《新能源汽车动力蓄电池及管理系统技术》课件-项目5 BMS传感器与执行部件

《新能源汽车动力蓄电池及管理技术》电压采样线束的认知与检测一、电压采样线束的认知与检测作用动力电池组电压采样线束是用于采集动力电池组中各单体电池或模组的电压。当检测到某单体电池或模组电压出现异常时，BMS可依据采样线束提供的信息及时采取措施，如切断电路，防止电池热失控等安全事故发生。工作原理通常线束一端连接到单体电池或模组的正负极，另一端连接到BMS的采样电路。一般采用多线制，每根线对应一个单体电池或模组的电压采样点，也有采用总线式通信的方式，通过一根或几根线实现多个采样点的电压信息传输。作用动力电池组电压采样线束是用于采集动力电池组中各单体电池或模组的电压。当检测到某单体电池或模组电压出现异常时，BMS可依据采样线束提供的信息及时采取措施，如切断电路，防止电池热失控等安全事故发生。工作原理通常线束一端连接到单体电池或模组的正负极，另一端连接到BMS的采样电路。一般采用多线制，每根线对应一个单体电池或模组的电压采样点，也有采用总线式通信的方式，通过一根或几根线实现多个采样点的电压信息传输。一、电压采样线束的认知与检测传统电压采样线束CCS集成母排电压采样线束的分类由多根绝缘导线组成，每根导线负责一个采样点的电压传输。优点是结构简单、成本较低；缺点是占用空间大、布线复杂、易受电磁干扰，且装配依赖人工，自动化程度低。传统线束01采用FPC（柔性印刷电路板）、PCB（印刷电路板）等替代传统线束。具有结构轻薄、集成度高、密封性好、耐候性强等优点，可提高电池包空间利用率和组装效率，便于自动化作业。CCS集成母排02一、电压采样线束的认知与检测电压采样线束常见故障包括线束断路、短路、接触不良、绝缘损坏等。断路可能是由于线束受到外力拉扯、磨损或内部导线断裂等原因引起；短路可能是因为绝缘层破损、线束之间相互挤压或与其他金属部件接触等；接触不良则可能是连接器松动、氧化或腐蚀等导致。电压采样线束故障影响：会使BMS无法准确获取电池电压信息，导致SOC估算不准确、电池过充或过放，影响电池性能和寿命，严重时可能引发安全事故，如电池热失控、起火等。一、电压采样线束的认知与检测电压采样线束的认知与检测当BMS检测到单体电池电压异常，检查线束与电池、BMS之间的连接是否出现松动、断线、脱落。电压采样线束为CCS集成母排时，检查采集铜排是否出现是否出现松动、断线、脱落，同时还必须关注采集线上保险丝是否已经熔断。电压采样线束保险丝已经熔断《新能源汽车动力蓄电池及管理技术》电流传感器的认知与检测电流传感器的认知与检测概述动力电池组电流传感器是电池管理系统（BMS）的核心组件之一，其核心作用在于实时监测电池的充放电电流，并通过精确的数据反馈为电池安全、效率和寿命管理提供关键依据。具体功能包括：电流状态监测，实时采集电池组的充放电电流数值，用于计算电池的剩余电量（SOC）和健康状态（SOH），检测异常电流波动如短路、过流，及时触发BMS保护机制；能量管理与效率优化；安全保护与故障诊断；与温度传感器的协同作用，电流数据与温度传感器信息联动，评估电池发热与散热是否匹配，优化热管理策略。电流传感器的认知与检测技术类型与特点分流器（Shunt）成本低、精度高，但存在功耗和发热问题，需配合温度补偿使用。霍尔效应传感器非接触式测量，隔离高压与低压回路，抗干扰强，适用于大电流场景。磁通门传感器超高精度与线性度，多用于实验室或高端车型，成本较高。电流传感器的认知与检测（1）使用分流器实现。分流器本质上就是一个阻值很小的电阻，当有直流电流通过时，可在电阻的两端产生一个与电流成比例关系的毫伏级电压信号。分流器的电流计算原理，以100A/75mV的分流器为例。该分流器的阻值当有100A直流电流通过时，分流器测量端子两端的电压为75mV。

（一）动力蓄电池总成总电流检测的方法二.电流传感器的认知与检测电流传感器的认知与检测（1）使用分流器实现。（一）动力蓄电池总成总电流检测的方法二.电流传感器的认知与检测左图所示分流器，测量误差为

