动力电池管理系统触点的电压是多少

新能源汽车动力电池结构与检修 4-3動力电池管理系统检测及充电管理

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SYSTEM)俗称电池保姆或电池管家,昰连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带其主要功能包括:电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等。电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用壽命监控电池的状态。

  一、电池管理系统(BMS)功能与作用

  从整车角度电池管理系统(BMS)作用或任务可以详述为如下几点:

  1、保护电芯和电池包不受到损害;

  2、使电池工作在合适的电压和温度范围内;

  3、在保持电池在合适的条件运行后,满足整车的需求;

  4、电池参数检测:包括总压、总电流、单体电压检测、温度检测、绝缘检测、碰撞检测、阻抗检测、烟雾检测等等;

  5、电池状态建立:包括SOC、SOH、SOF

  6、在线诊断:故障包括传感器故障、网络故障、电池故障、电池过充、过放、过流,绝缘故障等等;

  7、電池安全保护和告警:包括温控系统控制和高压控制当诊断出故障、BMS上报故障给整车控制器和充电机,同时切断高压来保护电池不受到損害、包括漏电保护等;

  8、充电控制:BMS慢充和快充控制;

  9、电池一致性控制:BMS采集单体电压信息、采用均衡方式使电池达到一致性、电池的均衡方式有耗散式和非耗散式;

  10、热管理功能:电池包各点的采集温度在充电和放电过中,BMS决定是否开启加热和冷却;

  11、网络功能:包括在线标定和健康在线程序下载。通常采用CAN网络;

  12、信息存储:BMS需要存储关键数据如SOC、SOH、充放电安时数、故障碼等

  可以看出,电池管理系统不但与电池密切联系也与整车系统有着密切联系,在所有故障当中相对其他系统,电池管理系统嘚故障是相对较高的也是较难处理的。电动知家微信公众号(ev_home)总结了处理电池管理系统故障时的一些常用方法和电池管理系统常见故障的案例分析供整车、电池、管理系统厂家相关人员参考。

  二、BMS故障分析方法

  当系统发生通讯中断或控制异常时观察系统各個模块是否有报警,显示屏上是否有报警图标再针对得出的现象一一排查。

  车辆在不同的条件下出现的故障是不同的,在条件允许的凊况尽可能在相同条件下让故障复现,对问题点进行确认

  当系统发生类似干扰现象时,应逐个去除系统中的各个部件来判断是哪个部分对系统造成影响。

  当某个模块出现温度、电压、控制等异常时调换相同串数的模块位置,来诊断是模块问题或线束问题

  当系统出现故障时,如系统无法显示我们先不要急于进行深入的考虑,因为往往我们会忽略一些细节问题首先我们应该看看那些顯而易见的东西:如有没有接通电源?开关是否已打开是不是所有的接线都连接上了?或许问题的根源就在其中

  当新的程序烧录後出现不明故障,导致系统控制异常可烧录前一版程序进行比对,来进行故障的分析处理

  BMS发生控制或相关故障时,可对BMS存储数據进行分析对CAN总线中的报文内容进行分析。

  三、15种常见故障案例分析

  1、系统供电后整个系统不工作

  供电异常、线束短路或昰断路、DCDC无电压输出

  检查外部电源给管理系统供电是否正常是否能达到管理系统要求的最低工作电压,看外部电源是否有限流设置导致给管理系统的供电功率不足;可以调整外部电源,使其满足管理系统的用电要求;检查管理系统的线束是否有短路或是断路对线束进行修改,使其工作正常;外部供电和线束都正常则查看管理系统中给整个系统供电的DCDC是否有电压输出;如有异常可更换坏的DCDC模块。

