新能源汽車電池及管理系統(tǒng)課件 2-1 電池管理系統(tǒng)的認知

電池管理系統(tǒng)的認知

任務導入：

電池管理系統(tǒng)（BMS）是新能源汽車動力電池的管家和保姆，智能化地管理和維護動力電池組總成及各模組與電池單體，防止電池出現(xiàn)過沖電和過放電現(xiàn)象，并監(jiān)控電池狀態(tài)。作為新能源汽車檢修或管理人員，應先認識電池管理單元，才能對它檢修、更換。

1.任務目標1.知識目標

（1）熟悉電池管理單元的安裝位置及功能、類型；

（2）掌握電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；

（3）掌握電池管理系統(tǒng)控制策略

2.能力目標

（1）

能依據(jù)圖片或?qū)嵨镒R別電池管理系統(tǒng)，并在車上找到安裝位置；

（2）能簡要描述電池管理系統(tǒng)的功能；

（3）能描述電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；

（4）

能描述電池管理系統(tǒng)控制策略（一）電池管理系統(tǒng)的功能

電池管理系統(tǒng)的功能包括主要功能和拓展功能兩個方面。1.主要功能（1）數(shù)據(jù)采集

采集電池單體和模組電壓，電池模塊溫度、電壓或內(nèi)阻等數(shù)據(jù)，對電池進行管理。（2）電池狀態(tài)檢測

電池狀態(tài)主要包括SOC（剩余電量）和SOH（電池健康）等，電池狀態(tài)是車輛進行能量或功率匹配和控制的重要依據(jù)。（3）能量管理

控制充電過程，包括均衡充電；用SOC、SOH和溫度來限制電動汽車電源系統(tǒng)的輸入、輸出功率與能量；放電過程的監(jiān)控與管理。

（4）安全管理

監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度等是否超限；防止電池過放電，尤其是防止個別電池單體過度放電，防止電池過熱而發(fā)生熱失控；防止電池出現(xiàn)能量回饋時的過充電；監(jiān)控電源絕緣、短路情況。在電源系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣度下降時，對整車多能源控制系統(tǒng)進行報警或強行切斷電源以及電源系統(tǒng)出現(xiàn)短路情況下的保護等。

（5）熱管理

對大功率放電和高溫條件下使用的電池組，電池的熱管理尤為必要。熱管理的功能：使電池單體溫度均衡，并保持在合理的范圍內(nèi)，對高溫電池實施冷卻，

在低溫條件下對電池進行加熱等。由于溫度的變化對其他參數(shù)均有影響，所以一般以電池模塊的溫度作為控制的指令信號。

（6）通信功能

電池管理系統(tǒng)與車載設備或非車載設備的通信是其重要功能之一。2.拓展功能BMS的拓展功能包括充電管理、均衡管理、數(shù)據(jù)顯示、故障診斷等。

（1）充電管理

電池管理系統(tǒng)隨時參與整車檢測工作，檢測電池的工作狀態(tài)，尤其是對每個電池的技術(shù)狀態(tài)進行檢測分析，將檢測的數(shù)據(jù)在車輛停駛、充電之前“通知”充電機，即“車與機”的對話。（2）均衡管理

電池管理系統(tǒng)指令均衡模塊起動，進行均衡，保證系統(tǒng)的正常工作。

（3）數(shù)據(jù)顯示

BMS把電池單體電壓、溫度、總電壓、電流、SOC、SOH及故障警告等數(shù)據(jù)，通過CAN通信上報整車儀表顯示單元，儀表顯示單元把實時數(shù)據(jù)顯示在儀表盤上。

（4）故障診斷

電池管理系統(tǒng)能與車輛檢測儀器進行通信，診斷系統(tǒng)的故障，方便車輛的維修。最優(yōu)先的任務是安全管理，能檢測部件的失效，并使用替代功能，或關(guān)閉系統(tǒng)。（二）電池管理系統(tǒng)的類型

電池管理系統(tǒng)有集中式和分布式兩種類型。1.集中式電池管理系統(tǒng)

