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文档简介

,前言,为应对日益突出的燃油供求矛盾和环境污染问题,世界主要汽车生产国纷纷加快部署,将发展新能源汽车作为国家战略,加快推进技术研发和产业化,同时大力发展和推广应用汽车节能技术。节能与新能源汽车已成为国际汽车产业的发展方向。新能源客车,目前正在飞速发展。,汽车的石油替代是中国减少石油对外依存的一个重要方面,而寻找石油替代是一个刻不容缓的问题另一个方面,汽车尾气排放正成为中国城市的主要污染源,而低碳发展是今后中国发展的一个大趋势。因此,在能源稀缺和环境保护的双重制约下,配合替代石油的清洁能源发展,推动电动汽车发展显得尤为迫切。新能源汽车是未来汽车发展的主流方向,取代传统纯油耗型汽车势在必行。,2.1锂电池电极材料和特点,3.2BMS采集模块介绍,2.3磷酸铁锂电池优势,2.8电池组箱体设计准则,2.6单体电池保存特性,2.4单体电池放电特性,2.2锂电池内部结构和特点,3.1BMS主机模块介绍,2.5单体电池充电特性,目录,2.9动力电池组的安装,2.7电池组成型结构和特点,4.2安装注意事项,3.6BMS绝缘模块,3.4BMS主机CAN通讯,4.1BMS连接拓扑图,3.7干节点,3.5BMS多路CAN盒,4.7储存、维护基本要求,4.5BMS常见故障及处理方法,4.3如何刷程序,4.8电池组维护常用工具,4.6BMS维护案例,4.4如何校准电压及修改模块地址,3.8BMS附件,3.3显示屏模块介绍,深圳市沃特玛电池有限公司成立于2002年,是一家集研发、生产、销售电动车用磷酸铁锂动力电池为一体的国家级高新技术企业,具备日产约200万Wh的生产能力,是目前国内实践汽车动力电池产量最大的磷酸铁锂电池生产厂家之一。公司以磷酸铁锂电池为主导产品,拥有大量现场技术管理经验,有上百款电动汽车车型动力系统的解决方案(含电池组合技术,结构设计,电池管理策略等),并获得各项技术专利证书108项。公司严格实施ISO9001.2008的质量标准体系,2009年6月又顺利通过TS/16949认证,同时获得了CE、UL、TUV、SGS、ROHS、RBRC、NQA等相关产品认证。公司现有员工1500名,研发人员113名,在未来的发展中,沃特玛将继续紧扣时代脉搏,秉持低碳环保的经营理念,以为人类创造最佳的居住环境为使命,不断为国家乃至世界的新能源事业贡献力量。,2.1锂电池电极材料和特点,锂离子电池由正极、负极、电解质、隔膜和外壳组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能。目前锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂(LiCoO2),另外少数有采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2),一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂(LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池,它是锂离子电池家族的新成员。,采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池,其主要特点是:容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸、工作温度范围宽、对环境无污染。,LiFePO4电池的内部结构如右图所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极,由铝箔与电池正极连接;中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过;右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质,电池由金属外壳密闭封装。