《新能源汽車(chē)電氣技術(shù)》學(xué)生手冊(cè) 任務(wù)2-1 動(dòng)力電池能量管理系統(tǒng)檢測(cè) 學(xué)生手冊(cè)

《動(dòng)力電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)》學(xué)生手冊(cè)項(xiàng)目二動(dòng)力電池管理系統(tǒng)PAGEPAGE10任務(wù)2動(dòng)力電池能量管理系統(tǒng)的檢測(cè)提出任務(wù)提出任務(wù)一輛北汽新能源EV160純電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)無(wú)法行駛的故障，你的主管初步判斷是電池管理系統(tǒng)方面的問(wèn)題，要求你利用診斷儀器進(jìn)行進(jìn)一步診斷，你能完成這個(gè)任務(wù)嗎？任務(wù)任務(wù)要求一知識(shí)要求一1.能夠描述動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的采集內(nèi)容；2.能夠描述動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的基本參數(shù)采集方法；3.能夠描述動(dòng)力電池的均衡管理；4.能夠描述動(dòng)力電池的熱管理；5.能夠描述動(dòng)力電池的電安全管理。二能力要求二1.能夠正確使用診斷儀讀取和分析新能源汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)。相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)1.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的采集內(nèi)容在功能上，動(dòng)力電池能量管理系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)計(jì)算、能量管理、安全管理、熱管理、均衡控制、通信功能和人機(jī)接口等?？刂品绞饺鐖D2-2-1所示。圖2-2-1電池管理系統(tǒng)控制方式（1）數(shù)據(jù)采集電池管理系統(tǒng)的所有算法都是以采集的動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)作為輸入，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(biāo)。電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的采樣速率一般要求大于200Hz（50ms）。（2）電池狀態(tài)計(jì)算電池狀態(tài)計(jì)算包括電池組荷電狀態(tài)（StateofCharge，SOC）和電池組健康狀態(tài)（StateofHealth，SOH）兩方面。SOC用來(lái)提示動(dòng)力電池組剩余電量，是計(jì)算和估計(jì)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程的基礎(chǔ)。SOH用來(lái)提示電池技術(shù)狀態(tài)，預(yù)計(jì)可用壽命等健康狀態(tài)的參數(shù)。（3）能量管理主要包括以電流、電壓、溫度、SOC和SOH為輸入進(jìn)行充電過(guò)程控制，以SOC、SOH和溫度等參數(shù)為條件進(jìn)行放電功率控制兩個(gè)部分。（4）安全管理監(jiān)視電池電壓、電流、溫度是否超過(guò)正常范圍，防止電池組過(guò)充電、過(guò)放電?，F(xiàn)在，在對(duì)電池組進(jìn)行整組監(jiān)控的同時(shí)，多數(shù)電池管理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到對(duì)極端單體電池進(jìn)行過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)熱等安全狀態(tài)管理。（5）熱管理在電池工作溫度超高時(shí)進(jìn)行冷卻，低于適宜工作溫度下限時(shí)進(jìn)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(guò)程中總保持電池單體間溫度均衡。對(duì)于大功率放電和高溫條件下使用的電池，電池的熱管理尤為必要。（6）均衡控制由于電池的一致性差異導(dǎo)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(gè)電池之間設(shè)置均衡電路，實(shí)施均衡控制足為了使各單體電池充放電的工作情況盡量一致，提高整體電池組的工作性能。（7）通信功能通過(guò)電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車(chē)載設(shè)備或非車(chē)載設(shè)備的通信，為充放電控制、整車(chē)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，根據(jù)應(yīng)用需要，數(shù)據(jù)交換可采用不同的通信接口，如模擬信號(hào)、PWM信號(hào)、CAN總線(xiàn)或I2C串行接口。