將所有的采集單元全部集中在一塊BMS板上，構(gòu)成一個整體，由整車控制器直接控制。集中式電池管理系統(tǒng)外形及其拓撲結(jié)構(gòu)2.分布式電池管理系統(tǒng)

分布式電池管理系統(tǒng)分成一個主控模塊和多個從控模塊。

（1）主控模塊

（2）從控模塊

BMS主控模塊

BMS從控模塊

分布式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)

（三）電池管理系統(tǒng)安裝位置

新能源汽車電池管理系統(tǒng)一般安裝在電池包內(nèi)部，一部分車型安裝在汽車前艙低壓蓄電池旁邊。2019款比亞迪e5BMS、普銳斯BMS安裝位置如圖所示。2019款比亞迪e5BMS安裝位置

普銳斯BMS安裝位置

（四）電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

以長沙巨力公司BMS-G為例，BMS由主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、高壓模塊、顯示模塊等幾部分構(gòu)成如圖所示。BMS-G結(jié)構(gòu)框圖

1.主控模塊（1）外觀BMS-G主控模塊外觀如圖所示BMS-G主控模塊外形（2）安裝位置

汽車前艙、電池包內(nèi)或高壓配電盒內(nèi)。（3）基本功能

電流檢測、SOC和SOH估計、通信功能、報警與保護、系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)升級、繼電器控制。2.數(shù)據(jù)采集模塊（1）外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

巨力BMS-G數(shù)據(jù)采集模塊外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。巨力BMS-G數(shù)據(jù)采集模塊外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）安裝位置

數(shù)據(jù)采集模塊一般安裝在電池模組表面，如圖所示。數(shù)據(jù)采集模塊安裝位置（3）基本功能

基本功能包括溫度檢測、動態(tài)均衡、單體電壓檢測、通信功能。數(shù)據(jù)采集模塊與溫度傳感器、電壓傳感器配合對動力電池的溫度、電壓數(shù)據(jù)進行采集。2.高壓模塊

（1）作用

高壓模塊的作用是測量電池組總電壓及電池母線與車體的絕緣電阻。

（2）基本功能

高壓模塊的基本功能包括總電壓檢測、絕緣電阻檢測、通信功能、數(shù)據(jù)上報、系統(tǒng)升級、繼電器控制，如圖所示。BMS-G高壓模塊外形4.顯示單元

顯示單元是人機交互的窗口，它有實時數(shù)據(jù)顯示、故障報警查詢、歷史數(shù)據(jù)記錄等作用。BMS顯示單元（五）電池管理系統(tǒng)的控制策略

現(xiàn)從上電控制策略、下電控制策略、熱管理策略、高壓互鎖功能檢測三個方面介紹電池管理系統(tǒng)的控制策略。

1.上電控制策略

起動開關(guān)置于ON位置，整車控制器、電機控制器、儀表BMS等自檢，BMS自檢確認：

（1）充電槍連接車輛并處于充電狀態(tài)，BMS發(fā)送充電槍狀態(tài)信息給整車控制器（VCU），VCU不執(zhí)行上電程序。（2）環(huán)路互鎖檢測端為低電位搭鐵信號，BMS未檢測到搭鐵信號，則發(fā)送環(huán)路互鎖故障報文給VCU，VCU不執(zhí)行上電程序。（3）BMS自檢電池狀態(tài)良好允許上電，則向VCU發(fā)送允許上電報文，VCU自檢后確認BMS輸入的允許上電信息，并確認電機控制器已完成上電準備的可驅(qū)動報文，檢測到起動開關(guān)接通請求上電信號后，發(fā)送接觸器閉合報文給BMS允許上電，BMS接通預充接觸器線圈電路，預充接觸器觸電接通工作，動力電池進行預充電。