,2.2锂电池内部结构和特点,拉断装置,当内压产生时,正极极耳拉断负极极耳与钢壳接触点有熔断装置钢管将底部内压稳定可靠导通至盖帽达到1.8Mpa时,安全阀会打开,气体排出,避免爆炸风险安全开启后电解液喷出,安全气囊向外膨胀,降低内压,隔绝空气接触,2.2.1电芯四重安全保护设计,2.3磷酸铁锂电池优势,.循环寿命长循环使用次数高,在室温下1C充放电循环2000次以上,容量保持率85%以上,是铅酸电池的8倍、镍氢电池的3倍、钴酸锂电池的4倍、锰酸锂电池的4-5倍。.安全性能好磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题,磷酸铁锂锂离子电池是目前全球最安全的锂离子电池,在高温下的稳定性可达400500,保证了电池内在的高安全性,不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。.耐高低温在-2075温度范围内均可放电,磷酸铁锂电热峰值可达350500,而钴酸锂和锰酸锂只在200左右。.无记忆效应可充电电池在经常处于充满不放完的条件下工作,容量会迅速低于额定容量值,这种现象叫做记忆效应。像镍氢电池、镍镉电池存在记忆性,而磷酸铁锂锂离子电池无此现象,电池无论处于什么状态,可随充随用,无须先放完再充电。,.绿色环保该电池不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池含稀有金属),无毒(CE认证通过),无污染,符合欧洲ROHS规定,实为绝对的绿色环保电池。磷酸铁锂材料无论在生产及使用中均无污染。.体积小重量轻:体积是铅酸电池的2/3、重量是铅酸电池的1/3。,市场现有动力电池特性比较,图3.1放电容量随环境温度变化曲线,充电:0.5C,CC/CV,3.65V,电流0.03C截止放电:CC2.0V截止,2.4单体电池放电特性,2.4.1放电容量与环境温度的关系,充电:0.5C,CC/CV,3.65V,电流0.03C截止,温度:252放电:CC2.0V截止,温度:252,2.4.2不同放电倍率下的放电曲线,充电:CC/CV,3.65V,电流0.03C截止,2.5单体电池充电特性,2.5.1充电特性图,2.6.1锂电池贮存环境温度、贮存时间与容量关系,2.6单体电池保存特性,图3.6循环寿命随温度变化曲线,在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大.当温度低于-20时,电极的反应速率下降,电池的输出功率也会下降。温度上升,电池输出功率会上升。同时,温度也影响着电解液的扩散速度,温度上升则加快,温度下降,扩散减慢,电池充放电性能也会受到影响。但温度太高,超过65时,会破坏电池内部的化学平衡,副反应增加。所以使用电池应该在5-55之间最佳.,2.6.2锂电池环境温度和电池寿命关系,设计用带保险丝的PCB板,对单体电池逐一进行保护,组合时也采用PCB板加保险丝保护,一旦某点故障,保险丝工作,故障电池断路,其它电池正常工作,安全性极高,此故障电池断路不影响其他单元电池正常工作(如左图),2.7电池组成型结构和特点,按八个致要求筛选电芯容量一致恒流比一致电压致带电量致內阻致自放电一致批次一致放电平台一致,矩阵式串并联连接,立体对角汇流,纵向过流,横向均衡与保护,2.7.1电池组的主要参数(以五洲龙三款电池组为例),.345V900Ah电池组整组电池由13个箱子组成:1、2、3、12号箱为19.2V900Ah;4-11号箱为32V900Ah180支32650-5Ah单体电池并联成3.2V-900Ah模块4组6个3.2V-900Ah模块、8组10个3.2V-900Ah模块和1组4个3.2V-900Ah的模块串联.540V600Ah电池组整组电池由42个箱和34个箱两套箱体,其中42个箱体的各箱串数相同;而34个箱体由120支32650-5Ah单体电池并联成3.2V-600Ah模块32组5个3.2V-600Ah和2组4个3.2V-600Ah的模块串联.336V100Ah电池组整组电池由9个箱子组成,具体如下:20支32650-5Ah单体电池并联成3.2V-100Ah模块9组12个3.2V-100Ah模块串联,13号箱为12.8V900Ah,具体如下:,32个大箱,2个小箱组成;此处以34个箱体为例具体如下:,2.7.2电池组结构说明,.