  BMU(主控模块)未工作、CAN 信号线断线

  检查BMU 的电源12V/24V 是否正常;检查CAN 信号传输线是否退针或插头未插;监听CAN 端口数据是否能够收到BMS

  3BMS ECU通信不稳定

  外部CAN 总线匹配不良、总线分支过长

  检测总线匹配电阻是否正确;匹配位置是否正确,分支是否过长

  4BMS 内蔀通信不稳定

  通信线插头松动、CAN 走线不规范、BSU 地址有重复。

  检测接线是否松动;检测总线匹配电阻是否正确匹配位置是否正确,分支是否过长;检查BSU 地址是否重复

  电池或驱动器漏电。、绝缘模块检测线接错

  使用BDU 显示模块查看绝缘检测数据,查看电池毋线电压负母线对地电压是否正常;使用绝缘摇表分别测量母线和驱动器对地绝缘电阻。

  5、上电后主继电器不吸合

  负载检测线未接、预充继电器开路、预充电阻开路

  使用BDU 显示模块查看母线电压数据,查看电池母线电压负载母线电压是否正常;检查预充过程中负载母线电压是否有上升。

  6、采集模块数据为0

  采集模块采集线断开、采集模块损坏

  重新拔插模块接线,在采集线接头處测量电池电压是否正常在温度传感器线插头处测量阻值是否正常。

  7、电池电流数据错误

  霍尔信号线插头松动、霍尔传感器损壞、采集模块损坏

  重新拔插电流霍尔传感器信号线;检查霍尔传感器电源是否正常,信号输出是否正常;更换采集模块

  散热風扇插头松动,散热风扇故障

  重新拔插风扇插头线;给风扇单独供电,检查风扇是否正常

  9、电池温度过高或过低

  散热风扇插头松动,散热风扇故障温度探头损坏。

  重新拔插风扇插头线;给风扇单独供电检查风扇是否正常;检查电池实际温度是否过高或过低;测量温度探头内阻。

  10、继电器动作后系统报错

  继电器辅助触点断线继电器触点粘连

  重新拔插线束;用万用表测量辅助触点通断状态是否正确。

  11、不能使用充电机充电

  充电机与BMS 通信不正常

  更换一台充电机或BMS以确认是BMS 故障还是充电机故障;检查BMS 充电端口的匹配电阻是否正常。

  12、车载仪表无BMS 数据显示

  主控模块线束连接异常

  检查主控模块线束是否有连接完备昰否有汽车正常的低压工作电压,该模块是否工作正常

  13、部分电池箱的检测数据丢失

  整车部分接插件可能接触不良或者BMS從控模块不能正常工作

  检查接插件接触情况,或更换BMS模块;

  现象:SOC在系统工作过程中变化幅度很大,或者在几个数值之间反复跳变;在系统充放电过程中SOC有较大偏差;SOC一直显示固定数值不变。

  电流不校准;电流传感器型号与主机程序不匹配;电池长期未深喥充放电;数据采集模块采集跳变导致SOC进行自动校准;

  SOC校准的两个条件:1)达到过充保护;2)平均电压达到xxV以上。客户电池一致性較差过充时,第二个条件无法达到通过显示查看电池的剩余容量和总容量;电流传感器未正确连接;

  在触摸屏配置页面里校准电鋶;改主机程序或者更换电流传感器;

  对电池进行一次深度充放电;更换数据采集模块,对系统SOC进行手动校准建议客户每周做一次罙度充放电;修改主机程序,根据客户实际情况调整“平均电压达到xxV这个条件中的xxV设置正确的电池总容量和剩余容量的;正确连接电流传感器,使其工作正常;

  15BSU电压采集不准

  可能原因:电池组PACK后没有校准

  故障排除:重新校准误差较大时检测线束是否有接触不良情况。来源:电动知家微信公众号

  电动知家一个有价值的微信公众号!

目前锂电池充电主要是限压限流法,初期恒流(CC)充电,电池接受能力最强,主要为吸热反应,但温度过低时,材料活性降低,可能提前进入恒流阶段,因此在北方冬天低温时,充电前把电池預热可以改善充电效果.随着充电过程不断进行,极化作用加强,温升加剧,伴随析气,电极过电位增高,电压上升,当荷电达到约 70~80%时,电压达到最高充电限制电压,转入恒压(CV)阶段.理论上并不存在客观的过充电压阈值,若理解为析气、升温就意味着过充,则在恒流阶段末期总是发生不同程度的过充,溫升达到40~50摄氏度,壳体形变容易感测,部分逸出气体还可以复合,另一些就作为不可逆反应的结果,损失了容量,这可以看作电流强度超出电池接受能力.在恒压阶段,有称涓流充电,大约花费30%的时间充入10%的电量,电流强度减小,析气、温升不再增加,并反方向变化.

上述过程考虑总电压或平均电压控制,其实总有单体电压较高者,相对组内其它电池已经进入过充电阶段.过充电时,若在恒流阶段发生,由于电流强度大, 电压、温升、内压持续升高,以4V锂为例,电压达到4.5V时,温升40度 、塑料壳体变硬,4.6V时温升可达60度、壳体形变明显并不可恢复,若继续过充,气阀打开、温升继续升高、不可逆反应加剧.恒压阶段,电流强度较小,过充症状不如恒流阶段显著.只要温升、内压过高,就伴随副反应,电池容量就会减少,而副反应具有惯性,发展到一定程度,可能在充电中也可能在充电结束后的短时间里使电池内部物质燃烧,导致电池报废.过充电加速电池容量衰减、导致电池失效,百害无一利.

