《新能源汽车动力电池及充电管理》课件-任务4  新能源汽车动力电池管理系统认知

任务4

新能源汽车动力电池管理系统认知目录CONTENTS混合动力汽车的动力电池管理系统1纯电动车的动力电池管理系统2情景导入假如你在一家4S店担任维修学徒的工作，某日维修接待接手一辆该品牌纯电动车辆。该车辆电池管理系统故障灯点亮，无法高压上电，需要你来判断具体故障出在哪里。教学目标知识目标描述混合动力汽车的动力电池管理系统的基本功能；描述纯电动车的动力电池管理系统的基本功能。能力目标能正确识读混合动力汽车的动力电池管理系统电路并正确指出关键部件；能正确指出纯电动车的动力电池管理系统电路并正确指出关键部件。素质目标引导学生树立科学发展观；培养学生多维度思维及创新精神。学会观察、总结的习惯。4.1混合动力汽车的动力电池管理系统01镍氢电池的管理参数

丰田第三代混合动力汽车镍氢电池位置如图所示，图中蓄电池智能单元就是镍氢电池的电池管理系统。通过诊断仪中的数据可掌握一个电池管理系统具体管理什么。01镍氢电池的管理参数1.StateofCharge(allBatt)电池电量2.ShortWaveHighestVal短路波电压值（绝缘检测用）3.CoolingFan冷却鼓风机转速占空比4.StatusofChargeMax电池电量最大值5.StatusofChargeMin电池电量最小值01镍氢电池的管理参数6.MainBatteryLowVoltage-LastOperation上次运行是否出现过电池低电压。0为未出现过，1为出现过。7.MainBatteryLowVoltage-LastTrip上次行驶是否出现过电池低电压。0为未出现过，1为出现过。8.BattPackCurrentVal电池包的电流值9.InhalingAirTemp进气温度值10.ChargeControlValue充电控制值01镍氢电池的管理参数11.DischargeControlValue放电控制值12.CoolingFanModel鼓风机工作模式，代码0(0、1、2、3、4、5、6级，0为不转动）。13.TempofBattTB11号电池温度传感器14.BatteryBlockVol-Vo1编号为1电池模块的电压15.BatteryLowTime是否出现过低电压16.HotTemperatureTime电池是否出现过热01镍氢电池的管理参数视频：镍氢电池管理系统的认知（见智慧职教MOOC任务2-4）02镍氢电池的热管理镍氢电池的冷却采用通风控制，鼓风机的位置如图所示通过镍氢电池的管理系统的数据反向掌握镍氢电池管理系统的管理内容1任务小结课后作业：丰田车系的电池冷却鼓风机进口若被覆盖会发生什么；后背箱的东西过多，堵住通向车外的出风口会发生什么？4.1.2镍氢电池管理系统电路原理图认知01电路图的引脚解析1.IGCT=Ignitioncontrol点火开关控制受动力管理控制单元的MREL引脚控制，MREL=Mainrelay译为主供电继电器。IGCT继电器的线圈驱动方式为高边驱动。图中的圈A、B、C为与下页的圈A、B、C为同一条线路。01电路图的引脚解析2.从动力管理控制单元SMRG=SystemMainRelayGround为高压负极主继电器线圈高边控制端；SMRP=SystemMainRelayPrecharge为高压负极预充继电器线圈高边控制端；SMRB=SystemMainRelayBattery为高压正极主继电器线圈高边控制端。记住：以上三个端子是动力管理控制单元控制，并非电池管理控制。01电路图的引脚解析3.蓄电池电流传感器为霍尔式，VIB译为电池电流传感器的电源；IB译为电流传感器的信号；GIB译为电流传感器的接地；简记：V为电源缩写（5V），I为电流缩写，B为电池缩写。01电路图的引脚解析4.FCTL=FanControl译为鼓风机控制，不要译为风扇控制。由圈A过来的电流经电池鼓风机继电器线圈至动力管理的FCTL端子接地。01电路图的引脚解析5.蓄电池冷却鼓风机总成的IGO为电源，GND0为搭铁，VMO是在内部的有刷电机后，放大器之前引出的一个电源监控制端子，VMO=VoltageMonitorOutput蓄电池智能单元通过VM端子接收反馈信号。若收到不反馈信号，原因可能为鼓风机继电器及到IGO线路或鼓风机总成或反馈线有故障。01电路图的引脚解析6.BTH=BatterytoHybrid译为电池和动力管理控制单元的差分通讯线。7.E=Earth，译为接地。01电路图的引脚解析8.VB=VoltageBattery这里译为镍氢电池模组的电压，模组是模块的组合。电池箱内共28个模块，每两个模块组成一个模组，共计14个模组，共需要15条线来实现14个模组的电压采集。9.TC0=TemperatureCell,译为0号电池进气温度01电路图的引脚解析10.TB0-TB2为TemperatureBattery设为0号、1号或2号电池温度传感器，图中只画0号和2号，省略了1号。11.检修塞内为129A保险丝。12.GND为接地。

