学习单元BMS系统的认知课件

学习情境三：动力电池及管理系统拆装与检测学习单元3.3BMS系统的认知课程内容12345任务导入学习目标理论知识拓展阅读实践技能6单元小结任务导入小王在丰田某4S店工作，今天接了一辆混动卡罗拉轿车，师傅要求小王更换该车的HV蓄电池鼓风机，你知道如何安全、规范的进行HV蓄电池鼓风机的更换么？学习目标1．能通过与客户交流、查阅相关维修技术资料等方式获取车辆信息。2．能根据要求制定正确的更换计划。3．能正确选择诊断设备对HV蓄电池鼓风机行拆卸和安装。4．能正确记录、分析各种检查结果并做出故障判断。理论知识HV蓄电池BMS的作用BMS系统组成HV蓄电池信息监测HV蓄电池冷却控制理论知识电池管理系统的主要功能包括：（1）充电均衡：在充电过程中，保证系统内所有电池的电池端电压在每一时刻有良好的一致性；当模块的达到调整极限仍然保证不了电池电压一致性时，要通过声光及通讯方式将异常的电池编号报告到主控机并通过主控机报告到整车管理系统；（2）过流过压示警：当出现电池的电流电压超过保护标准，示警指示；在过流或是过压消失后，示警指示取消；（3）电压采样：模块具有电压采样，并将采样数据记录下来，供模块自身分析；（4）充放电电流采样：模块具有充电放电电流采样，并将采样数据记录下来，供模块自身分析；3.3.1HV蓄电池BMS的作用理论知识（5）自检功能：通过电压、电流、温度等数据，能分析电池是否正常工作，并能有手段自动测试其它的功能是否正常，在每隔一定的时间周期时，均要进行自检；（6）外电路故障保护：当外部电路出现严重故障或失效时，模块要能产生安全保护，使电池不致过放，过充，短路等，最关键是不能出现过充和短路；（7）温度检测与保护：模块能对电池的温度进行测量与记录，在温度超过规定上限时，切断电池充放电回路并给出声光报警；（8）通讯功能：模块与系统主控部分通过SPI或电流环进行通讯，所有单体电池的分析数据均能实时传到主控单元。3.3.1HV蓄电池BMS的作用理论知识以混动卡罗拉为例，其BMS系统主要包括HV蓄电池ECU、电压检测、电流监测、温度检测、绝缘电阻检测、冷却风扇、继电器控制以及对外通讯电路。如图3-2-1所示。HV蓄电池智能单元监控电池的温度、电压、电流、绝缘状态，并能够控制冷却风扇对电池进行温度控制，在充放电过程中还控制SMR接触器的开关状态。打开HV蓄电池能够看到BMS系统的主要硬件，如图3.3.2BMS系统组成理论知识3.3.2BMS系统组成理论知识BMS硬件结构主要包括：3个HV蓄电池主接触器（接线盒总成SMR）、HV蓄电池智能单元、冷却风扇等。混动卡罗拉轿车中，HV蓄电池智能单元（蓄电池电压传感器）作为HV蓄电池的ECU，主要有以下作用：1）监视HV蓄电池的状态（如电压、电流和温度），并将该信息传输至混合动力车辆控制ECU总成；2）检测执行冷却系统控制所需的鼓风机转速反馈频率并将其传输至混合动力车辆控制ECU；3）内部配有泄露检测电路，以检测HV蓄电池或高压电路的漏电情况。4）将以上信号转化为数字信号，并通过串行通信将其传输至混合动力车辆控制ECU总成。3.3.2BMS系统组成理论知识电池相关信息的获取主要通过传感器实现，主要的传感器有电流传感器、电压传感器以及温度传感器等。1.电流监测混动卡罗拉轿车利用电流传感器监测流进和流出电池的电流强度，其安装于直流母线上。混动卡罗拉HV蓄电池电流传感器实物如图3.3.3HV蓄电池信息监测理论知识2.电压监测HV蓄电池电压传感器能在电池组的多个测量点进行电压测量，并且比较电池模组不同部分的性能，以确认动力电池内部是否均衡。电压传感器测量单个电池的电压，也测量电池模组或动力电池组的电压。这使BMS能够对电池进行分段监测，每一段的电压和电量应该大致相同。BMS与每个检测点（通常是被测的单体电池或电池模组的正负极端子)之间通过电压传感采样线相连接。3.3.3HV蓄电池信息监测理论知识混动卡罗拉HV蓄电池在10个位置上监视电池模组电压。