纯电动345.6V900Ah系列电池组结构图,整组电池连接,19.2V/900Ah电池组模块,12.8V/900Ah电池组模块,32V/900Ah电池组模块,16V/600Ah电池组模块,16V/600Ah电池箱体,12.8V/600Ah电池组模块,12.8V/600Ah电池箱体,.纯电动540V600Ah系列电池组结构图,.混合动力336V100Ah系列电池组结构图,28.8V/100Ah电池组模块,38.4V/100Ah电池组模块,.电池组箱体模块拆解图,2.8电池组箱体设计准则,防水防尘防热防冻防震防漏电防短路,检查:蓄电池外观无损伤点验:配件齐全参阅:安装图、注意事项,2.9动力电池组的安装,锂离子电池组属于高电压储能设备,危险品,非专业人士及不当的操作与使用可能引起触电、燃烧、爆炸等严重的后果。锂离子电池组的安装、维护必须是专业技术人员操作,使用必须严格遵守相关的安全规定。严禁非专业人员安装、维修锂离子电池组以及超范围滥用.电池组的组成是根据整组电池型号(如336V100Ah)用单体电池通过并联、串联电路连接而成,每一个并联电池组叫做电池模块,由多个电池模块串联起来的电池组叫做电池模组;整个电池模组加上管理系统和包装叫做电池包。电池包就可以直接与用电设备连接提供电能.,2.9.2电池组安装,2.9.1开箱检查,电池包由于体积的大小问题,为了方便放置将可能能分成几个箱体进行连接,单箱内部是由电池模块串联起来的部分电池模组和管理系统的采集线束(电压采集线、温度传感器)和子模块,其中电压采集线安装方法是:从电池正极开始分别连接标号是:B1+B1-B2-Bn-(有n个电池模块),2.9.3电池组箱体内部结构,总正、总负极出口,充电连接头,336V100Ah电池箱体连接实物图,2.9.4电池组箱体间连接,电池组外部箱体主要有动力线和通讯线束需要连接,动力线是传输电池动力的连接动力线前要佩戴电工手套放置触电,同时要特别注意电池的正、负极千万别装反了,并检查动力线头连接是否牢固然后再套上绝缘胶套,通讯线从通讯接口引出箱与箱直接互相串联起来,最后出来动力线总正、总负和通讯线到主控箱如下图所示(336V100Ah):,电池包总正、总负出来之后就直接连接到主控箱内,包括通讯线(24V电源线和CAN通讯线)也一起连接到主控箱在主控箱内和主机、霍尔继电器、电阻等备件组成控制电路再连接到整车上如下图所示(540V600Ah的主控箱结构)B+、B-分别为电池包的输入动力线连接处。,2.9.5主控箱的连接,可以判定此串电池容量比其他的都低,影响放电效率.我们也可以根据电压判定容量的大小再根据容量的差异对电池进行充放电来达到均衡的效果(充电机和放电电阻的电流可以计算得到).更换电池前一定要确认准备换上去的电池和原车上的电池的电压、容量、带电量、内阻、型号、恒流比等保持一致.,电池静态开路电压与容量关系,要确认电池是否存在问题首先我们要了解电池的基本特性,比如电压与容量的关系,电压正常值是在一个什么范围内等,右图是电压与容量的关系图,从右图中我们可以根据电压判定电池的带电量容量的判定,当有某串电池出现充电是最快充满,放电时又最快放完时,,2.9.6电池问题确认方法,.安装过程中应注意电池极性,红色标识电池正极,黑色标识电池负极并保证电池组极性与电源设备的连接正确.各连接头必须安全可靠,确保不会有松脱、虚接触问题,接触电阻不超过0.05m,接头必须具有抗腐蚀、耐磨、抗震功能.安装工具须进行绝缘包裹,安装过程中要避免连接工具、连接导线及导电物品对电池或电池组造成短接.所有连接必须在明确指导下进行,严禁任何形式的猜想与模糊尝试的作业方式.