本节学习了丰田镍氢电池的管理系统的电路图，可知镍氢电池的执行器只有温度管理，也就是只需通风设计。电路图隐藏的功能，也就是只能报警，不能直接处理的功能。1.比较14个模组电压的一致性，在电压低于下限或高于上限进行报警；2.电流传感器和14个模组电压的和进行电池电量的计算；3.高压的绝缘检测。任务小结课后作业：丰田镍氢电池的电流传感器的高压母线电流为0安培时，IB引脚输出的电太远为多少伏。14.1.3镍氢电池管理系统温度管理认知01电池的出气温度传感器TB0-TB2为TemperatureBattery设为0号、1号或2号电池温度传感器，图中只画0号和2号，省略了1号。三个信号作为鼓风机转速控制的基本信号。温度越高，输出电压越低，控制鼓风机转速越高。02电池进气温度传感器TC0=TemperatureCell,译为0号电池进气温度传感器，是鼓风机转速控制的修正信号。思考一下，进气温度越低，出气温度越高，说明电池生热是多，还是少，鼓风机转速设置是越高，还是越低。03鼓风机的级数控制SIO=SPEED，即鼓风机的速度控制，SIO的占空比越大，鼓风机的转速级数越高。数据列表中0级为不转，1-6级，6级为最高转速。

本节学习了丰田镍氢电池的管理系统的鼓内机转速的控制，应注意到哪个温度信号是基本信号，哪个是温度信号修正信号，以及鼓风机转动的级数是几级。任务小结课后作业：如何利用诊断仪实现鼓风机的促动（驱动）测试？14.1.4镍氢电池管理系统温度管理过程认知01蓄电池冷却鼓风机总成的转速由动力管理控制ECU控制。动力管理控制ECU端子FCTL打开蓄电池鼓风机继电器时，向蓄电池冷却鼓风机总成供电。动力管理控制ECU将指令信号(SI)发送至蓄电池冷却鼓风机总成，以获得与HV蓄电池温度相应的风扇转速。用串行通信通过蓄电池智能单元，将关于施加到蓄电池冷却鼓风机总成(VM)电压的信息作为监控信号发送至动力管理控制ECU。蓄电池冷却鼓风机转速控制框图蓄电池冷却鼓风机转速控制框图02蓄电池冷却鼓风机转动控制通讯电路图BTH+和BTH-通讯线路：实现电池到动力管理的通讯。BatterytoHybrid(电池管理到动力管理）

鼓风机转速的控制03

电池的温度由蓄电池智能单元经BTH+及BTH-向动力管理控制ECU发送，动力管理控制ECU根据温度信号通过SIO控制鼓风机速度控制，速度反馈是通过VMO反馈。

本节学习了冷却鼓风机的控制电路涉及通讯、控制和反馈，是一个典型的电机转速控制电路。1任务小结课后作业：如何利用诊断仪实现鼓风机的促动（驱动）测试？4.2纯电动车的动力电池管理系统4.2.1三元锂离子电池管理系统功能认知01反向识别三元锂离子电池管理系统功能图中是比亚迪车系的电池管理系统的数据，从中我们可以捋出电池管理系统的功能。从图1/15页可以看出：

电池总电压为303V;当前总电流为1.4A；电池剩余电量为42%；电池品检代号为Ce4；当前是否允计充电；变频器上电预充是否完成；DC转换器上电的预充是否完成；放电接触器、预充接触器和充电接触器当前的状态。01反向识别三元锂离子电池管理系统功能图中是比亚迪车系的电池管理系统的数据，从中我们可以捋出电池管理系统的功能。从图2/15页可以看出：

