《纯电动汽车构造与检修》课件 第4章动力电池及管理系统

新能源汽车技术动力电池及管理系统新能源汽车的核心动力之源课程：第4章

动力电池及管理系统内容导航01系统认知动力电池系统的组成与功用02原理剖析电池单体、模组及充放电原理03管理保障电池管理系统的功能与工作04故障实战典型故障案例与排查方法05价值升华课程思政与产业自信CHAPTER系统认知认识动力之源从整体架构出发，理解动力电池系统的核心组成01动力电池系统整体架构动力电池系统由

电池包（动力电池模组）、动力输出及接口、采集系统、辅助元器件、冷却系统、电池管理（控制）系统

六大模块组成动力电池系统整体架构动力电池系统由

电池包（动力电池模组）、动力输出及接口、采集系统、辅助元器件、冷却系统、电池管理（控制）系统

六大模块组成核心作用：储存和释放电能驱动电机运转性能影响：直接影响续航里程、动力性能、充电时间等关键指标模块一·二电池包（动力电池模组）动力输出及接口模块三·四采集系统辅助元器件（电阻、继电器、熔断器、维护开关等）模块五·六冷却系统电池管理（控制）系统位置比亚迪秦EV前进舱内、低压蓄电池下方，靠近电池包优势便于实时获取电压、温度、电流等关键参数，实现均衡充电控制，确保系统安全高效运行动力电池系统的三大功用动力电池系统是新能源汽车的能量中枢提供动力来源储存电能驱动电机运转，直流电经控制器转换为交流电加速时按需求输出电能，电机迅速启动并输出扭矩影响车辆性能续航里程：能量密度高、容量大的电池，一次充电行驶数百公里动力性能：高功率密度电池短时间大量放电，实现几秒高速加速支持多种车载功能为空调、多媒体、照明等电气系统供电车辆启停过程中确保电气系统稳定运行CHAPTER原理剖析洞悉能量本质从单体到模组，掌握充放电的核心原理02电池单体的结构与材料电池单体是动力电池系统的基本单元，由正极、负极、电解液、隔膜四大核心组成正极材料磷酸铁锂：安全性与循环寿命较好，能量密度相对较低三元锂（NCM/NCA）：能量密度较高，高温安全性稍差充电时接受锂离子，放电时释放锂离子负极材料通常采用石墨充电时锂离子嵌入晶格，放电时锂离子脱出电解液锂盐（如六氟磷酸锂）溶解于有机溶剂（碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等）保障锂离子在正负极间往返移动隔膜位于正负极间的多孔高分子薄膜防止短路同时允许锂离子通过具备良好化学稳定性与机械强度电池模组组合与参数电池单体通过

串联、并联或串并联

组合成模组模组设计兼顾散热、固定与电气连接参数项数值参数项数值电池容量130Ah(1C)额定电压408.8V模组数量10个(4×16S+6×8S)电芯标称电压3.65V电芯数量112

个放电截止电压2.8V充电截止电压4.3V额定功率53.1kW接触器预充、正极、负极BIC解析数量12串联增加电压并联增加容量VS不同电池类型的性能对比电池类型铅酸电池镍氢电池三元锂电池磷酸铁锂能量密度30-50Wh/kg70-100Wh/kg180-230Wh/kg140-160Wh/kg功率密度低较高最高较高循环寿命300-500次600-1600次500-1500次1000-2000次自放电率较高低较低较低充电时间较长适中较短比三元锂电池长安全性最高高低比三元锂电池安全成本最低适中高比三元锂电池低三元锂能量密度180-230Wh/kg领跑，磷酸铁锂循环寿命1000-2000次与安全性更优——两大技术路线各有侧重充放电过程的核心原理锂离子迁移驱动能量转换充电过程外部电源电能经充电接口进入电池系统，正极锂离子脱出，经电解液向负极迁移并嵌入负极晶格01恒流充电电流不变，电压快速上升02恒压充电电压达上限后，电流逐渐减小直至充满放电过程负极锂离子脱出经电解液向正极迁移，外部电子从负极经电路流向正极形成电流，驱动电机运转电压随放电逐渐下降高倍率放电电压下降更快，可用容量减少BMS实时监测电压、电流、温度等参数，确保电池安全与稳定运行核心术语·结构与基本参数系统层级电池单体（Cell）构成电池系统的基本单元，由正极、负极、电解液和隔膜组成，是最小的可单独测试电池单元电池模组（Module）将多个电池单体通过串联、并联或串并联组合，满足车辆电压容量要求电池管理系统（BMS）监控和管理电池系统的电子系统，具备状态监测、状态估算、安全保护和均衡控制功能核心材料正极材料（Cathode）充电时接受锂离子，放电时释放锂离子负极材料（Anode）充电时锂离子嵌入，放电时锂离子脱出电解液（Electrolyte）在电池内部传导离子，保障正负极间锂离子移动隔膜（Separator）防止正负极接触短路，同时允许锂离子自由通过关键参数容量与额定容量容量是电池一定条件下能放出的电量，额定容量是标准条件下应能放出的最小电量，单位均为安时（Ah）术语·能量功率与状态指标能量指标能量密度质量型

