項目三動力電池管理系統(tǒng)檢測與調(diào)試任務(wù)一電池管理系統(tǒng)認知新能源汽車動力蓄電池及管理技術(shù)

1.掌握動力電池系統(tǒng)BMS組成與功能。2.掌握動力電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作過程。3.掌握動力電池管理系統(tǒng)通訊方式及通訊故障。知識目標學習目標1.能夠闡述動力電池系統(tǒng)BMS的功能。2.能夠繪制動力電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3.能夠識別秦EV的電池包系統(tǒng)零部件以及功能。技能目標1.通過本任務(wù)的學習，培養(yǎng)學生勤于思考、敢于挑戰(zhàn)和勇于攀登的創(chuàng)新精神。2.通過對本任務(wù)的學習，培養(yǎng)學生抽絲剝繭、精益求精和十年磨一劍的大國工匠精神。3.通過本任務(wù)學習，鍛煉學生集思廣益、精誠團結(jié)和群策群力團隊協(xié)作能力。4.嚴格執(zhí)行7S現(xiàn)場管理。職業(yè)素養(yǎng)目標1電池管理系統(tǒng)(BMS）可以比喻成電動汽車電池的“大腦”，由于動力單體電池的不一致性易出現(xiàn)過充、過放和局部過熱的危險，嚴重影響電池組的使用壽命和安全，BMS作為保護動力電池使用安全的控制系統(tǒng)，時刻監(jiān)控電池的使用狀態(tài)，通過均衡功能調(diào)節(jié)電池組的不一致性，為新能源車輛的使用安全提供保障。目前國內(nèi)的電池系統(tǒng)管理技術(shù)比較成熟，可以有效保證單體電池成組后，動力電池的安全、壽命、充放電等方面具有優(yōu)良的性能。不過為避免發(fā)生電池自燃漏電等事故，BMS研發(fā)技術(shù)仍需不斷提升，大量的測試與研發(fā)崗位緊缺。本任務(wù)將主要介紹BMS結(jié)構(gòu)、組成、功能、以及測試等方面相關(guān)領(lǐng)域知識，為未來崗位奠定基礎(chǔ)。任務(wù)導入1任務(wù)導入1動力電池管理系統(tǒng)概述與功能13動力電池管理系統(tǒng)工作原理2動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)目

錄動力電池管理系統(tǒng)通訊方式4實踐擴展篇5動力電池管理系統(tǒng)概述與功能PART01一.動力電池管理系統(tǒng)概述與功能（一）概述動力電池管理系統(tǒng)（簡稱BMS）是對電池進行監(jiān)控與控制的系統(tǒng)，將采集的電池信息實時反饋給用戶，同時根據(jù)采集的信息調(diào)節(jié)參數(shù)，充分發(fā)揮電池的性能。包括BMS電池管理系統(tǒng)、控制模組、顯示模組、無線通信模組、電氣設(shè)備、用于為電氣設(shè)備供電的電池組以及用于采集電池組的電池信息的采集模組。概述通過通信接口分別與無線通信模組及顯示模組連接，與采集模組的輸出端，控制模組的輸入端連接，以及電池組及電氣設(shè)備連接，更有新型現(xiàn)代化BMS電池管理系統(tǒng)通過無線通信模塊與Server服務(wù)器端連接，實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)。概述一.動力電池管理系統(tǒng)概述與功能（二）功能電池管理系統(tǒng)的主要功能有能量管理、安全管理、熱管理、數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)計算、均衡管理、通信功能和人機接口等可以防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。功能概述電池管理系統(tǒng)功能示意一.動力電池管理系統(tǒng)概述與功能（二）功能能量管理包括以電流、電壓、溫度、SOC和SOH為輸入進行充電過程控制，以SOC、SOH和溫度等參數(shù)為條件進行放電功率控制兩個部分。能量管理安全管理包括溫度報警、絕緣檢測、自動滅火、過電壓和過電流控制、過充放電控制，在發(fā)生碰撞緊急情況下關(guān)閉電池功能。安全管理一.