（8）人機(jī)接口根據(jù)設(shè)計(jì)的需要設(shè)置顯示信息以及控制按鍵、旋鈕等。電池管理系統(tǒng)的主要工作原理可簡(jiǎn)單歸納為，數(shù)據(jù)采集電路采集電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù)后，由電子控制單元（ECU）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，然后電池管理系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令，并向外界傳遞參數(shù)信息。2.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)采集參數(shù)如圖2-2-2所示，系統(tǒng)包括電池、溫度傳感器、電流傳感器、電池平衡器單元、電池監(jiān)控單元和電池管理單元。在電池組中一共有12個(gè)串聯(lián)的模塊，其中每個(gè)模塊由4個(gè)電池串聯(lián)組成。電池監(jiān)控單元檢測(cè)所有電池的電壓和模塊的溫度。電池管理單元負(fù)責(zé)與電池系統(tǒng)中的其他單元進(jìn)行通信并控制它們，同時(shí)顯示電池系統(tǒng)的狀態(tài)給車(chē)輛其他系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測(cè)電壓、電流、溫度，計(jì)算SOC和最大功率，控制電流接觸器來(lái)保證電池是否正確，并識(shí)別故障情況，監(jiān)測(cè)絕緣狀況，并與車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。早期的電池管理系統(tǒng)僅僅進(jìn)行電池一次測(cè)量參數(shù)（電壓、電流、溫度等）的采集，之后發(fā)展到二次參數(shù)（SOC、內(nèi)阻）的測(cè)量和預(yù)測(cè)，并根據(jù)極端參數(shù)進(jìn)行電池狀態(tài)預(yù)警?，F(xiàn)階段，電池管理系統(tǒng)除完成數(shù)據(jù)測(cè)量和預(yù)警功能外，還通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)直接參與車(chē)輛狀態(tài)的控制。圖2-2-2電池管理系統(tǒng)示意圖（1）單體電壓采集方法電池單體電壓采集是動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)中的重要一環(huán)，其性能好壞或精度高低決定了系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)信息判斷的準(zhǔn)確程度，并進(jìn)一步影響了后續(xù)的控制策略能否有效實(shí)施。常用的單體電壓檢測(cè)方法有5種：1）繼電器陣列法圖2-2-3所示為基于繼電器陣列法的電池電壓采集電路原理框圖，其由端電壓傳感器、繼電器陣列、A/D轉(zhuǎn)換芯片、光耦、多路模擬開(kāi)關(guān)等組成。如果需要測(cè)量n塊串聯(lián)成組電池的端電壓，就需要將n+l根導(dǎo)線(xiàn)引入電池組中各節(jié)點(diǎn)。測(cè)量第m塊電池的端電壓時(shí)，單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)、光耦和繼電器驅(qū)動(dòng)電路選通相應(yīng)的繼電器，將第m和m+l根導(dǎo)線(xiàn)引入到A/D轉(zhuǎn)換芯片。通常開(kāi)關(guān)器件的電阻都比較小，配合分壓電路之后由于開(kāi)關(guān)器件的電阻所引起的誤差幾乎可以忽略不算，而且整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有分壓電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片還有電壓基準(zhǔn)的精度能夠影響最終結(jié)果的精度，通常電阻和芯片的誤差都可以做得很小。所以，在所需要測(cè)量的電池單體電壓較高而且對(duì)精度要求也高的場(chǎng)合最適合使用繼電器陣列法。圖2-2-3基于繼電器陣列法的電池電壓采集電路原理圖2）恒流源法恒流源電路進(jìn)行電池電壓采集的基本原理是，在不使用轉(zhuǎn)換電阻的前提下，將電池端電壓轉(zhuǎn)化為與之呈線(xiàn)性變化關(guān)系的電流信號(hào)，以此提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在串聯(lián)電池組中，由于電池端電壓也就是電池組相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的電壓差，故要求恒流源電路具有很好的共模抑制能力，一般在設(shè)計(jì)過(guò)程中多選用集成運(yùn)算放大器來(lái)達(dá)到此種目的。出于設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，恒流源電路會(huì)有多種不同形式，圖2-2-4即為其中一種，它是由運(yùn)算放大器和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管組合構(gòu)成的減法運(yùn)算恒流源電路。