DC-DC的预充接触器触点是断开的；DC-DC的接触器是触点是闭合的；当前电池放电是允许的，93个电池串联时，第46个电池电压最低，第50个电池电压最高。并给出了最高电压和最低电压的数值；10个电池模组中，第1个电池模组温度最低，第6个电池模组温度最高，并给出了最低温度和最高温度是多少。最后给出了电池组的充电状态。01反向识别三元锂离子电池管理系统功能图中是比亚迪车系的电池管理系统的数据，从中我们可以捋出电池管理系统的功能。从图3/15页可以看出：

电池包内电池模组温度状态正常；高压没有漏电，即绝缘电阻未下降。电池的电量、湿度、是否发过过流、电压过低或过高是否超限。电池管理系统监测自己的供电电压；最后是系统均衡状态。01反向识别三元锂离子电池管理系统功能从图4/15至11/15页可以看出：1至93节电池的均衡状态。01反向识别三元锂离子电池管理系统功能01反向识别三元锂离子电池管理系统功能01反向识别三元锂离子电池管理系统功能01反向识别三元锂离子电池管理系统功能从图12/15至13/15页可以看出：12组采样模块的功能状态是否正常。01反向识别三元锂离子电池管理系统功能从图14/15至15/15页可以看出：10个温度采样状态是否正常。从以上数据可以看出电池管理主要的功能为电池的电压、电流、温度、湿度、接触器的状态、绝缘检测、电池均衡。

本节学习了如何通过三元锂离子电池的管理系统的数据反向掌握三元锂离子电池管理系统的管理内容，这种方法也适用于其它控制单元。任务小结课后作业：某个控制单元的有什么功能，是看执行器，还是看传感器？14.2.2锂离子电池管理系统电路原理图认知011.电池组的数目是多少？2.维修开关位于哪两个电池组之间？3.图中的电池符号并不是一个最小单体电池，而是多个最小单体电池并联后形成的单体电池，这种并联可随意制成不同容量的单体电池。这种单体电池再串联形成电池组。电池组02电池组信息采集模块5.每个电池组配有一个电池组信息采集模块，用于采集电池单体电压和电池组两端的温度。6.每个电池采集模块，有有12V供电的正极，12V供电的负极，有一套CAN支线连到总线上。维修开关037.维修开关下部有微动开关串入互锁线路，在维修开关被取下后，通过这个微动开关将互锁线路断开？外接电池管理控制单元电池管理系统对高压电路的控制048.电池管理系统对电池箱内的继电器（如分压继电器1和2，正极继电器和负极继电器）和电池箱外的继电器（如交流充电继电器、正极主继电器、预充继电器）进行控制。电池电流传感器和绝缘检测059.霍尔式电流传感器信号的采集；10.绝缘报警等级的监测；1锂离子电池管理系统电路原理图认知06视频：锂离子电池管理系统电路原理图认知（见智慧职教MOOC任务2-4）

本节学习了锂离子电池管理系统的电路图，学习了电池组、电池采样、电池CAN总线、继电器控制、电流传感器和绝缘检测。本节并没有讲解电池的温度管理，这一部分内容会单独讲解。任务小结课后作业：高压继电器是布置于电池箱内的优点和缺点；高压继电器是布置于电池箱外的优点和缺点；14.2.3大众ID4电池管理高压系统认知01高压系统元件组成及参数