按箱体数字号码顺序串联安装,没有采集模块的箱子必须要确保先与相应的模块的箱体连接好动力线,再插箱间采集线插头,否则开启电源时,通讯线有烧坏的可能.操作人员注意安全操作,避免触电.连接完成后,必须逐点测量、确认.所有连接点必须确保不会与外箱或其他部件接触、短路.请注意电池上的所有警告标识,勿撕毁或损坏警告标签.禁止敲击或抛掷、踩踏电池或直接焊接电池和用钉子或其它利器刺穿电池等.,2.9.7安装时的注意事项,电池管理系统主要由功能模块(主机模块、采集模块、显示屏模块)和附件(线束、霍尔、直流继电器、主控箱等)组成,完成对动力电池的管理和应用.,3.1BMS主机模块介绍,3.1.1主机模块功能概述,3.1.2主机模块功能指标,主机模块主要实现对电池组运行状态及各种参数的监测与控制,如电池组电压、电流、电池箱温度、SOC预测和参数设置等功能.,.电池组电压计算与控制接收采集模块上传的电池组的所有单体电压,计算电池总电压并能够选出电池组的最高单节电池电压及序号和最低单节电池电压及序号,并控制显示屏按要求显示,同时可以通过专用CAN口上传到汽车仪表总线.,.电池组电流、漏电流检测和计算接收主控本身或采集模块上传的电池电流和绝缘模块漏电流采集电压,根据设定的霍尔传感器额定参数,计算电池组总电流和漏电流,并控制显示屏显示。同时可以通过专用CAN口上传到汽车仪表总线.电池箱的温度接收采集模块上传的每组电池箱温度,并控制显示屏显示,也可以设定温度下传到各采集模块用于风扇和加热控制。同时可以通过专用CAN口上传到汽车仪表总线.,.报警及其接口按权限可以设置过压报警点、过压切断点、欠压报警点、欠压切断点、互差均衡点、温度报警上限、最大充电电流、最大放电电流、额定容量、循环次数、SOC初始化、系统时间。并根据相应报警阀值进行报警,并提供报警干接点信号,同时故障信在显示屏显示,4个继电器常开干接点.,.容量(SOC)预测功能全程实时计算每节电池和整组容量,并找出容量较低的电池向采集盒发出均衡命令,同时累计单节电池容量。均衡过程中接收采集盒返回的状态信息。能随时给出电池组整个系统的剩余容量。(满足混合动力公交车的SOC要求),并控制显示屏显示。最大容量检测:5000AH,精度不高于5%.,.电池均衡功能主机模块向采集模块发送均衡启停命令,采集模块根据命令进行充放电。在充放电过程中.参数设置功能主机模块在每次上电开机或者在运行过程中每隔30分钟向采集模块CAN总线上发送,设置参数(电池单体上下限、电池单体额定电压、电池串联单体数、风扇开启温度、风扇停止温度、加热开启温度、加热停止温度),采集模块保存该设置参数到EEPROM.,.通信接口1个CAN-A接口,与采集模块和显示屏通讯(符合BMS内部通讯协议标准);1个CAN-B接口,与整车通讯(需符合各厂家协议要求);1个RS232接口,与上位机(需符合各厂家协议要求),同时用于下载数据;1个GPRS上网模块实现无线数据传输(可选).绝缘检测功能含总电流检测与电池正负母线总压检测两大功能,电池总电流检测:电流采样范围:-1000A1000A,采样精度1%或不低于国家标准。静态时显示为0,采样电流小于霍尔传感器满量程的0.5%直接置0,防止零漂影响;漏电流:电流采样范围:-10mA10mA,采样精度1%或不低于国家标准。静态时显示为0,采样电流小于霍尔传感器满量程的0.5%直接置0,防止零漂影响。电池总电压检测:01000V采样检测精度1%.系统的抗干扰能力主控器系统能满足车载状况的使用条件,包括振动,电磁干扰,高温差的变化.,3.1.3主机模块接口说明,3.2BMS采集模块介绍,3.2.1采集模块概述采集模块内含单体电池电压检测、单体电池均衡、温度检测、电流采集、风扇管理、加热管理、电源及CAN通讯接口部分。(单体电池是指由一个或多个单只电池并联而成的电池单元)3.2.2采集模块功能指标.单体电池电压检测检测012节(可设置)串联电池的单体电池电压,单体电压采样范围04.5V,采样精度(0.3%RD+0.2%FS)。电池组总电流:电流采样范围:-1000A1000A,采样精度1%或不低于国家标准。