圖2-2-4運(yùn)算放大器和場(chǎng)效應(yīng)晶體管組合構(gòu)成的減法運(yùn)算恒流源電路由運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)可知，該電路是具有高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有深度負(fù)反饋的多級(jí)直接耦合放大電路，其輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路，并集成在同一硅片上，故兩者的性能匹配非常好，且中間級(jí)具有很高的放大能力。由差動(dòng)電路原理可知，這種電路具有很強(qiáng)的共模信號(hào)抑制能力，所以在用運(yùn)算放大器對(duì)電池組的單體電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于高的共模抑制性和放大能力，測(cè)量精度將會(huì)得到提高。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，當(dāng)其工作在可變電阻區(qū)時(shí)，輸出量漏極電流，與輸入量漏源電壓U。呈線(xiàn)性關(guān)系，且管子的柵、源間阻抗很高，造成的漏電流很小，而漏、源間導(dǎo)通電阻很小，造成的導(dǎo)通壓降很低。圖2-2-4中U1和U2的差即為電池端電壓，Uo為恒流源電路輸出電壓。不難看出，運(yùn)算放大器輸出端連接場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)了電路的負(fù)反饋?zhàn)饔茫闺娐繁３衷谄胶鉅顟B(tài)。其中，vo是運(yùn)算放大器的輸出電壓；VR1是電阻R1上的電壓降；V1是運(yùn)算放大器的輸入差模電壓，即v=u一U.，當(dāng)電路處于平衡態(tài)時(shí)，E=0。恒流源電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，共模抑制能力強(qiáng)，采集精度高，具有很好的實(shí)用性。3）隔離運(yùn)放采集法隔離運(yùn)算放大器是一種能夠?qū)δM信號(hào)進(jìn)行電氣隔離的電子元件，廣泛用作工業(yè)過(guò)程控制中的隔離器和各種電源設(shè)備中的隔離介質(zhì)。一般由輸入和輸出兩部分組成，二者單獨(dú)供電，并以隔離層劃分，信號(hào)經(jīng)輸入部分調(diào)制處理后經(jīng)過(guò)隔離層，再由輸出部分解調(diào)復(fù)現(xiàn)。隔離運(yùn)算放大器非常適合應(yīng)用于電池單體電壓采集電路中，它能將輸入的電池端電壓信號(hào)與電路隔離，從而避免了外界干擾而使系統(tǒng)采集精度提高，可靠性增強(qiáng)。4）壓／頻轉(zhuǎn)換電路采集法當(dāng)利用壓頻（V/f）轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電池單體電壓采集功能時(shí)，壓／頻變換器的應(yīng)用是關(guān)鍵，它是把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)的元件，具有良好的精度、線(xiàn)性度和積分輸入等特點(diǎn)。該采集方法中，電壓信號(hào)直接被轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，隨即就可以進(jìn)入單片機(jī)的計(jì)數(shù)器端口進(jìn)行處理，而不需A/D轉(zhuǎn)換。此外，為了配合壓／頻轉(zhuǎn)換電路在電池單體電壓采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，相應(yīng)選擇電路和運(yùn)算放大電路也需加以設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)多路采集的功能。這種方法所涉及的元件比較少，但是壓控振蕩器中含有電容器，而電容器的相對(duì)誤差一般都比較大，而且電容越大相對(duì)誤差也越大。（2）電池溫度采集方法電池的工作溫度不僅影響電池的性能，而且直接關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)使用的安全問(wèn)題，因此，準(zhǔn)確采集溫度參數(shù)顯得尤為重要。采集溫度并不難，關(guān)鍵是如何選擇合適的溫度傳感器。目前，使用的溫度傳感器很多，比如，熱電偶、熱敏電阻、熱敏晶體管、集成溫度傳感器等。1）熱敏電阻采集法熱敏電阻采集法的原理是利用熱敏電阻阻值隨溫度的變化而變化的特性，用一個(gè)定值電阻和熱敏電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一個(gè)分壓器，從而把溫度的高低轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換得到溫度的數(shù)字信息。熱敏電阻成本低，但線(xiàn)性度不好，而且，制造誤差一般也比較大。