動力電池管理系統(tǒng)概述與功能（二）功能熱管理包括在電池工作溫度超高時進行冷卻，低于適宜工作溫度下限時進行電池加熱，使電池處于適宜的工作溫度范圍內(nèi)，并在電池工作過程中總保持電池單體間溫度均衡。熱管理數(shù)據(jù)采集采集的動力電池數(shù)據(jù)，采樣速率、精度和前置濾波特性是影響電池系統(tǒng)性能的重要指標，電動汽車電池管理系統(tǒng)的速率一般要求大于200Hz（50ms）。數(shù)據(jù)采集電池信息采集器（秦EV）一.動力電池管理系統(tǒng)概述與功能（二）功能電池狀態(tài)計算包括電池組荷電狀態(tài)（SOC）和電池組健康狀態(tài)（SOH）兩方面。SOC表示動力電池組剩余電量，是計算和估計電動汽車續(xù)駛里程的基礎(chǔ)。SOH表示電池技術(shù)狀態(tài)，可以預計可用壽命等健康狀態(tài)的參數(shù)。電池狀態(tài)計算SOC和SOH監(jiān)測界面一.動力電池管理系統(tǒng)概述與功能（二）功能均衡管理是由于電池的一致性差異導致，電池組的工作狀態(tài)是由最差電池單體決定的，在電池組各個電池之間設(shè)置均衡電路，實施均衡控制是為了使各電池單體充放電的工作情況盡量一致，提高整體電池組的工作性能。均衡管理通信功能是指通過電池管理系統(tǒng)實現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設(shè)備或非車載設(shè)備的通信，為充放電控制、整車控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)是電池管理系統(tǒng)的重要功能之一。通信功能一.動力電池管理系統(tǒng)概述與功能（二）功能人機接口是根據(jù)設(shè)計的需要設(shè)置顯示信息以及控制按鍵、旋鈕等。人機接口動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)PART02二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成BMS電器框架，包括硬件、底層軟件和應(yīng)用層軟件三部分。BMS電器架構(gòu)圖二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-硬件電池管理器是連接外部通信和內(nèi)部通信的平臺，主要功能是實時接收電池信息采集器采集的單體電壓、溫度信息；接收高壓盒反饋的總電壓和電流情況；電池管理系統(tǒng)與整車控制器的通信；電池管理系統(tǒng)與直流充電樁進行直流充電樁進行通訊；電池管理器（BMC）控制正主繼電器吸合或斷開、控制充/放電電流和電池加熱的大小情況；喚醒電池管理系統(tǒng)的應(yīng)答。電池管理器電池管理器二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-硬件BSU用于管理某電池堆簇的運行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和人機交互功能。具有集成度高、結(jié)構(gòu)簡單，降低了設(shè)備在安裝和調(diào)試中的復雜程度，同時提高了調(diào)試效率的優(yōu)勢。電池堆管理器電池堆管理器（從控制器）二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-硬件高壓盒，又名絕緣檢測盒，作用是監(jiān)控動力電池的總電壓和絕緣性能，它的主要功能是監(jiān)控動力電池的總電壓（繼電器內(nèi)外4個監(jiān)測點）、檢測高壓系統(tǒng)絕緣性能、監(jiān)控高壓連接情況（含繼電器觸點閉合狀態(tài)檢查），然后將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)反饋給電池管理器。高壓盒高壓盒二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-硬件電池采集器主要作用是電池電壓采樣、溫度采樣、電池均衡、采樣線異常檢測等；然后將采集到的數(shù)據(jù)反饋給電池管理器。