車用磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)

車用磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)的構(gòu)成及使用中聚電池研究院劉風(fēng)磊2012-09-05電動(dòng)汽車的概述電動(dòng)汽車是與燃油汽車相對(duì)應(yīng)的，1881年就出現(xiàn)了電動(dòng)汽車。在20世紀(jì)20年代達(dá)到了鼎盛時(shí)期，然而在燃油汽車出現(xiàn)后電動(dòng)汽車無(wú)論在整車質(zhì)量、動(dòng)力性能、行駛里程、機(jī)動(dòng)性和靈活性方面愈來(lái)愈落后于燃油汽車。

在全球溫室效應(yīng)與能源問題逐漸受到各國(guó)政府的重視下，主要國(guó)家之污染法規(guī)漸趨嚴(yán)格，因此對(duì)低污染車輛之需求勢(shì)必增加。隨著各種高性能蓄電池和高效率電機(jī)不斷地出項(xiàng)，使人們把目光又轉(zhuǎn)向了零污染或超低污染排放的電動(dòng)汽車。從20世紀(jì)70年代起，新一代電動(dòng)汽車脫穎而出，出現(xiàn)了各種高性能的電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車的概述電動(dòng)汽車是至少以一種動(dòng)力源為車載電源，全部或部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，符合道路交通安全法規(guī)的汽車。它因車載動(dòng)力系統(tǒng)不同可分為三類：以車載燃料電池為動(dòng)力的燃料電池電動(dòng)汽車（FuelCellElectricVehicle--FCEV）；以車載蓄電池為動(dòng)力的蓄電池電動(dòng)汽車（ElectricVehicle--EV），亦稱之為純電動(dòng)汽車；以車載多能源為動(dòng)力的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HybridElectricVehicle--HEV），其動(dòng)力來(lái)自2個(gè)或2個(gè)以上能源，如蓄電池，超級(jí)電容，內(nèi)燃機(jī)等電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的全球兩大突出問題日益嚴(yán)重，特別是隨電動(dòng)汽車自身難點(diǎn)不斷解決，使電動(dòng)汽車具有更多突出特點(diǎn)。

(1)行駛過程中不排放污染大氣的有害氣體對(duì)環(huán)境無(wú)污染

(2)節(jié)能及能源多樣化，由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力、光、熱等，解除人們對(duì)石油資源日見枯竭的擔(dān)心

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維護(hù)使用方便，電動(dòng)汽車自動(dòng)擋的擋位一般只有停止、前進(jìn)、后退三個(gè)，操控性比普通汽車還要好，運(yùn)轉(zhuǎn)傳動(dòng)部件相較對(duì)少，無(wú)需更換機(jī)油、油泵、消聲裝置等，也無(wú)需添加冷卻水

(4)電動(dòng)汽車還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟(jì)效益電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)

雖然電動(dòng)汽車有很多優(yōu)點(diǎn)，但是目前還有一些缺點(diǎn)制約著電動(dòng)汽車的發(fā)展(1)續(xù)航力不足,每次充電后行駛距離約150公里,是汽油車的1/3(2)電池壽命的效益比太差,目前電池價(jià)格還比較高,故購(gòu)買價(jià)格較貴(3)存在安全性問題，頻發(fā)的電動(dòng)汽車事故讓人非常害怕(4)充電問題,無(wú)法快速充電，每次充電時(shí)間從1.5小時(shí)-8小時(shí),使用非常不方便安凱純電動(dòng)大巴車（538V500Ah）電動(dòng)汽車實(shí)例：JAC純電動(dòng)轎車（304V50Ah）電動(dòng)汽車實(shí)例：純電動(dòng)汽車組成

純電動(dòng)汽車是一種最好的零污染的車輛，它有極低的噪聲和振動(dòng)，操作性能好等特點(diǎn)，是當(dāng)前開發(fā)和研制取代燃油汽車的首選車型。純電動(dòng)汽車的基本組成部分：