2）熱電偶采集法熱電偶的作用原理是雙金屬體在不同溫度下會(huì)產(chǎn)生不同的熱電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)采集這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的值就可以通過(guò)查表得到溫度的值。由于熱電動(dòng)勢(shì)的值僅和材料有關(guān)，所以熱電偶的準(zhǔn)確度很高。但是由于熱電動(dòng)勢(shì)都是毫伏等級(jí)的信號(hào)，所以需要放大，外部電路比較復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)金屬的熔點(diǎn)都比較高，所以熱電偶一般都用于高溫的測(cè)量。3）集成溫度傳感器采集法由于溫度的測(cè)量在日常生產(chǎn)、生活中用得越來(lái)越多，所以半導(dǎo)體生產(chǎn)商們都推出了很多集成溫度傳感器。這些溫度傳感器雖然很多都是基于熱敏電阻式的，但都在生產(chǎn)的過(guò)程中進(jìn)行校正，所以精度可以媲美熱電偶，而且直接輸出數(shù)字量，很適合在數(shù)字系統(tǒng)中使用。（3）電池工作電流采集方法常用的電流檢測(cè)方式有分流器、互感器、霍爾元件電流傳感器和光纖傳感器等4種，各種方法的特點(diǎn)見(jiàn)表2-2-1。表2-2-1各種電流檢測(cè)方式特點(diǎn)項(xiàng)目分流器互感器霍爾元件電流傳感器光纖傳感器插入損耗有無(wú)無(wú)無(wú)布置形式需插入主電路開(kāi)孔、導(dǎo)線(xiàn)傳入開(kāi)孔、導(dǎo)線(xiàn)傳入——測(cè)量對(duì)象直流、交流、脈沖交流直流、交流、脈沖直流、交流電氣隔離無(wú)隔離隔離隔離隔離使用方便性小信號(hào)放大需控制處理使用較簡(jiǎn)單使用簡(jiǎn)單——使用場(chǎng)合小電流、控制測(cè)量交流測(cè)量、電網(wǎng)監(jiān)控控制測(cè)量高壓測(cè)量?jī)r(jià)格較低低較高高普及程度普及普及較普及未普及其中，光纖傳感器昂貴的價(jià)格影響了其在控制領(lǐng)域應(yīng)用；分流器成本低、頻響應(yīng)好，但使用麻煩，必須接入電流回路；互感器只能用于交流測(cè)量；霍爾傳感器性能好，使用方便。目前，在電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力電池管理系統(tǒng)電流采集與監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用較多的是分流器和霍爾傳感器。3.動(dòng)力電池的均衡管理為了平衡電池組中單體電池的容量和能量差異，提高電池組的能量利用率、在電池組的充放電過(guò)程中需要使用均衡電路。根據(jù)均衡過(guò)程中對(duì)所傳遞的能量的處理方式不同，均衡電路可以分為能量耗散型均衡和非能量耗散型（即無(wú)損均衡），國(guó)外有些文獻(xiàn)又分別稱(chēng)之為被動(dòng)均衡（PassiveBalancing）和主動(dòng)均衡（ActiveBalancing）。能量耗散型均衡主要通過(guò)令電池組中能量較高的電池利用其旁路電阻進(jìn)行放電的方式損耗部分能量，以期達(dá)到電池組能量狀態(tài)的一致。這種均衡結(jié)構(gòu)以損耗電池組能量為代價(jià)，并且由于生熱問(wèn)題導(dǎo)致均衡電流不能過(guò)大，適用于小容量電池系統(tǒng)以及能量能夠及時(shí)得到補(bǔ)充的系統(tǒng)，如混合動(dòng)力汽車(chē)。寶馬公司ActiveE混合動(dòng)力汽車(chē)即采用了由PrehGmbH公司提供的帶有能量耗散式均衡系統(tǒng)的BMS。（1）能量耗散型均衡管理能量耗散型是通過(guò)單體電池的并聯(lián)電阻進(jìn)行分流從而實(shí)現(xiàn)均衡的。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，均衡過(guò)程一般在充電過(guò)程中完成，對(duì)容量低的單體電池不能補(bǔ)充電量，存在能量浪費(fèi)和增加熱管理系統(tǒng)負(fù)荷的問(wèn)題。能量耗散型一般有兩類(lèi)：1）恒定分流電阻均衡充電電路。每個(gè)電池單體上都始終并聯(lián)一個(gè)分流電阻。這種方式的特點(diǎn)是可靠性高，分流電阻的值大，通過(guò)固定分流來(lái)減小由于自放電導(dǎo)致的單體電池差異。其缺點(diǎn)在于無(wú)論電池充電還是放電過(guò)程，分流電阻始終消耗功率，能量損失大，一般在能夠及時(shí)補(bǔ)充能量的場(chǎng)合適用。2）開(kāi)關(guān)控制分流電阻均衡充電電路。分流電阻通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，在充電過(guò)程中，當(dāng)單體電池電壓達(dá)到截止電壓時(shí)，均衡裝置能阻止其過(guò)充電并將多余的能量轉(zhuǎn)化成熱能。這種均衡電路工作在充電期間，特點(diǎn)是可以對(duì)充電時(shí)單體電池電壓偏高者進(jìn)行分流。其缺點(diǎn)是由于均衡時(shí)間的限制，導(dǎo)致分流時(shí)產(chǎn)生的大量熱量需要及時(shí)通過(guò)熱管理系統(tǒng)耗散，尤其在容量比較大的電池組中更加明顯。例如，10A．h的電池組，lOOmV的電壓差異，最大可達(dá)500mA．