量的場合適用。15 New Energy

10、 Vehicles二、動力電池的均衡管理2 2、均衡管理的方式、均衡管理的方式（1 1）能量耗散型均衡）能量耗散型均衡 開關(guān)控制分流電阻均衡充電電路開關(guān)控制分流電阻均衡充電電路工作在充電期間，可以對充電時單體電池電壓偏高者進(jìn)行分流，分流電阻通過開關(guān)控制。當(dāng)單體電池電壓達(dá)到截止電壓時，阻止其過充并將多余的能量轉(zhuǎn)化成熱能。由于均衡時間的限制，導(dǎo)致分流時產(chǎn)生的大量熱量需要及時通過熱管理系統(tǒng)耗散，尤其在容量比較大的電池組中更加明顯。16 New Energy Vehicles二、動力電池的均衡管理2 2、均衡管理的方式、均衡管理的方式（2 2）非能量耗散型均衡）非能量耗散型均衡 能量轉(zhuǎn)換式均衡能量轉(zhuǎn)換

11、式均衡 通過開關(guān)信號，將電池組整體能量對單體電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，或者將單體電池能量向整體電池組進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。17 New Energy Vehicles二、動力電池的均衡管理2 2、均衡管理的方式、均衡管理的方式（2 2）非能量耗散型均衡）非能量耗散型均衡 能量轉(zhuǎn)移式均衡能量轉(zhuǎn)移式均衡 利用電感或電容等儲能元件，把電池組中容量高的單體電池，通過儲能元件轉(zhuǎn)移到容量比較低的電池上。18 New Energy Vehicles三、動力電池的熱管理 電動汽車自燃事件頻出，在電池方面的原因主要與電池管理系統(tǒng)的熱管理有關(guān)。 由于過高或過低的溫度都將直接影響動力電池的使用壽命和性能，并有可能導(dǎo)致電池系統(tǒng)的安全

12、問題，并且電池箱內(nèi)溫度場的長久不均勻分布將造成各電池模塊、單體間性能的不均衡，因此電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對于電動車輛動力電池系統(tǒng)而言是必需的?？煽?、高效的熱管理系統(tǒng)對于電動車輛的可靠安全應(yīng)用意義重大。19 New Energy Vehicles三、動力電池的熱管理1 1、動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能、動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能（1）電池溫度的準(zhǔn)確測量和監(jiān)控；（2）電池組溫度過高時的有效散熱和通風(fēng)；（3）低溫條件下的快速加熱；（4）有害氣體產(chǎn)生時的有效通風(fēng)；（5）保證電池組溫度場的均勻分布20 New Energy Vehicles三、動力電池的熱管理2 2、電池內(nèi)傳熱的基本方式、電池內(nèi)傳熱的基本方式（1 1

13、）熱傳導(dǎo)）熱傳導(dǎo) 指物質(zhì)與物體直接接觸而產(chǎn)生的熱傳遞。電池內(nèi)部的電極、電解液、集流體等都是熱傳導(dǎo)介質(zhì)。（2 2）對流換熱）對流換熱 電池表面的熱量通過環(huán)境介質(zhì)（一般為流體）的流動交換熱量，和溫差成正比。（3 3）輻射換熱）輻射換熱 主要發(fā)生在電池表面，與電池表面材料的性質(zhì)相關(guān)。21 New Energy Vehicles三、動力電池的熱管理3 3、電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)、電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn) 按照傳熱介質(zhì)，電池組熱管理系統(tǒng)分為空冷空冷、液冷液冷和相變材料冷卻相變材料冷卻。目前常用的是空氣冷卻，又有串行通風(fēng)方式和并行通風(fēng)。22 New Energy Vehicles三、動力電池的熱管理3

14、3、電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)、電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn) 按照是否有內(nèi)部加熱或制冷裝置可分為被動式被動式和主動式主動式兩種。被動加熱與散熱-外部空氣流通被動加熱與散熱-內(nèi)部空氣流通主動加熱與散熱-外部和內(nèi)部空氣流通23 New Energy Vehicles四、動力電池的安全管理 電動車輛動力電池系統(tǒng)電壓常用的有288V、336V、384V以及544V等，大大超過了人體可以承受的安全電壓，因此電池系統(tǒng)電氣絕緣性能是安全管理的重要內(nèi)容，絕緣性能的好壞不僅關(guān)系到電氣設(shè)備和系統(tǒng)能否正常工作，更重要的是關(guān)系到人的生命財產(chǎn)安全。1 1、安全管理的功能、安全管理的功能 主要包括煙霧報警、絕緣檢測、自動滅火、