静态时显示为0,采样电流小于霍尔传感器满量程的0.5%直接置0,防止零漂影响.环境温度检测每个采集模块有3个温度测量传感器检测环境温度,温度采样范围4080,采样精度0.1.,.电池均衡在使用过程中采用主动式均衡,接收主控器给出的均衡命令,可对相应单体电池进行均衡充电和放电,最大均衡电流4A,以1分钟为周期来执行。既每次做出判断后必定要执行均衡动作50s,然后停顿10s以后再进行判断.,.热管理驱动接口干接点输出,可接收主控模块发出的加热装置启动温度和停止温度,并根据实际检测温度控制加热管理启停.风扇管理接口24V电源输出,可接收主控器发出的风扇装置启动温度和停止温度,并根据实际检测温度控制风扇管理.通信接口提供CAN总线接口,上传以上、部分采集信息,并通过CAN接口接收主控模块的控制信息.,3.2.3采集模块接口说明,3.3显示屏模块介绍,显示屏是显示数据和设置参数用的,要注意输入电压值。显示屏有分5V供电的和24V供电的,要注意区别,否则会把5v的烧坏。,显示屏界面说明,主机上带有两路CAN,一路与子模块、多路CAN盒、绝缘采集模块、显示屏通讯,带120欧姆匹配电阻波特率为125KB。另一路与外部CAN接点通信,波特率及匹配电阻照客户要求(电阻匹配不对将无法通讯,如不能充电等).,BMS多路CAN盒,一路连接主机的24V与内部CAN通讯接口;另一路连接充电设备用于对整车充电(BMS多路CAN按照客户需求进行配备).,BMS绝缘模块有外露3根线,红色为正,黑色为负,白色为地,依次连接在电池的总正与总负以及车体接地。检测电池的漏电情况,并实时传送给主机,绝缘模块且带有电流检测端口。另,红、黑两线可以用于检测电机端电压用于预充控制.,3.7干节点,3.4BMS主机CAN通讯,3.5BMS多路CAN盒,3.6BMS绝缘模块,BMS主机上的干节点(K1,K2,K3,K4)可编程控制电池组中的继电器,通常定义为K1预充,K2充电,K3放电,K4预留,干节点(K1,K2,K3,K4)的工作状态会在显示屏主界面上进行显示(右图红圈位置所示)输入干接点:BMS主机还带有两路干,3.8BMS附件,接点检测端口,用于检测整车发给BMS的开关信号,如海马的ON档信号经过继电器转换成干接点信号由该端口输入到主机。成都王牌智远系统的高压互锁信号由该端口采集,BMS主机还带有电流检测端口,RS232通信端口。,插电主控箱(纯电动混合动力),3.8.1BMS附件主控箱,非插电主控箱(超级电容+锂电),基站主控箱,3.8.2BMS附件霍尔,霍尔结构尺寸图,MSD手动维修开关,熔断丝,3.8.3BMS附件直流接触器,直流接触器,直流接触器,4.1BMS连接拓扑图,A、布置主、从通信线时需注意每个子模块离主机的物理长度不能相等;B、通讯线束尽量分散、铺平、走近路,切勿打结盘绕等现象以免增大干扰;C、安装时各个部件要固定牢固,特别是线束的接口处以免震动后松脱;D、安装主控箱绝缘正负极线时要注意预充继电器的方向,应安装在距离电池组较远的那端,这样预充电路才能起到预充效果,绝缘显示才不会异常;,4.3如何刷程序,要刷程序要用到仿真器,而仿真器使用前需在电脑上安装驱动软件方可使用,仿真器驱动软件安装方法请双击打开右方文件:,当BMS出现常见问题时,首先先排除是否是因为线束问题造成影响。再检查硬件是否损坏,如BMS,电池,继电器等。再通过显示屏查看BMS设置参数是否正确,最后确定是否在BMS软件上有错误。,(代码故障故障代码解析表双击右方文件打开),4.4如何校准电压及修改模块地址,4.2安装注意事项,1,2,3,上图为CANalyst工具打开后的界面,在OPTBMS中帧格式选择扩展帧,帧ID及数据栏的定义如下,输入14ffaa指定第几串电池,每两字节0d48为一组电压值,ID:14adffaa.(1-4串)。ID:14aeffaa.(5-8串)。ID:14afffaa.(9-12串)。数据为将实际电压转换成16位进制,依次输入8个字节。如电压为3.4V。数据就为0D480D480D480D48;,A.