h以上的容量差異，如果以2h的均衡時(shí)間，則分流電流為250mA，分流電阻值約為14Ω，則產(chǎn)生的熱量為2W．h左右。能量耗散型電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是均衡電阻在分流的過(guò)程中，不僅消耗了能量，而且還會(huì)由于電阻的發(fā)熱引起電路的熱管理問(wèn)題。由于其實(shí)質(zhì)是通過(guò)能量消耗的辦法限制單體電池出現(xiàn)過(guò)高或過(guò)低的端電壓，所以，只適合在靜態(tài)均衡中使用，其高溫升等特點(diǎn)降低了系統(tǒng)的可靠性，不適用于動(dòng)態(tài)均衡。該方式僅適合小型電池組或者容量較小的電池組。（2）非能量耗散型均衡管理非能量耗散型電路的耗能相對(duì)于能量耗散型電路小很多，但電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，可分為能量轉(zhuǎn)換式均衡和能量轉(zhuǎn)移式均衡兩種方式。1）能量轉(zhuǎn)換式均衡能量轉(zhuǎn)換式均衡是通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)，將電池組整體能量對(duì)單體電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，或者將單體電池能量向整體電池組進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。其中單體能量向整體能量轉(zhuǎn)換，一般都是在電池組充電過(guò)程中進(jìn)行，電路如圖2-2-5所示。該電路是檢測(cè)各個(gè)單體電池的電壓值，當(dāng)單體電池電壓達(dá)到一定值時(shí)，均衡模塊開(kāi)始工作。把單體電池中的充電電流進(jìn)行分流從而降低充電電壓，分出的電流經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換把能量反饋回充電總線(xiàn)，達(dá)到均衡的目的。還有的能量轉(zhuǎn)換式均衡可以通過(guò)續(xù)流電感，完成單體到電池組的能量轉(zhuǎn)換。電池組整體能量向單體轉(zhuǎn)換，電路如圖2-2-6所示。這種方式也稱(chēng)為補(bǔ)充式均衡，即在充電過(guò)程．首先通過(guò)主充電模塊對(duì)電池組進(jìn)行充電，電壓檢測(cè)電路對(duì)每個(gè)單體電池進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)任一單體電池的電壓過(guò)高，主充電電路就會(huì)關(guān)閉，然后補(bǔ)充式均衡充電模塊開(kāi)始對(duì)電池組充電。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，均衡模塊中充電電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)獨(dú)立的DC/DC變換器和一個(gè)同軸線(xiàn)圈變壓器，給每個(gè)單體電池上增加相同的次級(jí)繞組。這樣，單體電壓高的電池從輔助充電電路上得到的能量少，而單體電壓低的電池從輔助充電器上得到的能量多，從而達(dá)到均衡的目的。此方式的問(wèn)題在于次級(jí)繞組的一致性難以控制，即使次級(jí)繞組匝數(shù)完全相同，考慮到變壓器漏感以及次級(jí)繞組之間的互感，單體電池也不一定獲得相同的充電電壓。同時(shí)，同軸線(xiàn)網(wǎng)也存在一定的能量耗散，并且這種方式的均衡只有充電均衡，對(duì)于放電狀態(tài)的不均衡無(wú)法起作用。圖2-2-5單體電壓向整體電壓轉(zhuǎn)換方式能量轉(zhuǎn)換式電路是一種通過(guò)開(kāi)關(guān)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)能量變換的電路。相對(duì)于能量轉(zhuǎn)移式均衡電路來(lái)說(shuō)，它的電路復(fù)雜程度降低了很多，成本也降低了。但對(duì)同軸線(xiàn)圈，由于繞組到各單體之間的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度和形狀不同，變壓比有差異，導(dǎo)致對(duì)每個(gè)單體電池均衡的不一致，有均衡誤差。另外同軸線(xiàn)圈本身由于電磁泄漏等問(wèn)題，也消耗了一定的能量。圖2-2-6補(bǔ)充式均衡示意圖2）能量轉(zhuǎn)移式均衡能量轉(zhuǎn)移式均衡是利用電感或電容等儲(chǔ)能元件，把能量從電池組中容量高的單體電池通過(guò)儲(chǔ)能元件轉(zhuǎn)移到容量比較低的電池上，該電路是通過(guò)切換電容開(kāi)關(guān)傳遞相鄰電池間的能量，從而達(dá)到均衡的目的（圖2-2-7）。另外，也可以通過(guò)電感儲(chǔ)能的方式，對(duì)一相鄰電池間進(jìn)行雙向傳遞。此電路的能量損耗很小，但是均衡過(guò)程中必須有多次傳輸，均衡時(shí)間長(zhǎng)，不適于多串的電池組。改進(jìn)的電容開(kāi)關(guān)均衡方式，可通過(guò)選擇最高電壓?jiǎn)误w與最低電壓?jiǎn)误w電池間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，從而使均衡速度增快。