(1)電池組（車載電源）

(2)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

(3)控制技術(shù)

(4)車身及底盤

(5)安全保護(hù)系統(tǒng)純電動(dòng)大巴示意圖純電動(dòng)汽車組成電池組組成關(guān)鍵部件：電芯管理系統(tǒng)（BMS）電池箱充電機(jī)輔助部件：

接插件、環(huán)氧板、電池箱串聯(lián)線、加熱系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、警示標(biāo)簽、螺釘、螺母等電池組系統(tǒng)組成示意圖純電動(dòng)汽車組成電池組關(guān)鍵部件-----電芯單體電芯規(guī)格：IFP186516403.2V10Ah電池模塊：由單體電芯按照一定的規(guī)則或要求并聯(lián)組合而成，通常為3.2VxxxAh。合肥公交：3.2V500Ah（單體電芯48并組成）同悅轎車：3.2V50Ah（單體電芯5并組成）電池組：由電池模塊按照一定的規(guī)則或要求串聯(lián)組合而成，通常為xxxVxxxAh，并配備一定數(shù)量的管理系統(tǒng)和電池箱，以滿足使用的要求。合肥公交：538V500Ah（電池模塊168串組成，共計(jì)13個(gè)電池箱，管理系統(tǒng)為1主13從）同悅轎車：304V50Ah（電池模塊95串組成，共計(jì)2個(gè)電池箱，管理系統(tǒng)為1主2從）電芯組裝過程電芯篩選電芯組裝模塊裝箱組裝完成模塊吹膜模塊焊接電池組關(guān)鍵部件-----電芯電池組關(guān)鍵部件-----電芯電芯存在的問題：電芯脹氣電芯脹氣在外觀上直接體現(xiàn)為體積增大，側(cè)面鼓包等現(xiàn)象。在性能上直接體現(xiàn)為內(nèi)阻增大，容量減少等。電芯漏液電芯漏液在外觀上直接體現(xiàn)為電芯表面有液體流出或電芯外殼上有被腐蝕過痕跡。在性能上直接體現(xiàn)為內(nèi)阻增大，容量減少或?yàn)?，電壓偏低或?yàn)?電壓。電池組關(guān)鍵部件-----電芯電芯存在的問題（續(xù)）：電芯自放率過高電芯自放率過高在外觀上無(wú)法體現(xiàn)，需借助容量測(cè)試儀、萬(wàn)用表等工具進(jìn)行測(cè)試。在電池組中如果某一單體電芯自放率過高在儲(chǔ)存一段時(shí)間后將導(dǎo)致該電池組容量不能完全發(fā)揮，在放點(diǎn)結(jié)束后該電芯電壓明顯低于其他電芯電壓。電芯內(nèi)阻過大電池組中某一電芯內(nèi)阻過大會(huì)導(dǎo)致電池組容量不能完全發(fā)揮，循環(huán)容量衰減快等現(xiàn)象。電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）按功能分類：保護(hù)板和管理系統(tǒng)保護(hù)板簡(jiǎn)介保護(hù)板通常用于72V以下電池系統(tǒng)，其功能簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，造價(jià)低廉，可滿足電池組基本用途要求。其功能主要有：過充保護(hù)；過放保護(hù)；過流保護(hù)；短路保護(hù)等；保護(hù)板主要用途：電動(dòng)工具電池組；電動(dòng)自行車電池組；電動(dòng)摩托車電池組；航模、小型備用電源等。電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介管理系統(tǒng)通常用于72V以上電池系統(tǒng)，其功能復(fù)雜，成本較高，可滿足電池組較高用途要求。其功能主要有：?jiǎn)误w電壓檢測(cè)；溫度檢測(cè)；電流檢測(cè)；SOC計(jì)算；