15、過電壓和過電流控制、過放電控制、防止溫度過高、在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池等功能。24 New Energy Vehicles四、動力電池的安全管理2 2、煙霧報警、煙霧報警 在車輛行駛過程中由于路況復(fù)雜及電池本身的工藝問題，可能由于過熱、擠壓和碰撞等原因而導(dǎo)致電池出現(xiàn)冒煙或著火等極端惡劣的事故，若不能即使發(fā)現(xiàn)并得到有效處理，勢必導(dǎo)致事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，對周圍電池、車輛以及車上人員構(gòu)成威脅，嚴(yán)重影響帶車輛運行的安全性。動力電池管理系統(tǒng)中煙霧報警的報警裝置應(yīng)安裝于駕駛員控制臺，在接收到報警信號時，迅速發(fā)出聲光報警和故障定位，保證駕駛員能夠及時發(fā)現(xiàn)，能接收報警器發(fā)出的報警信號。 由于煙霧的種類繁多，一

16、種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。在動力電池上應(yīng)用，需要在了解電池燃燒產(chǎn)生的煙霧構(gòu)成的基礎(chǔ)上進(jìn)行傳感器的選擇。一般電池燃燒產(chǎn)生大量的CO和CO2，因此可以選擇對這兩種氣體敏感的傳感器。在傳感器的結(jié)構(gòu)上需要適應(yīng)于車輛長期應(yīng)用的振動工況，防止由于路面灰塵、振動引起的傳感器誤動作。25 New Energy Vehicles四、動力電池的安全管理3 3、絕緣檢測方法、絕緣檢測方法（1 1）漏電直測法）漏電直測法 將萬用表打到電流檔，串在電池組正極與設(shè)備外殼（或者地）之間， 可檢測到電池組負(fù)極對殼體之間的漏電流 將萬用表打到電流檔，串在電池組負(fù)極與殼體之間

17、檢測電池組正極對殼體之間的漏電流。 該方法簡單易行，在現(xiàn)場故障檢測、車輛例行檢查中常用。26 New Energy Vehicles四、動力電池的安全管理3 3、絕緣檢測方法、絕緣檢測方法（2 2）電流傳感法）電流傳感法 將電池系統(tǒng)的正極和負(fù)極動力總線一起同方向穿過電流傳感器，當(dāng)沒有漏電流時，從正極流出的電流等于返回到電源負(fù)極的電流，因此，穿過電流傳感器的電流為零，電流傳感器輸出電壓為零，當(dāng)發(fā)生漏電現(xiàn)象時，電流傳感器的輸出電壓不為零。根據(jù)該電壓的正負(fù)可以進(jìn)一步判斷該漏電電流是來自于電源正極還是負(fù)極。 應(yīng)用這種檢測方法的前提是待測動力電池組必須處于工作狀態(tài)，要有工作電流的流入和流出，它無法在系統(tǒng)

18、空載的情況下評價電池系統(tǒng)對地的絕緣性能。27 New Energy Vehicles四、動力電池的安全管理3 3、絕緣檢測方法、絕緣檢測方法（3 3）絕緣電阻表測量法）絕緣電阻表測量法 絕緣電阻表俗稱兆歐表，它的刻度是以絕緣電阻為單位的，是電工常用的一種測量儀表。 用絕緣電阻表可直接測量絕緣電阻的阻值。28 New Energy Vehicles五、動力電池的數(shù)據(jù)通信 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。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。CAN通

19、信方式是現(xiàn)階段電池管理系統(tǒng)通信應(yīng)用的主流。BJ6123C7C4D純電動客車電池管理系統(tǒng)通信方式示意圖29 New Energy Vehicles五、動力電池的數(shù)據(jù)通信動力電池管理系統(tǒng)與外部系統(tǒng)CAN通訊關(guān)系框圖30 New Energy Vehicles六、動力電池系統(tǒng)檢測1 1、電壓檢測、電壓檢測 電芯電壓檢測用電阻陣列取電芯電壓值，每個電芯的正極和負(fù)極引出檢測線，連接到電阻陣列對應(yīng)的電阻前，由控制板上的測量電路按順序接通檢測電阻，這樣在檢測電阻上就可以取出某個電芯的電壓值，控制板上的測量電路把檢測到的每個電芯的電壓值比較、運算、判斷，看看電芯一致性是否符合要求。放電時單個電芯達(dá)到放點截止電