能量轉(zhuǎn)移式均衡中能量的判斷以及開(kāi)關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)較困難。圖2-2-7能量轉(zhuǎn)移式均衡能量轉(zhuǎn)移式均衡是一種電池容量補(bǔ)償?shù)姆椒?，就是從容量高的電池取出一些電量?lái)補(bǔ)償容量低的電池。這個(gè)方法雖然可行，但是由于在實(shí)際電路中需要對(duì)各個(gè)單體電池電壓進(jìn)行檢測(cè)判斷，電路會(huì)很復(fù)雜，且體積大、成本高。另外，能量的轉(zhuǎn)移是通過(guò)一個(gè)儲(chǔ)能媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存在一定的消耗及控制問(wèn)題。該均衡方式一般應(yīng)用于中大型電池組中。除上述均衡方法外，在充電應(yīng)用過(guò)程中，還可采用涓流充電的方式實(shí)現(xiàn)電池的均衡。這是最簡(jiǎn)單的方法，不需要外加任何輔助電路。其方法是對(duì)串聯(lián)電池組持續(xù)用小電流充電。由于充電電流很小，這時(shí)的過(guò)充電對(duì)滿(mǎn)充電池所帶來(lái)的影響并不嚴(yán)重。由于已經(jīng)充飽的電池沒(méi)辦法將更多的電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，多余的能量將會(huì)轉(zhuǎn)化成熱量。而對(duì)于沒(méi)有充飽的電池，卻能繼續(xù)接收電能，直至到達(dá)滿(mǎn)充點(diǎn)。這樣，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的周期，所有的電地都將會(huì)達(dá)到滿(mǎn)充狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了容量均衡。但這種方法需要很長(zhǎng)的均衡充電時(shí)間，且消耗相當(dāng)大的能量來(lái)達(dá)到均衡。另外，在放電均衡管理上，這種方法是不能起任何作用的。4.動(dòng)力電池的熱管理（1）動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能由于過(guò)高或過(guò)低的溫度都將直接影響動(dòng)力電池的使用壽命和性能，并有可能導(dǎo)致電池系統(tǒng)的安全問(wèn)題，并且電池箱內(nèi)溫度場(chǎng)的長(zhǎng)久不均勻分布將造成各電池模塊、單體間性能的不均衡，因此，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對(duì)于電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力電池系統(tǒng)而言是必需的?？煽?、高效的熱管理系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)車(chē)輛的可靠安全應(yīng)用意義重大。電池組熱管理系統(tǒng)有如下5項(xiàng)主要功能：1）電池溫度的準(zhǔn)確測(cè)量和監(jiān)控。2）電池組溫度過(guò)高時(shí)的有效散熱和通風(fēng)。3）低溫條件下的快速加熱。4）有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)。5）保證電池組溫度場(chǎng)的均勻分布。（2）電池內(nèi)傳熱的基本方式電池內(nèi)熱傳遞方式主要有熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱3種方式。電池和環(huán)境交換的熱量也是通過(guò)輻射、傳到和對(duì)流3種方式進(jìn)行。熱輻射主要發(fā)生在電池表面，與電池表面材料的性質(zhì)相關(guān)。熱傳導(dǎo)是指物質(zhì)與物體直接接觸而產(chǎn)生的熱傳遞。電池內(nèi)部的電極、電解液、集流體等都是熱傳導(dǎo)介質(zhì)，而將電池作為整體，電池和環(huán)境界面層的溫度和環(huán)境熱傳導(dǎo)性質(zhì)決定了環(huán)境中的熱傳導(dǎo)。熱對(duì)流是指電池表面的熱量通過(guò)環(huán)境介質(zhì)（一般為流體）的流動(dòng)交換熱量，它也和溫差成正比。對(duì)于單體電池內(nèi)部而言，熱輻射和熱對(duì)流的影響很小，熱量的傳遞主要是由熱傳導(dǎo)決定的。電池自身吸熱的大小是與其材料的比熱容有關(guān)，比熱容越大，散熱越多，電池的溫升越小。如果散熱量大于或等于產(chǎn)生的熱量，則電池溫度不會(huì)升高。如果散熱量小于所產(chǎn)生的熱量，熱量將會(huì)在電池體內(nèi)產(chǎn)生熱積累，電池溫度升高。（3）電池組熱管理系統(tǒng)形式按照傳熱介質(zhì)，可將電池組熱管理系統(tǒng)分為空冷、液冷和相變材料冷卻3種。考慮到材料的研發(fā)以及制造成本等問(wèn)題，目前最有效且最常用的散熱系統(tǒng)是采用空氣作為散熱介質(zhì)。5.