0.5%，主回路大电流通过粗的螺栓接入，电压测量十字螺钉接入。因电流有热效应，温度升高，电阻阻值变大，分流器不可超量程使用，否则测量误差较大。电流传感器的认知与检测（2）使用霍尔电流传感器实现。（一）动力蓄电池总成总电流检测的方法二.电流传感器的认知与检测霍尔电流传感器是一种基于霍尔效应的电流检测装置。霍尔效应：当电流通过一个位于磁场中的导体材料时，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差，这个电势差称为霍尔电势差（或霍尔电压），其大小与电流强度的大小成正比。电流霍尔传感器原理图电流传感器的认知与检测（2）使用霍尔电流传感器实现。（一）动力蓄电池总成总电流检测的方法二.电流传感器的认知与检测霍尔电流传感器的使用电源连接：霍尔电流传感器一般需要外接电源，通常为

15V直流电源。要根据传感器的规格要求，正确连接电源的正负极，确保电源电压稳定且在传感器的工作电压范围内。信号输出线连接：传感器的信号输出线一般分为模拟量输出和数字量输出两种。模拟量输出通常为电压信号或电流信号，需将输出线连接到对应的测量仪器或控制系统的模拟量输入端口。数字量输出则需根据通信协议和接口类型，如RS485、CAN等，将输出线连接到相应的通信接口模块。屏蔽线的处理：为了减少电磁干扰，信号输出线最好采用屏蔽线。屏蔽层应一端接地，接地要可靠，避免出现虚接或接地不良的情况。《新能源汽车动力蓄电池及管理技术》温度传感器的认知与检测温度传感器的认知与检测概述温度对电池的性能和寿命影响很大。温度传感器的作用是监测电池组的温度，防止过热或过冷，确保电池工作在安全范围内。动力电池模组温度传感器温度传感器的认知与检测1.温度传感器类型NTC热敏电阻：最常用，因成本低、灵敏度高，电阻随温度升高而降低，需配合分压电路使用。热电偶：适用于宽温度范围，但信号较弱，需放大电路。数字传感器（如DS18B20）：直接输出数字信号，抗干扰强，但成本较高。红外传感器：非接触式，适合监测表面温度，但易受环境干扰，多用于辅助监测。DS18B20温度传感器NTC热敏电阻温度传感器的认知与检测动力电池模组温度传感器一般采用负温度系数NTC电阻，要求温控反应速度快稳定性好，可靠性高。探头材质采用铜镀锡、铝等。温度传感器的输出是电阻信号，当动力电池模组温度升高时，阻值下降；当动力电池模组温度下降时，阻值上升,阻值（R25°C):2k