电池管理系统对高压继电器的控制是电池管理系统最重要的控制之一，事关高压能否安全地、正常地上电和下电。高压系统元件组成及参数01010203041.高压蓄电池参数电池箱外壳采用固体挤压铝型材，内部有纵向和横向加强件。方形的锂离子电池有三种版本，时代上汽为电池供应商，电池采用液冷方式，运行的温度范围为-28℃-60℃。厂家提供电池8年或120000km质保。第一种版在后驱车型上为361kg（采用156Ah电池，1P96S结构，8组电池能量为55kWh，电压350.4V，电池防护等级IP6K7），百公里耗电15.7kWh，NEDC工况为364公里，7.2kW充电机充电需要近8小时。第二种版本在后驱车型上为361kg（采用156Ah电池，1P96S结构，9组电池能量为62kWh，电池防护等级IP6K7）；百公里耗电16.3kWh，NEDC工况为523公里，7.2kW充电机充电需要近12小时。第一种和第二种版本电池模组单体电池块数12块，容时为156Ah，12S1P结构，总电压为44.4V、模组容量为6.87kWh，重量为30kg左右。第三种版本在在四驱车型为517kg（采用234Ah电池，1P96S结构，12组电池能量为82kWh，电压350.4V，电池防护等级IP6K9K），电池箱实物见图5-10所示，百公里耗电18.1kWh，NEDC工况为472公里，7.2kW充电机充电需要近12小时。01高压系统元件组成及参数67896.电池PTC加热器电池PTC加热器（Z132)负责对电压蓄电池进行加热，具备无级调节功能，冷却液进、出口安装有温度传感器。工作电压为150V-475V，加热时占空比调节范围为0-100%，最大功率为5.5kW，最高电流为30A，重量为4kg，加热功率由电池管理单元J840通过LIN进行控制。7.DC-DC转换器DC-DC转换器（A19)后驱车型位于前机仓，四驱车型位于后背箱，采用水冷方式，工作电压为150V-475V，最大功率为3kW，诊断地址为8105。DC-DC转换器（A19)内置有电容C25，在高压下电后需等待此电容放电后再进行操作。8.驾驶室空气加热器驾驶室空气加热器（ZX17)工作电压为150V-475V，采用LIN通讯。转速通过占空比调节，调节范围为0-100%，最大功率为6kW，最高电流为21A，重量为1.9kg。一条等电位线与车身相连，绝缘电阻大于10MΩ。驾驶室空气加热器（ZX17)内置有控制单元（J848)，由空调控制单元J979通过LIN总线对控制单元（J848)进行控制和监控。9.继电器及保险如图所示为ID高压电路连接关系。其中高压电路连接器采用为高级触电防护等级而开发的新部件，连接器金属采用了更大的接触面积来增加接触可靠。正极继电器箱包括正极继电器J1052、直流充电正继电器J1057、S352是一个过流保险。负极继电器箱包括负极继电器J1053、直流充电负继电器J1058，保险丝S351是一个圆形的燃爆保险丝，在撞车时燃爆断开。J1052、J1053、J1057和J1058四个继电器都有继电器触点监控设计。电流测量采用在负极线上用分流电阻（Shunt)测量，共有电流1和电流2两个测量点。电池管理系统对继电器的控制（一）上电时申请过程15#线接通（原来的点火开关供电，仪表灯亮后），踩下制动踏板，线控换档杆移至D位或R位时申请高压上电。（二）上电执行过程1.上电预充：铅酸蓄电池的12V电经双向DC-DC转换器升压到动力蓄电池电压后给DC-DC转换器内的电容器充

电，完成电容的预充过程2.高压上电：预充完成后，电池箱内的正极继电器、负极继电器闭合完成高压系统上电。02

本节我们学习了大众车系电池箱内的高压元件组成及元件参数，以及其电池管理系统是如何对高压系统进行控制。任务小结课后作业：电池管理系统能否对高压系统的继电器进行主动测试？14.2.4三元锂离子电池充、放电平衡管理认知01什么是锂离子电池的充、放电平衡

大多数混合动力汽车和所有的纯电动汽车都采用锂离子电池。锂离子电池单体和单体串联使用，表面似乎没有什么大问题。实际锂离子电池间会因生产、贮存及使用（如原材料差别、切割尺寸差别、贮存时间差别、温度差别、新旧电池的差别）造成锂离子电池的单体和单体间有一定差别，这种差别会造成电池在同样放电和充电电流的情况下发生的物理和化学反应不尽相同，长期积累下来就会产生容电量下降，充电压电压快速上升等，或内阻增加等。01什么是锂离子电池的充、放电平衡充、放电平衡：

在电池串联充电过程中，对电压最先升高到上限电压的电池进行放电，对低电压的电池单体进行充电，最终达到所有电池充满。02充、放电平衡管理工作原理

具体工作原理：右侧DC-DC转换器（充电器）主电路在DC-DC转换器控制器的控制下实现对左侧电池的充电和放电。

电路组成：V5、V6组成一个双向开关，V7、V8组成一个双向开关，共同为左侧的8个单体电池充电，每个单体电池出会有两个双向双开关。

例如：图中cell8电池的V1和V2组成的一个双向开关，V3和V4组成的一个双向开关（其它单体电池未做标注），8个