動(dòng)力電池的電安全管理電安全管理系統(tǒng)主要包括煙霧報(bào)警、絕緣檢測(cè)、自動(dòng)滅火、過(guò)電壓和過(guò)電流控制、過(guò)放電控制、防止溫度過(guò)高、在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電源等功能。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)電壓常用的有288V、336V、384V以及544V等，已經(jīng)大大超過(guò)了人體可以承受的安全電壓，因此，電氣絕緣性能是電安全管理重要的內(nèi)容，絕緣性能的好壞不僅關(guān)系到電氣設(shè)備和系統(tǒng)能否正常工作，更重要的是還關(guān)系到人的生命財(cái)產(chǎn)安全?，F(xiàn)階段電池包外殼多采用金屬材料制成，要求在符合表2-2-2要求的電壓條件下，電池包正極和負(fù)極與金屬外殼之間的絕緣電阻應(yīng)大于lOMΩ。表2-2-2電壓與絕緣電阻測(cè)試的等級(jí)蓄電池包額定工作電壓（單箱）Ui（V）絕緣電阻測(cè)試儀器的電壓等級(jí)（V）Ui≤6025060＜Ui≤300500300＜Ui≤7501000動(dòng)力電池在電動(dòng)車(chē)輛上安裝應(yīng)用，因此，必須滿(mǎn)足車(chē)輛部件的耐振動(dòng)、耐沖擊、耐跌落、耐煙霧等強(qiáng)度和可靠性要求，保證可靠應(yīng)用。為滿(mǎn)足防水、防塵要求，電池包應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)定的IP防護(hù)等級(jí)，根據(jù)車(chē)輛的總體要求，一般的IP防護(hù)等級(jí)要求不低于IP55。在極端工況下，通過(guò)電池安全管理系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)電池包的高壓斷電保護(hù)、過(guò)電流斷開(kāi)保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)充電保護(hù)等功能。任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施（一）工作準(zhǔn)備（1）防護(hù)裝備：常規(guī)實(shí)訓(xùn)著裝。（2）車(chē)輛、臺(tái)架、總成：北汽新能源純電動(dòng)汽車(chē)；榮威E550混合動(dòng)力汽車(chē)。（3）專(zhuān)用工具、設(shè)備：北汽新能源動(dòng)力電池BMS系統(tǒng)專(zhuān)用軟件；榮威專(zhuān)用故障診斷儀。（4）手工工具：無(wú)。（5）輔助材料：無(wú)。（二）實(shí)施步驟1.新能源汽車(chē)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)檢測(cè)流程與規(guī)范北汽新能源EV系列車(chē)型動(dòng)力電池管理系統(tǒng)檢測(cè)必須采用配套廠(chǎng)商北京普萊德新能源電池科技有限公司的專(zhuān)用軟件，廠(chǎng)家提供以下軟件的操作流程與規(guī)范：（1）EV03監(jiān)控軟件使用流程與規(guī)范；（2）BMSCAN1報(bào)文采集流程與規(guī)范；（3）BMSCAN2報(bào)文采集流程與規(guī)范；（4）BMSCAN3報(bào)文采集流程與規(guī)范；（5）FLASHTOOL刷寫(xiě)程序上位機(jī)操作流程與規(guī)范；（6）EOL上位機(jī)測(cè)試平臺(tái)操作流程與規(guī)范。由于需要采用廠(chǎng)家的專(zhuān)用軟件，考慮實(shí)際條件難于實(shí)施，以下只介紹“EV03監(jiān)控軟件使用流程與規(guī)范”，供參考。提示提示：軟件中可查看電池所有數(shù)據(jù)信息。包括單體、溫度、故障詳情，版本信息等。EV03監(jiān)控軟件（北京普萊德新能源電池科技有限公司生產(chǎn)）使用流程與規(guī)范如下。1）選用裝有BMS通訊軟件的電腦與數(shù)據(jù)下載設(shè)備（CAN盒）。2）打開(kāi)車(chē)輛方向盤(pán)下方扣蓋。a.打開(kāi)方向盤(pán)下方扣蓋（圖2-2-9）。b.確認(rèn)整車(chē)通信口位置（圖2-2-9）。圖2-2-8打開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)下方扣蓋圖2-2-9確認(rèn)整車(chē)通信口位置3）將CAN盒H與L兩根線(xiàn)束接入整車(chē)CAN3通訊端H口與L口。a.選用普萊德專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集CAN盒（圖2-2-10）。圖2-2-10普萊德專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集CAN盒b.使用通訊軟件監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)要用插針連接第二排（圖中從上往下數(shù)）CAN3口（圖2-2-11）。4）將CAN盒連接至電腦。5）打開(kāi)BMS通訊監(jiān)控軟件（圖2-2-12）。圖2-2-11連接第二排CAN3口圖2-2-12打開(kāi)BMS通訊監(jiān)控軟件打開(kāi)通訊軟件：a.