各电池模组电压检测电路如图3.3.3HV蓄电池信息监测理论知识当各电池模组电压低于固定值时，汽车的显示屏可能会显示故障诊断代码（DTC），保存在电池管理器中。HV蓄电池智能单元（蓄电池电压传感器）将这些电压信号进行整理并传输给混合动力车辆ECU。电池中的实物端子如图3.3.3HV蓄电池信息监测理论知识3.温度监测当计算电池组荷电量(SOC)、充放电比功率、动力电池的温度时使用多个温度传感器来监测电池温度。如图3-3-7所示混动卡罗拉HV蓄电池上面有三个电池温度传感器。3.3.3HV蓄电池信息监测理论知识温度检测电路图如图3.3.3HV蓄电池信息监测理论知识混动卡罗拉HV蓄电池采用风冷形式，如图3.3.4HV蓄电池冷却控制理论知识可以看出，混动卡罗拉HV蓄电池冷却系统包括近期通道、鼓风机、排气通道等，采用并行冷却方式。1.进排气管进气通道有1号进气管和2号排气管。如图3.3.4HV蓄电池冷却控制理论知识1号进气管入口在后排座椅左侧下方，安装有滤清器，如图3.3.4HV蓄电池冷却控制理论知识2.鼓风机鼓风机采用直流电机。3.冷却系统工作原理HV蓄电池冷却系统电路如图3.3.4HV蓄电池冷却控制拓展阅读HV蓄电池热管理系统的设计拓展阅读美国国家可再生能源试验室（NREL）的AhmadA.Pesaran等人提出的电池组热管理系统设计的一般过程最具有代表性，其设计过程包括以下7个步骤：1）考虑热管理系统的设计目标和制约因素；2）测量和估计电池模块的生热率以及热容量；3）热管理系统首轮评估（包括设计加热或散热系统等）；4）预测电池包的热场分布；5）初步设计热管理系统；6）设计热管理系统并进行试验；7）热管理系统的优化。3.3.5HV蓄电池热管理系统的设计拓展阅读3.3.5HV蓄电池热管理系统的设计拓展阅读图3-3-15电池热管理系统设计流程可以看出，需将单体电池特性（尺寸、空间、电化学），工作条件（功率需求、使用环境条件），电池模块/电池包冷却策略（主动或被动、空气或液体冷却、流动速率和温度循环）等条件都作为电池热管理设计的考虑条件。该模型使用这些输入条件去分析和预测热管理系统设计。通过改变设计的参数可以评价和优化系统设计的各项因素，如成本、体积、质量以及系统维护问题。3.3.5HV蓄电池热管理系统的设计拓展阅读在设计电池热管理系统时，希望选择的风机种类与功率、温度传感器的数量与测温点位置都恰到好处。以空冷散热方式为例，设计散热系统时，在保证一定散热效果的情况下，应该尽量减小流动阻力，降低风机噪音和功率消耗，提高整个系统的效率。可以用实验、理论计算和流体力学的方法通过估计压降、流量来估计风机的功率消耗。当流动阻力小时，可以考虑选用轴向流动风扇；当流动阻力大时，离心式风扇比较适合。当然也要考虑到风机占用空间的大小和成本的高低。寻找最优的风机控制策略也是热管理系统的功能之一。3.3.5HV蓄电池热管理系统的设计实践技能利用故障诊断仪读取混动卡罗拉HV蓄电池信息HV蓄电池鼓风机的更换HV蓄电池冷却滤清器的检查与更换实践技能操作中，请严格按照安全规范进行操作安全提示实践技能打开车门，铺设主驾驶席三件套，铺设副驾驶席两件套，将丰田专用故障诊断仪诊断线与DLC3诊断接口连接，如图3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能点火开关置“ON位”，系统上电，点击诊断仪屏幕上诊断程序Techstream，如图3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能点击与“车辆连接”选项，如图3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能选择选项TFTMProduct和1704后点击下一步，选择“混合动力控制”3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能点击下一步后，点击数据列表选项，显示HV蓄电池剩余电量、HV蓄电池最大剩余电量、HV蓄电池最小剩余电量、HV蓄电池总电压、HV蓄电池输