新能源汽車電池及管理系統(tǒng)檢修 課件 項目三 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ＥＶ模式，如下圖所示，儀表報“請檢查動力系統(tǒng)”。ＢＭＳ存在故障碼:Ｐ１Ａ３Ｄ００(負極接觸器回檢故障)，儀表顯示“請檢查動力系統(tǒng)”。２.原因分析ＢＭＳ系統(tǒng)存在故障碼內容：①因車輛提示動力系統(tǒng)故障，且ＢＭＳ存在故障碼Ｐ1Ａ3Ｄ00，首先對ＢＭＳ負極接觸器電源、控制電路進行檢查。②檢查ＢＭＳ負極接觸器Ｆ腳電源供給正常(ｋ161母端)。③進一步排查發(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。情景導入任務一

動力蓄電池管理系統(tǒng)故障診斷項目描述學習目標

電池管理系統(tǒng)(ＢＭＳ)，通常被業(yè)內稱為新能源汽車電池的“大腦”，是電動汽車動力蓄電池系統(tǒng)的重要組成部分，與動力蓄電池組、整車控制系統(tǒng)共同構成新能源汽車的三大核心技術，BMS對電池進行監(jiān)控和管理的系統(tǒng)，通過對電壓、電流、溫度以及SOC等參數(shù)采集、計算，進而控制電池的充放電過程，實現(xiàn)對電池的保護，提升電池綜合性能的管理系統(tǒng)，是連接車載動力蓄電池和電動汽車的重要紐帶，本任務主要介紹動力蓄電池管理系統(tǒng)的結構及原理。理論知識一、動力蓄電池管理系統(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各個電池模組，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。動力蓄電池組內的BMS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)BMS中設定的閾值判定電池系統(tǒng)工作是否正常，并對故障實時監(jiān)控，動力蓄電池系統(tǒng)通過BMS使用CAN與整車控制器或充電機之間進行通信，對動力蓄電池系統(tǒng)進行充放電等綜合管理，見表３-１。二、電池管理系統(tǒng)的結構１.BMS硬件構架BMS硬件構架如圖３-１所示。

(１)ＢＭＳ硬件的拓撲結構0103(３)通信方式02(２)功能04(４)結構２.BMS軟件構架軟件架構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

動力蓄電池系統(tǒng)整體工作原理是將動力蓄電池模組放置在一個密封并且屏蔽的動力蓄電池箱面，動力蓄電池系統(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控制器轉變?yōu)槿嘟涣鞲邏弘?，驅動電機工作，系統(tǒng)內的BMS實時采集各電芯的電壓、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)，實時監(jiān)控動力蓄電池的工作狀態(tài)，并通過CAN線與VCU或充電機之間進行通信、對動力蓄電池系統(tǒng)充放電等進行綜合管理。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)和安全防護系統(tǒng)四個子系統(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安全防護系統(tǒng)4技能提升一、比亞迪秦EVPro動力蓄電池管理系統(tǒng)故障診斷與檢修

１.終端診斷１)斷開動力蓄電池管理器插接器；２)測量線束端輸入電壓；３)接回電池管理器插接器；４)測量各端子值，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，(標準電壓值:１２~１４Ｖ)；３)如果電壓值低于１２Ｖ，在進行第二步之前請充電或更換蓄電池或檢查整車低壓線束；４)對接好插件，整車上ＯＮ檔電，進入電池管理器故障碼診斷；５)針對故障進行調整、維修或更換；６)確認測試；７)結束。技能提升3.電池管理器的更換

電池管理器有故障，導致車輛不能運行，請按以下步驟拆卸，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力蓄電池采樣線和整車低壓線束的插接件；４)用８號套簡拆卸電池管理控制器的四個固定螺栓；５)更換電池管理器，插上動力蓄電池采樣線和整車低壓線束的插接件，確認；６)用８號套簡擰緊電池管理控制器的四個固定螺栓；７)整車上電再次確認問題是否解決，解決結束。學習小結１.動力蓄電池管理系統(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硬件結構包括電源IC、CPU、采樣IC、高驅IC、其他IC部件、隔離變壓器、RTC、EEPROM和CAN模塊等。３.軟件架構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)進行數(shù)據(jù)處理和分析，然后根據(jù)分析結果對系統(tǒng)內的相關功能模塊發(fā)出控制指令，并向外界傳遞信息。知識鞏固任務二

動力蓄電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)監(jiān)測項目描述學習目標

電池管理系統(tǒng)最基本的核心任務是對動力蓄電池的狀態(tài)進行估計判斷，包括預測鋰離子蓄電池SOC、SOH、SOP，從而有效的保護電池安全和延長鋰離子蓄電池使用壽命，鋰離子狀態(tài)估計要分基于精確的電池數(shù)據(jù)采集。理論知識一、動力蓄電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集1.單體電壓檢測方法