確定CAN通道號(hào)（需與CAN盒通道號(hào)一致）。b.確認(rèn)選用的波特率是否為數(shù)據(jù)采集要求的500kbp。c.打開(kāi)車(chē)輛鑰匙開(kāi)關(guān)至ON檔后，通電激活BMS主板。點(diǎn)擊啟動(dòng)CAN連接按鈕，開(kāi)始數(shù)據(jù)監(jiān)控。d.如未成功顯示信息，排除通訊線(xiàn)束故障外，需重新新檢查數(shù)值調(diào)整與針孔連接方面操作是否正確。e.數(shù)據(jù)說(shuō)明如圖2-2-13所示。 圖2-2-13軟件數(shù)據(jù)說(shuō)明1-電池包SOC顯示窗口；2-電池包電流數(shù)值顯示窗口；3-電池包總電壓數(shù)值顯示窗口；4-單體信息顯示窗口（包括單體電壓、模組溫度）；5-電池包繼電器狀態(tài)提示燈（吸合狀態(tài)時(shí)點(diǎn)亮，斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)熄滅）；6-數(shù)據(jù)信息顯示卡（包括每節(jié)單體信息，高壓板狀態(tài)顯示，故障報(bào)警詳情，BMS和BMU軟件版本，參數(shù)設(shè)置）。2.新能源汽車(chē)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流讀取和分析對(duì)于新能源汽車(chē)系統(tǒng)的診斷，數(shù)據(jù)流讀取分析是故障診斷的最重要環(huán)節(jié)之一。以下以榮威E550混合動(dòng)力汽車(chē)為例，介紹動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流讀取和分析，其他車(chē)型可以參考。如圖2-2-14所示為比亞迪E6電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流讀取。圖2-2-14比亞迪E6電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流讀取對(duì)榮威E550混動(dòng)電池管理系統(tǒng)的基本參數(shù)，我們重點(diǎn)分析蓄電池的溫度監(jiān)控和電壓監(jiān)控。（1）溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流連接診斷儀器，根據(jù)儀器提示操作，進(jìn)入數(shù)據(jù)流讀取功能，讀取溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)流（圖2-2-15～圖2-2-17）。圖2-2-15讀取溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)流（一）圖2-2-16讀取溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)流（二）從圖2-2-15～圖2-2-17三個(gè)圖中，我們可以看出每個(gè)動(dòng)力電池單元的溫度數(shù)值，控制動(dòng)力電池散熱的冷卻風(fēng)扇相關(guān)參數(shù)，分析如下：1）各電力電池模塊之間溫度相同，說(shuō)明散熱良好切散熱均勻；2）散熱風(fēng)扇為占空比控制的，當(dāng)前的控制比率為5%，使用比率低說(shuō)明當(dāng)前散熱良好；3）冷卻液泵控制指令和反饋數(shù)值相同，蓄電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)出的指令和BMS傳感器監(jiān)控得到數(shù)值一樣，說(shuō)明冷卻液水泵工作良好。圖2-2-17讀取溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)流（三）（2）電壓監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流連接診斷儀器，根據(jù)儀器提示操作，進(jìn)入數(shù)據(jù)流讀取功能，讀取電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)流（圖2-2-18～圖2-2-20）。圖2-2-18讀取電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)流（一）圖2-2-19讀取電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)流（二）圖2-2-20讀取電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)流（三）從三個(gè)圖中，我們可以看出每個(gè)動(dòng)力電池單元的電壓數(shù)值相關(guān)參數(shù)，分析如下：圖2-2-18：總的動(dòng)力蓄電池為287V，各個(gè)蓄電池模塊電壓相等，正負(fù)極絕緣電壓相等，系統(tǒng)正常圖2-2-19：車(chē)動(dòng)力蓄電池總成和各個(gè)蓄電池單元的電壓參數(shù)，這些數(shù)據(jù)需要對(duì)照維修手冊(cè)進(jìn)行判斷圖2-2-20：從圖中我們可以清楚的看到，動(dòng)力電池單元21-26六個(gè)電池單元電壓均異常，這樣我們就可以有針對(duì)性