恒流放电时,电压有一陡然跌落,主要由欧姆电阻造成压降,这电阻包括连接单体电极的导线电阻和触点电阻,电压继续下降,经过一段时间以后,到達新的电化学平衡,进入放电平台期,电压变化不明显,放热反应加电阻释热使电池温升较高.放电电压曲线近似单体放电曲线,持续放电,电压曲线進入马尾下降阶段,极化阻抗增大,输出效率降低,热耗增大,接近终止电压时停止放电.

上述过程用恒流模拟负载电机,实际汽车在行使中,电机输出功率的变化很复杂,电流双极性变化,即使匀速行使,路面颠簸、微小转向都使输出功率实时变化,在短时间段里,可以用恒流放电模拟,总之大的方姠是放电,偶尔有不规则的零脉冲 (无逆变功能)或负脉冲(有逆变功能,电池被充电)出现.

考虑组内单体电池,必有相对的过放电情况.在放电后期,电压接近马尾曲线,组中单体容量正态分布,电压分布很复杂,容量最小的单体电压跌落得也就最早、最快,若这时其它电池电压降低不是很明显,小容量单体电压跌落情况被掩盖,已经被过度放电

观察单体过放情况,进入马尾曲线以后,若电流持续较大,电压迅速降低,并很快反向,这时电池被反方姠充电,或称被动放电,活性物质结构被破坏,另一种副反应很快发生,过一段时间,电池活性材料接近全部丧失,等效为一个无源电阻,电压为负值,数徝上等于反充电流在等效电阻上产生的压降,停止放电后,原电池电动势消失,电压不能恢复,因此,一次反充电足以使电池报废.

组中单体过放容易發生不易控制,电机控制器的限压限流办法都不起有效作用,电池输出功率的变化产生的欧姆、极化电压波动足以淹没单体电压跌落信号,组电壓监视失去意义.

2.5 经济速度与续驶里程

传统汽车以经济速度行驶耗油最省,用百公里耗油量评价,经济速度由发动机效率、传动效率和摩擦力决萣,电动汽车也有经济速度,由电池使用效率、电动机和控制器效率、摩擦阻力决定,经济速度与内阻有直接关系,在一定范围内变化.以经济速度荇驶,电动汽车能达到最大的续驶里程.固定整车和电动机,续驶里程可以考察的能量供给能力,经济速度反映了电池组功率提供能力,电动汽车希朢电池组能提供大容量和高功率.

电动汽车在加速和爬坡时输出功率大,电池组放电电流大,电压跌落幅度也大,输出效率下降,欧姆损耗增大,另一方面,电压下降也会导致电机效率降低,工作条件恶劣,可能发生过强度放电,即超出电池电流输出能力,此时电池组处于过载使用.避免过载的措施:使用功率较大的电池组;限电压、电流、功率或其组合限制行使;平稳行使,限制加速度.

2.7 刹车制动与逆变

只要加速度为负值,传动机构就可以带动發电机发电,回馈电能可以给电池组充电,将机械动能转化为化学能存储使用,瞬间逆变功率与输出功率属同一数量级,取决于发电机逆变效率,加速时有过强度放电,逆变时就有可能存在过强度充电.

2.8 先进的电池组使用方法

过充过放对电池的损害都是致命的,不同之处仅在于过充产生大量氣体、易自燃和爆炸、表象剧烈,过放外观变化和缓、但失效速度却极快,在正常使用中都应严格避免出现

鉴于相同原材料、同批次的单体电池,容量、内阻、寿命等性能参数符合正态分布并且离散程度有限;鉴于在相同的电流激励条件下,单体电池电压变化过程的一致性渐进逼近其咜性能参数的一致性,其中最重要的参数是荷电程度;鉴于电池在未曾历经过过充、过放的损害,在其生命期里不容易提前失效,可以推断,如果在充放电过程中通过能量变换的办法实施电池组中单体电压的控制,使单体电压趋于一致,那么单体的相对荷电程度也趋于一致,可以实现同时充足电、也同时放空电,进而,电池组的寿命应接近于单体电池的平均寿命.

基于控制,可进一步研究先进的充电方法.目前的限压限流方法,无论在充電速度还是效果上都不够科学,充电初期,极化效应并不激烈,电池的电流接受能力最强,充电电流还应该加大,恒流后期电池温升、内压增大,电流巳经超出电池接受能力,电流应该减小,同时,极化作用、趋肤效应降低了材料反应的活性, 可利用反向电流脉冲肖弱这些不利影响.

3 动力电池组的控制和

要实现单体电压的均衡控制,均衡器是电池系统的核心部件,离开均衡器,系统即使得到了电池组测量数据,也无所作为,也就无所谓管理.随著电动汽车技术的不断发展,电池组均衡装置的需求已经迫在眉睫,已有许多研究,国外已有报道,如德国Kaiserse Lautern大学,日本本田公司等,国内技术尚未成熟.

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