電池單體電壓采集模塊是動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)對電池狀態(tài)信息判斷的準確程度，并進一步影響到后續(xù)的控制策略能否有效實施，常用的單體電壓檢測方法如下。(１)繼電器陣列法(２)恒流源法(３)隔離運放采集法(４)壓/頻轉換電路采集法(５)線性光耦合放大電路采集法理論知識2.電池工作電流采集方法

電流的采樣是估計電池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)(補償)電流傳感器，具有高的精度、良好的線性度和最佳的反應時間，同時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)設計的要求，副邊的額定電流為150ｍＡ，其轉換率為１:2000，供電電源為±12Ｖ或±15Ｖ，其測量電路如圖３-10的所示。理論知識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，而且直接關系到新能源汽車使用的安全問題，因此準確采集溫度參數(shù)顯得尤為重要，采集溫度并不難，關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二、動力蓄電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測1.SOC控制

由電池管理系統(tǒng)(電池管理器)進行SOC控制、蓄電池冷卻風扇控制和絕緣異常檢測，如圖３-11所示，在動力蓄電池組中有三個溫度傳感器和一個進氣溫度傳感器，基于這些溫度傳感器，鼓風機通過一個合適的占空比控制來維持或把溫度調整到特定值，電池管理器基于電流傳感器和電壓傳感器的信息計算充電狀態(tài)。(１)

SOC計算依據(jù)參數(shù)(２)根據(jù)電池管理器計算

SOC判斷有無差異(３)

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

電池管理器通過檢查動力蓄電池溫度并在溫度升高時適當控制冷卻風扇，將動力蓄電池溫度控制在適當水平，動力蓄電池安裝在車內，車輛靜止時使冷卻風扇高速運轉將產生很大噪聲，因此，電池管理器控制冷卻風扇的轉速，將噪聲降低至最低級別，電池管理器適當控制冷卻風扇轉速，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，內置于電池管理器的漏電檢測電路持續(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。判定標準:正對地絕緣阻值及負對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)學習小結１.電池單體電壓采集模塊是動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)對電池狀態(tài)信息判斷的準確程度，并進一步影響到后續(xù)的控制策略能否有效實施，常用的單體電壓檢測方法有繼電器陣列法、恒流源法、隔離運放采集法、壓/頻轉換電路采集法、線性光耦合放大電路采集法。２.電流的采樣是估計電池SOC的主要依據(jù)，因此對其采樣的精度，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，而且直接關系到新能源汽車使用的安全問題，因此準確采集溫度參數(shù)顯得尤為重要，采集溫度并不難，關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。學習小結４.由電池管理系統(tǒng)(電池管理器)進行ＳＯＣ控制、蓄電池冷卻風扇控制和絕緣異常檢測。５.ＳＯＣ指示動力蓄電池的充電狀況，即充電率，通常是依據(jù)電池組電壓、電流和溫度三個數(shù)據(jù)來進行計算的，Ｓ０Ｃ以百分比數(shù)字表示，荷電量為０％時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度充電也不能過度放電。６.為安全起見，新能源車輛高壓電路與車身接地絕緣，內置于電池管理器的漏電檢測電路持續(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，判定標準:正對地絕緣阻值及負對地絕緣阻值均大于等于５００Ω/Ｖ為合格，小于５００Ω/Ｖ為不合格。知識鞏固任務三

動力蓄電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信及CAN項目描述學習目標

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、非車載充電機等設備間的通信等，在有參數(shù)設定功能的電池管理系統(tǒng)上，還有電池管理系統(tǒng)主控板與上位機的通信。理論知識一、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、非車載充電機等設備間的通信等。電池管理系統(tǒng)通過通信接口實現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設備或非車載設備的通信，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)通信應用的主流，在國內外大量產業(yè)化的電動汽車電池管理系統(tǒng)及國內外關于電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信標準中均提倡采用該通信方式。電池管理系統(tǒng)ＢＭＳ在工作過程中，需要將一些重要信息和其他控制系統(tǒng)進行時時通信，比如充電過程中與充電機的通信，確保充電過程能順利安全地進行，放電過程中，與ＶＣＵ時時通信，來完成對整車的控制。二、車載CAN通信設計的實現(xiàn)

在電池管理系統(tǒng)中，ＣＡＮ通信的實現(xiàn)是由外圍設置ＣＡＮ的控制器和接收器組成的通信模塊完成的，其設計原理如圖３-30所示。從圖３-30中可以看出，電路主要由４部分構成:微處理器ＡＴＭＥＧＡ81.ＣＡＮ控制器SAJ1000，CAN總線驅動器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)點通過CAN-Ｈ(高速CAN信號)和CAN-Ｌ(低速CAN信號)連接在一起，實現(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，從