溫度檢測(cè)；絕緣檢測(cè)電池組故障狀態(tài)診斷，可以通過通信系統(tǒng)把電池組信息實(shí)時(shí)傳給整車控制器來(lái)控制整車運(yùn)行狀態(tài)等。管理系統(tǒng)主要用途：電動(dòng)汽車電池組；儲(chǔ)能電站電池組等。實(shí)例：JAC純電動(dòng)轎車管理系統(tǒng)功能及技術(shù)參數(shù)要求BMS電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）實(shí)例：JAC純電動(dòng)轎車管理系統(tǒng)功能及技術(shù)參數(shù)要求電池管理系統(tǒng)功能（1） 單體電池電壓的檢測(cè)（2） 電池溫度的檢測(cè)（3） 電池組工作電流的檢測(cè)（4） 絕緣檢測(cè)（5） 熱管理（6） 電池組SOC的估算（7） 電池故障分析與在線報(bào)警（8） 與車載設(shè)備通信（9） 單體電池均衡功能（此功能不需要）（10）接觸器控制（11）充電管理（12）故障數(shù)據(jù)記錄電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）控制策略（1）絕緣失效保護(hù)

BMS檢測(cè)到絕緣電阻大于100?/V且小于500?/V，BMS報(bào)警；當(dāng)檢測(cè)到絕緣電阻小于100?/V，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器！（2）單體欠壓保護(hù)當(dāng)電池組單體電壓值低于2.5V以下，BMS報(bào)警；當(dāng)單體電壓低于2.0V后，BMS報(bào)警，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)，延時(shí)100ms,切斷所有高壓接觸器！電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）（3）單體過壓保護(hù)當(dāng)電池組單體電壓值上升到3.65V，BMS報(bào)警，以1A為步長(zhǎng)降電流到3A時(shí)，控制關(guān)斷車載充電器，當(dāng)單體電壓上升到3.8V，切斷充電高壓接觸器?。?）電池組欠壓保護(hù)當(dāng)電池組電壓值降到237V，BMS報(bào)警，當(dāng)電池組電壓降到218V，BMS報(bào)警，3S內(nèi)關(guān)斷電機(jī)，延時(shí)100ms,切斷所有高壓接觸器?。?）電池組過壓保護(hù)當(dāng)電池組電壓值上升到332V，BMS報(bào)警，當(dāng)電池組電壓上升到342V時(shí)，立即切斷所有高壓接觸器！電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）（6）電池組低溫保護(hù)當(dāng)電池組某點(diǎn)溫度低-10℃，BMS報(bào)警；當(dāng)溫度低于-20℃時(shí)，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器?。?）電池組高溫保護(hù)當(dāng)電池組某點(diǎn)溫度高于50℃，BMS報(bào)警，當(dāng)溫度高于55℃，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器?。?）放電過流保護(hù)當(dāng)電池組放電電流超過200A，BMS報(bào)警，當(dāng)電流超過280A，3S內(nèi)控制關(guān)斷電機(jī)或者控制切斷車載充電器，延時(shí)100ms然后切斷相應(yīng)高壓回路接觸器！（9）充電過流保護(hù)當(dāng)電池組充電電流超過8A，BMS報(bào)警，當(dāng)電流超過10A，切斷充電高壓繼電器！電池組關(guān)鍵部件-----管理系統(tǒng)（BMS）電池系統(tǒng)內(nèi)電池箱的設(shè)計(jì)主要依據(jù)車身空間大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，在保證電池組總?cè)萘亢涂傠妷簼M足要求的情況下對(duì)電池箱進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，分解。電池箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)安全可靠（2）箱體水塵防護(hù)能力（3）熱管理的處理（4）絕緣的防護(hù)JAC純電動(dòng)轎車電池組由兩個(gè)電池箱串聯(lián)組成！電池組關(guān)鍵部件-----電池箱電動(dòng)汽車用電池組充電機(jī)按用途可分為：車載充電機(jī)；地面充電機(jī)；（充電樁也屬于地面充電機(jī)）車載充電機(jī)簡(jiǎn)介

車載充電機(jī)為保證尺寸、質(zhì)量較小，通常選用