~100k

。热敏电阻的电阻-温度特性T/℃0RNTC：负温度系数热敏电阻温度传感器的认知与检测2.布置位置电池单体表面：直接监测发热源，如正负极附近。模组间空隙：评估整体温度分布，避免局部过热。关键连接点：如Busbar、高压连接器等易发热区域。冷却系统进出口：监测散热效率（如水冷/风冷系统）。温度检测一般通过在电池模组上设置温度传感器来实现。温度传感器通常设置在电池模组的接线柱附近，测量单体电池的极柱温度。BYD秦动力电池组贴片式温度传感器T2温度传感器的认知与检测温度传感器的测量导线分别连接BMS从板线束连接器对应的端子，其所测信号由BMS从板进行处理，并经内部CAN总线传递至BMS主板。3.与BMS的接口设计模拟信号传输NTC通过分压电路转换为电压信号，经ADC模块输入BMS。数字信号传输使用I2C、SPI或单总线协议（如DS18B20），减少信号衰减。冗余设计关键区域部署多个传感器，BMS采用多数表决机制提升可靠性。温度传感器的认知与检测4.性能要求精度通常需±1°C以内，高精度场景要求±0.5°C。响应时间快速充放电时需毫秒级响应（如<100ms）。工作温度范围-40°C至125°C（汽车级标准），部分场景需更高耐温。温度传感器的认知与检测5.可靠性与耐久性环境适应性防震（如符合ISO16750振动标准）、防水（IP67/IP69K）。故障诊断BMS检测开路/短路、数据超限等异常，触发安全机制（如降功率或停机）。长寿命设计需匹配电池组寿命（通常8-10年），避免老化漂移。温度传感器的认知与检测6.安装与材料接触式安装使用导热胶或金属支架固定，确保与电池表面紧密贴合。耐高温材料传感器封装材料需耐受高温（如硅胶、陶瓷）。EMC防护信号线采用屏蔽层，避免高压回路电磁干扰。温度传感器的认知与检测7.成本与量产低成本方案NTC为主流选择，尤其适合大规模量产。自动化安装设计标准化接口，适配机器人贴装或模块化插接。温度传感器的认知与检测8.软件处理数据滤波采用移动平均、中值滤波或卡尔曼滤波消除噪声。温度预测结合历史数据与充放电状态，预测热失控风险。动态阈值调整根据工况（如快充/慢充）调整温度报警阈值。温度传感器的认知与检测特斯拉动力电池组9.行业应用案例特斯拉采用多NTC传感器+分布式BMS架构，每模组部署多个监测点。宁德时代在电池模组内集成柔性温度传感器，提升空间利用率。BYD刀片电池使用薄膜型NTC，直接嵌入电池壳体内部。《新能源汽车动力蓄电池及管理技术》接触器的认知与检测四.接触器的认知与检测接触器是新能源汽车动力电池系统的关键部件，包括主正接触器、主负接触器及预充接触器。宁德时代动力电池组接触器电路通断控制：在动力电池系统中，负责控制电池与外部电路（如驱动电机、充电设备等）之间的电路通断。车辆启动时闭合，使电池为驱动电机等设备供电；车辆停止或出现故障时断开，切断电源，保障安全。安全保护：当动力电池系统出现过流、过热、过压、欠压等异常情况，或车辆发生碰撞等紧急状况时，能迅速切断电路，防止故障扩大，避免电池热失控、起火等安全事故。能量分配与管理：配合电池管理系统（BMS），根据车辆运行状态和电池状态，合理分配电能，实现电池的充放电控制，确保能量高效利用。在充电时控制电流从充电桩流入电池，行车时控制电池向电机供电。010203作用四.接触器的认知与检测动力电池组中的接触器是高压直流接触器，能承受高电压和大电流，具备良好的绝缘性能和灭弧能力。~常态-自然状态动态-通电状态电磁式接触器由电磁机构、触头系统和灭弧装置等组成。电磁机构包括线圈、铁芯和衔铁，线圈通电后产生磁场，使铁芯产生吸力吸引衔铁，带动触头系统的动触头与静触头闭合，接通电路；线圈断电后，磁场消失，衔铁在弹簧力作用下复位，触头断开，切断电路。灭弧装置用于熄灭触头分合时产生的电弧，保护触头和电路。01工作原理四.接触器的认知与检测接触器驱动线圈失效：表现为线圈短路或断路，导致接触器无法正常吸合或断开。接触器常见故障内部电子元件失效：对于含有电子电路的接触器，电子元件可能因过热、过电压、老化等原因失效，影响接触器的正常工作。触头烧结：由于电路过载、频繁通断、触头接触不良等原因，可能导致动、静触头的接合面在高温下熔化并粘连在一起，使接触器无法断开电路。0204运动机构卡塞：接触器的闭合和释放过程中，衔铁或动触头可能因机械故障、异物阻碍等原因发生卡塞，使触头无法正常动作。0103四.接触器的认知与检测直流接触器（线圈电压：12VDC，分断电流：200A，电压：750VDC）接触器的检测线圈的检测：测量线圈的阻值，如果阻值为零或者很大，表明接触器已经损坏；1动作测试：在线圈的两端加12V直流电压，观察接触器主触点是否动作。2《新能源汽车动力蓄电池及管理技术》绝缘电阻测试五.绝缘电阻测试保障安全：防止人员触电，避免因绝缘性能下降导致电流泄漏，对操作人员或使用者造成电击伤害。保护设备：确保动力电池组与车辆底盘或其他部件之间保持良好的绝缘，防止因绝缘故障引发电气短路，损坏电池组、车辆电气系统等设备。01测试目的GB/T18384：规定电动汽车绝缘电阻最低要求为直流100Ω/V，交流500Ω/V。GB/T38661：对电池管理系统（BMS）绝缘电阻检测的精度等作出规定，电池总电压（标称）400V（含）以上，绝缘电阻检测相对误差应为-20%~+20%；400V以下，绝缘电阻检测相对误差应为-30%~+30%。02测试标准动力电池组绝缘电阻测试是确保电池系统安全运行的重要环节。五.绝缘电阻测试离线测试：使用绝缘电阻测试仪，将测试仪的测试线分别连接到动力电池组的正负极和电池箱体或车辆底盘等接地点，施加规定的测试电压，如500VDC或1000VDC等，测量并记录绝缘电阻值。在线测试：通过BMS内部的绝缘电阻检测电路实时监测动力电池组的绝缘状态。03测试方法五.绝缘电阻测试摇表一种由电池供电的数字式绝缘电阻测试仪，它可以测试电压、绝缘电阻等。测量大电阻和绝缘电阻的检测仪表，计量单位是兆欧（MΩ），故又称兆欧表。Fluke1508型数字绝缘表手摇式绝缘电阻表数字绝缘表绝缘电阻测试仪手摇式绝缘电阻表测量仪器五.绝缘电阻测试绝缘电阻离线测试步骤02将绝缘电阻测试仪的正极