20、壓，停止放電。充電時單個電芯達(dá)到充電截止電壓，停止充電。 電芯電壓檢測接點31 New Energy Vehicles六、動力電池系統(tǒng)檢測2 2、溫度檢測、溫度檢測 電池溫度檢測一般在電池模組上安置溫度傳感器檢查，溫度傳感器安置在模組的接線柱附近，溫度傳感器的測量引線分別送到從控盒的接插件對應(yīng)PIN腳上，由從控盒內(nèi)電路測量處理，并經(jīng)內(nèi)部CAN線送到主控盒電路上處理。32 New Energy Vehicles六、動力電池系統(tǒng)檢測3 3、動力電池對外高壓上下電過程控制、動力電池對外高壓上下電過程控制 動力電池對外部負(fù)載上電指令一般是司機(jī)啟動車輛，鑰匙置ON位；動力電池負(fù)極繼電器閉合；全車高壓系統(tǒng)

21、各個控制器初始化、自檢，完成后CAN線通報；動力電池對內(nèi)部電芯電壓和溫度檢查合格、母線絕緣檢測合格；動力電池主控盒接通預(yù)充繼電器（預(yù)充繼電器與預(yù)充電阻串聯(lián)，然后與正極繼電器并聯(lián)）；動力電池為外部負(fù)載所有電容器充電，當(dāng)充電電壓與動力電池電壓差值小于5V時認(rèn)為預(yù)充結(jié)束；控制閉合主正繼電器，對外負(fù)載上電；主正閉合10mS后，預(yù)充繼電器斷開；儀表屏幕顯示READY，上電結(jié)束。當(dāng)啟動鑰匙置Off檔位，動力電池主控盒控制主正繼電器和主負(fù)繼電器斷開，全車高壓下電。在高壓上電后如果發(fā)生重要故障，主控盒也會斷開主正和主負(fù)繼電器。33 New Energy Vehicles六、動力電池系統(tǒng)檢測3 3、動力電池對外

22、高壓上下電過程控制、動力電池對外高壓上下電過程控制動力電池上下電過程原理圖34 New Energy Vehicles六、動力電池系統(tǒng)檢測4 4、高壓回路絕緣狀況檢測、高壓回路絕緣狀況檢測 高壓回路絕緣狀況檢測點，設(shè)置在正極母線和負(fù)極母線繼電器主觸點處。動力電池金屬底殼與車身搭鐵良好。通過檢測高圧回路正負(fù)母線對車輛底盤的絕緣電阻來反映高壓電氣系統(tǒng)的絕緣性能。 絕緣電阻是反映電池用電安全的重要方面，根據(jù)人體所能承受的電壓范圍，當(dāng)監(jiān)測到絕緣電阻小于500/V時，電池管理系統(tǒng)即對駕乘人員做出安全警告或做出切斷高壓繼電器動作。35 New Energy Vehicles六、動力電池系統(tǒng)檢測5 5、動力

23、電池母線電流檢測、動力電池母線電流檢測 動力電池母線電流檢測一般有兩種方法，一種是在電池高壓回路串聯(lián)檢測電流傳感器；另一種是用霍爾電流傳感器套在高壓母線上；檢測的電流信號送到控制盒。串聯(lián)在主回路內(nèi)的電流傳感器套裝在母線上的霍爾電流傳感器36 New Energy Vehicles七、動力電池管理系統(tǒng)的工作模式1 1、下電模式、下電模式 在下電模式下，動力電池管理系統(tǒng)控制的所有高壓繼電器均處于斷開狀態(tài)；低壓控制電源處于不供電的狀態(tài)，只有動力電池內(nèi)部控制器的低壓常供電有靜態(tài)維持電流。2 2、準(zhǔn)備模式、準(zhǔn)備模式 準(zhǔn)備模式時，系統(tǒng)所有的接觸器均處于未吸合狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)接受外界啟動鑰匙ON檔信號、整車控制器、電機(jī)控制器、充電插頭開關(guān)等部件發(fā)出的硬線信號或受CAN報文控制的低壓信號后，動力電池管理系統(tǒng)的控制初始化、自檢完成后電池管理系統(tǒng)進(jìn)入下一步上電模式。37 New Energy Vehicles七、動力