对所有电压一致校准,按十六进制在此输入为电压值,07为电压串数0C为电压高字节D0电压低字节,后五个字节数据任意,按十六进制在此输入模块编号即可.最后一位为采集模块地址,ID:1406ff01,(01为模块1,02就为模块2)。数据为03(03为电池第一串,04就为电池第二串)实际电压16进制高低字节。如校准6号模块第5串。实际电压为3.28V。输入ID:1406ff06.数据为070CD00000000000;另五洲龙的544V600AH的,由于电池组结构有跳线,第4串到第5串是用动力线连接,中间空了一串电压,所以在更改第5串电压时,要将07多加一位,既08,以此类推,第6串就为09.,C.修改子模块地址校准子模块地址直接更改数据后两位值即可,如下图:,这里为1406ff06.就是第6个模块。,B.对单串电压校准,4.5BMS常见故障及处理方法,BMS使用过程中可能会遇到下列故障情况,请参考下属方法进行简单故障处理,A.五洲龙纯电动(540V600AH)不良现象一:电压采集异常、采集端口有烧坏现象原因:温度采集线塑胶皮破,与的屏蔽层相通。而屏蔽层与电池箱外壳相连,当电池组漏电时,高压经温度采集端口输入,损坏电压采集模块不良现象二:采集异常、均衡端口烧毁原因:电池电压采集线没按顺序接,均衡网络由最大击穿电压为60V的MOS管组成,正常情况下均衡端口输入的的电池电压不超过5V,当采集线顺序乱导致均衡端口输入的电压超过60V时候。MOS管击穿导致电池短路不良现象三:预充电阻烧坏原因:整车上的DC/DC、空调、电机等电池组装上时才调试。当以上部件在BMS预充期间工作时候,电池组通过预充电阻供电,且预充程序没做时间保护,导致预充电阻烧坏,4.6BMS维护案例,B.中山大学东莞研究院不良现象一:更换模块后采集异常。原因:模块搞混,更换的模块为科大采集模块,C.南通尼欧凯不良现象一:混合动力高压继电器无法闭合,把绝缘检测模块正母线去掉才闭合.原因:高压继电器与预充继电器控制线接反。上电时候高压继电器闭合后绝缘检测模块正负母线检测到电机端电压大于总压90%,主机控制闭合预充继电器且断开高压继电器。当把绝缘检测模块正母线去掉时,检测到的电机端电压为0,故BMS主机认为预充没完成,控制高压继电器一直闭合不良现象二:纯电动通讯异常,数据丢失原因:尼欧凯纯电动使用的是快换箱,CAN通讯的接插件没有屏蔽端子。且电池箱的电压采集模块安装孔错误,加了一块环氧板来安装。导致CAN通讯无屏蔽,引起通讯异常,D.成都王牌皮卡(智远系统)不良现象一,无法响应整车控制原因:整车控制通过输出12V电平信号到BMS。12V电平信号通过电阻分压成3V后用电压采集模块采集判断为高电平,且把状态发送给主机。但是通过电阻分压后的3V电压无法带负载。输入到电压采集模块后受采集电路影响,采集电压偏低,集模块判断为低电平发送给主机。后修改采集电路及高低电平判定点解决异常,E.重庆恒通客车不良现象一:汽车在运行过程中,经常出现断高压。原因:SOC设置错。电池组实际SOC为80%,按照玉柴混合动力控制策略SOC低于70%才允许反馈充电。而BMS实际设置的SOC为58%。即在电池组容量在80%时候整车用3C电流给电池充电。导致电池单体电压过压保护。不良现象二,运行中频繁出现单体电压超高二级故障,导致整车限功率原因:BMS温度设置上限错误。恒通客车仪表对所有故障都显示成单体电压超高,经报文分析,BMS报给整车的是温度超高二级故障。查看BMS设置项,发现温度报警上限为65度,而二级告警为温度报警上限减20度即45度,同时风扇开启温度也设置成45度。后把温度报警上限设置为75度,故障消除。不良现象三,运行过程中出现电压模块掉线及断高压现象原因:BMS供电不足。恒通客车电池组带有16个风扇近200W,当电池组温度达到45度,所有风扇都工作时。BMS的24V电压下降,导致模块不断重启动需要把风扇电源与BMS电源分开。

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