2.下電控制策略（1）停車下電控制策略

起動開關(guān)置于OFF位置，VCU發(fā)出下電報文，并向電機控制器（MCU）發(fā)送關(guān)閉報文，MCU完成關(guān)閉后向VCU發(fā)送扭矩關(guān)閉報文。電機控制器關(guān)閉后，VCU向BMS發(fā)送關(guān)閉接觸器報文，BMS控制動力電池正、負極母線接觸器和高壓接觸器斷開，完成下電。（2）行車下電策略

車輛在行駛過程中，VCU發(fā)送高壓回路斷開要求，VCU進入錯誤狀態(tài)（IGHOLD狀態(tài)），所有高壓設備不能使用，在VCU發(fā)出高壓回路緊急斷開指令后，BMS立刻響應，斷開動力電池正負母線接觸器。

當出現(xiàn)三級故障，BMS上報VCU告警后，若未接收到下電指令，關(guān)閉母線正負接觸器策略如下：BMS需要延時切斷，最長延時時間為30s。若BMS12V喚醒信號（含IGNOFF和充電槍斷開信號）丟失，BMS需按原下電邏輯進行下電，數(shù)據(jù)存儲完成并在12V喚醒信號丟失3s內(nèi)進入休眠狀態(tài)。

3.熱管理策略

（1）慢充加熱策略

插入充電槍，車載充電機輸出一路12V電源給BMS供電（部分車由DC/DC給BMS供電），當電池最低溫度低于0℃時，閉合慢充接觸器和加熱接觸器，起動加熱系統(tǒng)，加熱請求電壓為370V，加熱請求電流為3A。當電池最低溫度高于6℃時，延時2s斷開加熱接觸器，恢復正常充電。如充電過程中溫度低于0℃，請求電流降為3A，延時2s閉合加熱接觸器，實行循環(huán)加熱。加熱過程中溫度高壓15℃時，則停止加熱。

（2）快充加熱策略

插入快充槍，充電樁輸出一路12V電源給BMS供電，當電池最低溫度低于0℃時，先閉合快充接觸器和加熱接觸器，再閉合總負接觸器起動加熱系統(tǒng)，加熱請求電壓為370V，加熱請求電流為5A。當電池溫度高于5℃時，延時2s斷開加熱接觸器，恢復正常充電。如充電過程中溫度低于0℃，請求電流降為3A，延時2s閉合加熱接觸器，實行循環(huán)加熱。加熱過程中溫度高于15℃時，則停止加熱。

4.高壓互鎖功能檢測

（1）上電時，如BMS無法檢測高壓互鎖信號，則不允許上高壓電。

（2）車輛運行中，BMS檢測到高壓互鎖信號丟失，立刻向VCU發(fā)送報文，并按三級故障下電流程動作斷開高壓電。

（3）充電狀態(tài)下，BMS無法檢測互鎖信號，則將充電需求電流降為0，按三級故障斷開充電回路。

（4）放電狀態(tài)下，BMS無法檢測互鎖信號，則將放電功率限制為0，并按三級故障斷開高壓放電回路。課堂練習一、填空 1.電池管理系統(tǒng)主要功能有

、

、

、

、

、

等；拓展功能有

、

、

、

等。

2.電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集主要是采集電池

電壓、

電壓、電池模塊

、

或

等數(shù)據(jù)，對電池進行管理。

3.電池狀態(tài)主要包括

和

等，電池狀態(tài)是車輛進行

或

匹配和控制的重要依據(jù)。

4.BMS的能量管理包括：

①

；

②

；

③

。

5.BMS的安全管理包括：

①

；

②

；

③

。

（6）BMS熱管理的功能是

。

（7）充電管理是指BMS通過檢測與分析電池狀況，“通知”充電機，讓系統(tǒng)計算充電機

，才能達到良好的充電效果。

（8）電池單體性能不一致時，

，進行均衡。

（9）BMS有故障診斷功能，能檢測部件的

，并使用替代功能，或

。

（10）BMS一般安裝在

，部分車安裝在

。

（11）主控模塊用來

，

；它的基本功能包括電流檢測、

和

估計、通信功能、

、系統(tǒng)自