電池信息采集器預充繼電器與預充電阻在放電或充電初期，需閉合預充繼電器進行預充電，預充完成后吸合放電/充電接觸器斷開預充繼電器。預充繼電器與電阻二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-硬件電流傳感器的類型主要是無感分流器，在電阻的兩端形成毫伏級的電壓信號，用于監(jiān)測母線充、放電電流的大小。熔斷器主要用于防止能量回收時過電壓、過電流或放電時過電流。電流傳感器與熔斷器二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-軟件一般正常上電時，會由VCU通過硬線或CAN信號的12V來喚醒BMS，待BMS完成自檢及進入待機后VCU發(fā)送上高壓指令，BMS控制閉合繼電器完成上高壓。下電時VCU發(fā)送下高壓指令后再斷開喚醒12V。下電狀態(tài)插槍充電時可通過CP或A+信號喚醒。高低壓管理二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-軟件①慢充慢充是由交流充電樁(或220V電源)通過車載充電機將交流轉(zhuǎn)化為直流給電池充電，也可通過家用電源進行充電?？赏ㄟ^CC或CP信號喚醒BMS，但應(yīng)保證充電結(jié)束后能正常休眠。交流充電流程比較簡單。②快充快充是由直流充電樁輸出直流給電池充電。通過充電樁的輔助電源A+信號喚醒，國標中快充流程比較復雜，因此快充適配性是衡量BMS產(chǎn)品性能的一項關(guān)鍵指標。充電管理二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-軟件①

SOP（功率狀態(tài)）主要是通過溫度和SOC查表得到當前電池的可用充放電功率，VCU根據(jù)發(fā)送的功率值決定當前整車如何使用。②SOH（電荷狀態(tài)）主要表征當前電池的健康狀態(tài)，為0-100%之間數(shù)值，一般認為低于80%以后電池便不可再用。準確的SOH會提高電池衰減時其他模塊的估算精度。③

SOC（容量狀態(tài)）屬于BMS核心控制算法，表征當前的剩余容量狀態(tài)，主要通過安時積分法和EKF(擴展卡爾曼濾波)算法，并結(jié)合修正策略。④SOE（能量狀態(tài)）算法國內(nèi)廠家現(xiàn)在開發(fā)的不多，或采用較為簡單的算法，查表得到當前狀態(tài)下剩余能量與最大可用能量的比值。該功能主要用于剩余續(xù)航里程估算。估算功能二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（一）組成-軟件針對電池的不同表現(xiàn)情況，區(qū)分為不同的故障等級，并且在不同故障等級情況下BMS和VCU都會采取不同的處理措施，警告，限功率或直接切斷高壓。故障包括數(shù)據(jù)采集及合理性故障、電氣故障(傳感器和執(zhí)行器)、通訊故障及電池狀態(tài)故障等。故障診斷均衡功能是為了消除在電池使用過程中產(chǎn)生的電池單體不一致性。均衡包括主動均衡和被動均衡，主動均衡不會造成能量損失，但是結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，對于電器元件要求也較高，相對來說被動均衡結(jié)構(gòu)簡單，成本也低了很多，只是能量會以熱量的形式散發(fā)浪費掉。均衡控制二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（二）結(jié)構(gòu)中央控制單數(shù)據(jù)采集單元等形成整個電源系統(tǒng)的管理單元，對電源系統(tǒng)的基本信息如電壓、電流、溫度進行采樣，然后在BMS中央處理器內(nèi)進行數(shù)據(jù)的處理、計算、判斷和相應(yīng)控制。比較合適電池包容量比較小、模組及電池包型式比較固定的場合，可以顯著的降低系統(tǒng)成本。集中式系統(tǒng)集中式BMS二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（二）結(jié)構(gòu)（1）優(yōu)點材料的成本低，可在電池管理系統(tǒng)之間無限制地通信，安全管理便利，簡化了對不同電池參數(shù)的調(diào)整與改寫，對參數(shù)的測量速度較快，可靠性高，可以靈活計算，根據(jù)不同的情況在中央處理器內(nèi)修改軟件，滿足不同要求。