出电流如图3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能数据流分别显示9组混合动力电池组电压，如图3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能数据流分别显示9组混合动力电池组内阻，如图3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能数据流分别三个温度传感器温度、冷却风扇状态等，如图3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能退出诊断程序，关闭系统，关闭点火开关，拆下诊断连接线，拆下副驾驶席两件套，拆下主驾驶席三件套，关闭车门。3.3.6读取HV蓄电池信息实践技能1.HV蓄电池鼓风机的拆卸（1）拆卸备胎罩（2）拆卸行李箱前装饰罩（3）拆卸后排座椅总成按照要求，拆卸后排座椅总成。（4）拆卸车内3号电子钥匙天线总成分离两个卡爪，如图3.3.7HV蓄电池鼓风机的更换实践技能（5）拆卸HV蓄电池1号进气管（6）拆卸HV蓄电池冷却鼓风机总成断开蓄电池冷却鼓风机总成连接器，分离两个卡夹，如图3.3.7HV蓄电池鼓风机的更换实践技能拆卸3个螺母，分离两个卡爪，从HV蓄电池上拆下蓄电池冷却鼓风机总成。如图3.3.7HV蓄电池鼓风机的更换实践技能2.HV蓄电池鼓风机的安装（1）安装鼓风机1）结合2个卡爪将蓄电池冷却鼓风机总成安装到HV蓄电池上，注意不要触摸蓄电池冷却鼓风机总成的风扇部位，不要用线束提升冷却鼓风机总成；2）然后安装3个螺母，扭矩为7.5N*m；3）结合2个卡夹；4）连接HV蓄电池冷却鼓风机总成连接器。3.3.7HV蓄电池鼓风机的更换实践技能（2）安装混合动力蓄电池1号进气管1）结合2个卡爪以安装混合动力蓄电池1号进气管；2）安装卡子，并却把卡子安装到位。（3）安装车内3号电子钥匙天线总成1）连接连接器；2）结合2个卡爪，安装车内3号电子钥匙天线总成。3.3.7HV蓄电池鼓风机的更换实践技能（4）安装后排座椅总成按照操作规范，安装后排座椅总成。（5）安装行李箱前装饰罩结合2个紧固件，安装行李箱前装饰板。（6）安装备胎罩按照操作规范，将备胎罩安装到位。3.3.7HV蓄电池鼓风机的更换实践技能如果组合仪表总成的多信息显示屏上显示“MaintenanceRequiredforHybridBatteryCoolingPartsatYourDealer”（请在经销商处进行混合动力蓄电池冷却零件所需保养），则需拆下HV蓄电池冷却鼓风机滤网并进行检查。1.冷却滤清器的拆卸1）拆卸后排座椅座垫侧盖，如图3.3.8冷却滤清器的检查与更换实践技能2）拆卸蓄电池冷却鼓风机滤网：首先分离两个卡爪3.3.8冷却滤清器的检查与更换实践技能然后从后排座椅座垫侧盖上拆下HV蓄电池1号进气滤清器和HV蓄电池冷却鼓风机滤网3.3.8冷却滤清器的检查与更换实践技能从HV蓄电池1号进气滤清器上拆下HV蓄电池冷却鼓风机滤网3.3.8冷却滤清器的检查与更换实践技能2.冷却滤清器的检查如果在交通拥挤或尘土过多的区域驾驶车辆，或如果后排座椅使用频繁，则蓄电池冷却鼓风机滤网可能阻塞，必要时清洁或更换HV蓄电池冷却鼓风机滤网。（1）检查HV蓄电池冷却鼓风机滤网目视检查HV蓄电池冷却鼓风机滤网，要求无阻塞或损坏，如果不符合要求，则更换HV蓄电池冷却鼓风机滤网。注意：不要在HV蓄电池冷却鼓风机总成安装在车辆上时进行清洁。如果滤网损坏，则检查HV蓄电池冷却鼓风机总成内是否有异物，必要时清洁或更换冷却鼓风机总成。用压缩空气清洁鼓风机总成时，确保固定鼓风机风扇。3.3.8冷却滤清器的检查与更换实践技能缩空气清洁鼓风机总成时，确保固定鼓风机风扇。（2）清洁蓄电池冷却鼓风机滤网清洁滤网时不要使用水或其他液体，仅能使用压缩空气；为防止滤网损坏，不要使用钢丝球或者刮板；不要在HV蓄电池冷却鼓风机滤网安装在车辆上时进行清洁；使用压缩空气时，喷气口距离滤网至少30mm。3