Wh/kg

与体积型

Wh/L，储存电能的能力放电能量（DE）放电电压、电流与时间的乘积，单位

Wh功率指标功率密度质量型

W/kg

与体积型

W/L，快速输出或接收能量的能力峰值功率短时间内输出的

最大功率，用于急加速等高功率场景状态指标SOC剩余可用电量占额定容量的

百分比SOH当前实际容量与初始额定容量的

比值，反映老化程度SOE当前存储能量占额定能量的

百分比，基于能量而非电量电特性参数开路电压（OCV）无外接负载时的两端电压，估算

SOC

的参考内阻欧姆内阻与极化内阻，导致电压降与

热量产生术语·电压电流与充放电控制电压安全边界充电终止电压（CCV）锂电约4.2V停止充电放电终止电压（DCV）锂电2.75-3.0V防过放电流与倍率控制放电电流（DC）单位A，过大缩短寿命充电倍率（C-Rate）1C=1小时充满放电倍率（D-Rate）2D=2倍额定电流放电四种充电方式充电方式核心特征恒流充电（CC）电流不变，至电压达预设值恒压充电（CV）电压不变，电流逐渐减小均衡充电平衡各单体SOC差异涓流充电小电流维持满电或缓慢恢复寿命保护原则放电深度（DOD）浅充浅放延长循环寿命术语·寿命自放电与安全异常安全无小事，一个异常术语背后就是一道风险防线寿命与衰减循环寿命完整充放电循环次数，耐久性核心指标自放电率开路状态每月电量损失比例，如5%/月记忆效应不完全放电反复充电导致容量减小，锂电基本不存在内部异常ISC内部短路正负极直接接触形成低电阻通路，引发发热甚至燃烧爆炸OC过充电超充电终止条件继续充电，导致发热、鼓包、电解液分解甚至起火爆炸OD过放电低于放电终止电压仍继续放电，造成极板硫化、活性物质脱落等不可逆损坏热安全与系统防护TR热失控过充、短路、高温等引发放热反应恶性循环，最终起火爆炸，安全重点IR绝缘电阻正负极与外壳间电阻，高压系统中的重要安全指标安全性正常与异常工况下不起火、不爆炸的综合性能保障术语·整车性能与环境适应整车性能与环境适应：四大核心性能指标决定车辆综合表现续航里程最大行驶距离，单位

km，受能量容量、车辆能耗及环境条件影响充电速度低电量到高电量的充电时间，取决于充电倍率、桩功率、电池温度及

BMS

策略动力性能0-100km/h

加速、最高车速与爬坡能力，关联电池功率密度与峰值功率环境适应性不同温度、湿度、海拔下保持正常性能的能力，适应性越强性能衰减越小IP防护等级·定义与防尘等级IP（IngressProtection）防护等级由国际电工委员会制定，衡量电气设备外壳对固体异物和液体的防护能力。由两个数字组成：第一位表示防尘等级，第二位表示防水等级。防尘等级（由低到高）等级防护能力IP0X无防护IP1X防止大于

50mm

物体侵入IP2X防止大于

12mm

物体侵入IP3X防止大于

2.5mm

物体侵入IP4X防止大于

1.0mm

物体侵入IP5X无法完全防尘，但侵入灰尘量不影响正常运作IP6X完全防尘，有效阻挡粉尘、沙尘等固体异物IP防护等级·防水与应用意义防水等级（第二个数字）IPX1-2防止垂直或15°倾斜滴水日常轻微受潮IPX3-4防止喷射、飞溅水侵入雨天行驶、洗车IPX5-6防止大浪、强力喷水涉水路面、高压冲洗IPX730分钟浸水正常工作短暂涉水、意外落水IPX8长时间浸泡不损坏深水环境IPX9K高温高压喷水最高等级极端工业清洗应用意义防止水尘侵入→避免短路事故→提升环境可靠性→拓展户外作业、水下交通工具等复杂场景CHAPTER管理保障守护安全底线理解BMS如何保障电池安全与延长寿命03BMS核心功用·安全与寿命安全与寿命——BMS的两大核心使命保障电池安全过充过放防护实时监测电压，接近截止电压时控制电流直至停止，低于放电阈值时切断回路温度监控预警超过