（2）缺點需要解決串聯(lián)蓄電池的電莊測量中共地、隔離、測量精度等問題技術(shù)難度大。對電池組進行信號采集，而不能檢測到每個電池單體，精度差，對信號處理要求高。當電池出現(xiàn)故障時只能替換整個電池組。適用于僅由一個電池包組成的車用動力電源系統(tǒng)。集中式系統(tǒng)二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（二）結(jié)構(gòu)每個電池包對應(yīng)一個采集單元，這些單元與中心的BMC通過一根母線進行數(shù)據(jù)通信，充電控制、放電控制等單元也可能和中央處理單元分開，有的沒有總的BMS控制板，直接通過總線傳輸?shù)诫妱悠囍行目刂破?。多適用于由多個電池包組成的電源系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)分布式BMS二.動力電池管理系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)（二）結(jié)構(gòu)（1）優(yōu)點減少了布線，便于電源系統(tǒng)的擴展，可以分散安裝，通過總線進行連接與信息通信，采集的數(shù)據(jù)可以就近處理，精度高，使得有可能更好地計算電池的狀態(tài)，利于建立標準化的電源管理系統(tǒng)。（2）缺點成本比較高，靈活性差，修改麻煩，數(shù)據(jù)由串行總線傳輸，系統(tǒng)巡回檢測的速度受限制，數(shù)據(jù)的實時性不高。BMS是一個動力系統(tǒng)，采用分布式檢測系統(tǒng)時，由于采樣的下位板數(shù)目較多，造成電池包內(nèi)的走線較多，不利于對系統(tǒng)的維護。分布式系統(tǒng)動力電池管理系統(tǒng)工作原理PART03三.動力電池管理系統(tǒng)工作原理動力電池管理系統(tǒng)的工作原理動力電池管理系統(tǒng)通訊方式PART04四.動力電池管理系統(tǒng)通訊方式主要涉及電池管理系統(tǒng)內(nèi)部主控板與檢測板之間的通信、電池管理系統(tǒng)與整車控制器、非車載充電機等設(shè)備間的通信。CAN通信方式是現(xiàn)階段電池管理系統(tǒng)通信應(yīng)用的主流，RS232、RS485總線等方式在電池管理系統(tǒng)內(nèi)部通訊中也有應(yīng)用。概述新能源汽車電池管理系統(tǒng)通訊過程四.動力電池管理系統(tǒng)通訊方式電池管理系統(tǒng)通信方式中的RS232主要實現(xiàn)主控板與上位機或手持設(shè)備的更新，完成主控板、檢測板各種參數(shù)的設(shè)定。RS232總線電池管理系統(tǒng)通訊方式中的RS485實現(xiàn)主控板與檢測板之間的通訊，完成主從板電池數(shù)據(jù)、檢測板參數(shù)的傳輸。RS485總線四.動力電池管理系統(tǒng)通訊方式電池管理系統(tǒng)通訊方式中的CAN通信分為動力CAN和電池子網(wǎng)CAN、充電CAN三路動力CAN主要與網(wǎng)關(guān)控制器通訊，完成整車所需電池相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸；電池子網(wǎng)CAN主要用電池采集器之間的通訊，實現(xiàn)電池數(shù)據(jù)的共享，并為充電控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)；充電CAN主要用于直流充電中，實現(xiàn)直流充電樁與BMC之間的數(shù)據(jù)交互。CAN總線任務(wù)實施PART05五.任務(wù)實施識別電池管理系統(tǒng)組件，以秦EV車型為例，如圖是電池系統(tǒng)器件圖，根據(jù)圖示完成表格中內(nèi)容。⑤⑥⑦⑧⑨五.任務(wù)實施序號元件名稱功能①電池采集器或級聯(lián)模塊

單體電壓溫度采集，模組溫度采集、采樣線異常檢測以及被動均衡②高壓配電箱車輛預充以及電池包電源輸出