45-50℃

时启动冷却或降流，极端情况完全切断电路延长电池寿命单体电量均衡主动或被动均衡，保持组内各单体电量一致电流倍率控制低温环境限制充电电流，建议

0.3-0.5C

倍率充放电BMS状态信息·SOC与SOH估算剩余电量（SOC）SOC定义电池剩余可用电量的百分比，驾驶员核心关注指标安时积分法根据充放电电流与时间计算电量变化开路电压法利用开路电压与SOC的对应关系估算持续校准优化因电池特性随时间、温度变化需优化估算算法评估电池健康状态（SOH）老化程度指标SOH反映电池老化程度，与容量衰减、内阻增加相关监测参数通过监测内阻变化、容量衰减等参数评估更换阈值容量衰减至初始容量的80%以下时需更换或维修BMS硬件组成与功能BMS硬件由四大核心模块构成，形成从感知到执行的完整链路传感器模块电压传感器安装于电池单体两端，精确测量单体电压电流传感器安装于主回路，测量充放电电流，为SOC估算提供关键依据温度传感器分布于单体表面与模组之间，实时监测温度变化通信接口采用CAN总线协议，向整车控制器、电机控制器发送电池状态并接收控制指令CAN总线控制器单元BMS核心硬件，采用高性能微处理器，接收传感器信号并按算法完成数据处理与决策高性能微处理器算法决策均衡电路被动均衡原理：并联电阻消耗多余电量特点：结构简单，能量利用率较低主动均衡原理：储能元件或DC-DC变换器转移能量特点：效率更高，结构复杂、成本高VSBMS软件部分与算法驱动硬件实现精准管控BMS软件是电池管理的智慧中枢数据采集与处理程序采集电压、电流、温度等信号，兼顾准确性与实时性采用均值滤波、卡尔曼滤波去除噪声干扰完成单位换算与数据校准，确保底层数据可靠状态估算算法程序SOC估算：安时积分法与开路电压法结合，积分累积误差由开路电压校准修正SOH估算：监测内阻变化与容量衰减评估老化程度，可借助电化学阻抗谱等方法测量内阻控制策略程序低电量保护：SOC较低时限制动力输出、降低车速并提醒充电充电智能调控：依据温度与SOC动态控制充电电流和充电模式异常紧急处置：出现过温、过压等故障时切断电路、发出警报BMS工作原理三阶段数据采集→处理估算→决策控制数据采集阶段电压、电流、温度传感器采集模拟信号经模数转换电路转换为数字信号传输给控制器单元数据处理与状态估算阶段控制器单元接收数字信号后进行滤波、校准利用状态估算算法估算SOC和SOH根据电池特性参数完成计算决策与控制阶段接近充电截止电压时，控制充电电路进入恒压充电或停止充电温度过高时，启动冷却系统或降低工作电流单体电量过高时，通过均衡电路进行均衡通过通信接口将状态信息发送给整车其他系统三阶段循环运行，持续保障电池系统安全与寿命CHAPTER故障实战实战检验真知从典型故障出发，掌握排查方法与技巧04故障案例·车型信息比亚迪

秦EV—典型纯电动车型故障分析对象核心动力参数整车品牌比亚迪整车型号秦EV电动机总功率100kW电动机总扭矩180N·m驱动电机数单电机电池与充电参数快充电量80%电池容量47.53kWh（续航405KM）/53.56kWh（续航450KM）充电时间快充

1.3h（405KM版）/慢充

14.4h（405KM版）电路图电路图故障排除流程图故障现象一·BMS供电与通讯仪表点亮，OK灯不亮，高压无法上电，SOC不显示，动力电池故障灯亮，BMS无法通讯仪表显示SOC，系统故障灯亮，提示"EV功能受限""请检查动力系统"无常电故障供电保险

F1/4

熔断线路断路CAN总线

断路

或

虚接通讯中断BMS本体内部损坏供电与通讯模块故障IG3电故障保险丝

F1/34

下游供电线路故障故障现象二·高压互锁与BIC通讯三类高压系统故障的排查路径EV功能受限——三类高压系统故障的排查路径高压互锁故障故障现象：整车系统故障指示灯点亮，提示"EV功能受限"，解码器读取高压互锁1（或2）故障原因分析：高压互锁回路故障，含交流高压互锁回路和直流高压互锁回路BIC通讯超时故障现象：动力电池故障指示灯常亮，解码器读取BIC1-BIC8通信超时原因分析：BMS供电F1/4保险丝下游至BK45(A)28号脚断路、BK51的11/16号脚通讯模块供电搭铁线断路、电池子网CAN总线断路接触器控制故障故障现象：仪表显示SOC，系统故障灯点亮，提示"EV功能受限"，有接触器相关故障码原因分析：BMS至动力电池包的接触器供电和控制线路故障，含主正接触器、主负接触器和预充接触器BMS双模块原理图解析BMS（A）模块供电无IG电，共用常电

F1/4通讯电池子网CAN总线→动力电池包内部

8路采集板功能接收电压、电流、温度等信息，转发至BMS（B）控制预充接触器、主正接触器、主负接触器BMS（B）模块供电IG3电F1/34（独立供电）通讯动力网CAN总线→整车其他模块功能高压互锁检测

主控模块信息发送动力电池电量等数据两模块协同：BMS（A）专注采集与接触器控制，BMS（B）负责对外通讯与高压安全互锁电池管理系统故障排除流程主要表现为：无法通讯、接触器不闭合、高压互锁故障修复后必须验证：高压上电恢复正常BMS故障→整车高压无法上电故障排查六步递进01确认状态与读取故障码高压上电状态、仪表提示、解码器故障码02检查BMS供电常电F1/4、IG3电F1/34线路及保险丝03检查通讯网络CAN总线断路/虚接、电池子网通讯状态04检查高压互锁回路交流高压互锁回路、直流高压互锁回路05检查接触器线路主正、主负、预充接触器供电与控制线路06定位修复并验证综合