新能源汽车电池及管理系统课件 2-1 电池管理系统的认知

电池管理系统的认知

任务导入：

电池管理系统（BMS）是新能源汽车动力电池的管家和保姆，智能化地管理和维护动力电池组总成及各模组与电池单体，防止电池出现过冲电和过放电现象，并监控电池状态。作为新能源汽车检修或管理人员，应先认识电池管理单元，才能对它检修、更换。

1.任务目标1.知识目标

（1）熟悉电池管理单元的安装位置及功能、类型；

（2）掌握电池管理系统的结构；

（3）掌握电池管理系统控制策略

2.能力目标

（1）

能依据图片或实物识别电池管理系统，并在车上找到安装位置；

（2）能简要描述电池管理系统的功能；

（3）能描述电池管理系统的结构；

（4）

能描述电池管理系统控制策略（一）电池管理系统的功能

电池管理系统的功能包括主要功能和拓展功能两个方面。1.主要功能（1）数据采集

采集电池单体和模组电压，电池模块温度、电压或内阻等数据，对电池进行管理。（2）电池状态检测

电池状态主要包括SOC（剩余电量）和SOH（电池健康）等，电池状态是车辆进行能量或功率匹配和控制的重要依据。（3）能量管理

控制充电过程，包括均衡充电；用SOC、SOH和温度来限制电动汽车电源系统的输入、输出功率与能量；放电过程的监控与管理。

（4）安全管理

监测电池的电压、电流、温度等是否超限；防止电池过放电，尤其是防止个别电池单体过度放电，防止电池过热而发生热失控；防止电池出现能量回馈时的过充电；监控电源绝缘、短路情况。在电源系统出现绝缘度下降时，对整车多能源控制系统进行报警或强行切断电源以及电源系统出现短路情况下的保护等。

（5）热管理

对大功率放电和高温条件下使用的电池组，电池的热管理尤为必要。热管理的功能：使电池单体温度均衡，并保持在合理的范围内，对高温电池实施冷却，

在低温条件下对电池进行加热等。由于温度的变化对其他参数均有影响，所以一般以电池模块的温度作为控制的指令信号。

（6）通信功能

电池管理系统与车载设备或非车载设备的通信是其重要功能之一。2.拓展功能BMS的拓展功能包括充电管理、均衡管理、数据显示、故障诊断等。

（1）充电管理

电池管理系统随时参与整车检测工作，检测电池的工作状态，尤其是对每个电池的技术状态进行检测分析，将检测的数据在车辆停驶、充电之前“通知”充电机，即“车与机”的对话。（2）均衡管理

电池管理系统指令均衡模块起动，进行均衡，保证系统的正常工作。

（3）数据显示

BMS把电池单体电压、温度、总电压、电流、SOC、SOH及故障警告等数据，通过CAN通信上报整车仪表显示单元，仪表显示单元把实时数据显示在仪表盘上。

（4）故障诊断

电池管理系统能与车辆检测仪器进行通信，诊断系统的故障，方便车辆的维修。最优先的任务是安全管理，能检测部件的失效，并使用替代功能，或关闭系统。（二）电池管理系统的类型

电池管理系统有集中式和分布式两种类型。1.集中式电池管理系统

将所有的采集单元全部集中在一块BMS板上，构成一个整体，由整车控制器直接控制。集中式电池管理系统外形及其拓扑结构2.分布式电池管理系统

分布式电池管理系统分成一个主控模块和多个从控模块。

（1）主控模块

（2）从控模块

BMS主控模块

BMS从控模块

分布式电池管理系统架构

（三）电池管理系统安装位置

新能源汽车电池管理系统一般安装在电池包内部，一部分车型安装在汽车前舱低压蓄电池旁边。2019款比亚迪e5BMS、普锐斯BMS安装位置如图所示。2019款比亚迪e5BMS安装位置

普锐斯BMS安装位置

（四）电池管理系统的结构

以长沙巨力公司BMS-G为例，BMS由主控模块、数据采集模块、高压模块、显示模块等几部分构成如图所示。BMS-G结构框图

1.主控模块（1）外观BMS-G主控模块外观如图所示BMS-G主控模块外形（2）安装位置

汽车前舱、电池包内或高压配电盒内。（3）基本功能

电流检测、SOC和SOH估计、通信功能、报警与保护、系统自检、系统升级、继电器控制。2.数据采集模块（1）外形及内部结构

巨力BMS-G数据采集模块外形及内部结构如图所示。巨力BMS-G数据采集模块外形及内部结构（2）安装位置

数据采集模块一般安装在电池模组表面，如图所示。数据采集模块安装位置（3）基本功能

基本功能包括温度检测、动态均衡、单体电压检测、通信功能。数据采集模块与温度传感器、电压传感器配合对动力电池的温度、电压数据进行采集。2.高压模块

（1）作用

高压模块的作用是测量电池组总电压及电池母线与车体的绝缘电阻。

（2）基本功能

高压模块的基本功能包括总电压检测、绝缘电阻检测、通信功能、数据上报、系统升级、继电器控制，如图所示。BMS-G高压模块外形4.显示单元

显示单元是人机交互的窗口，它有实时数据显示、故障报警查询、历史数据记录等作用。BMS显示单元（五）电池管理系统的控制策略

现从上电控制策略、下电控制策略、热管理策略、高压互锁功能检测三个方面介绍电池管理系统的控制策略。

1.上电控制策略

起动开关置于ON位置，整车控制器、电机控制器、仪表BMS等自检，BMS自检确认：

（1）充电枪连接车辆并处于充电状态，BMS发送充电枪状态信息给整车控制器（VCU），VCU不执行上电程序。（2）环路互锁检测端为低电位搭铁信号，BMS未检测到搭铁信号，则发送环路互锁故障报文给VCU，VCU不执行上电程序。（3）BMS自检电池状态良好允许上电，则向VCU发送允许上电报文，VCU自检后确认BMS输入的允许上电信息，并确认电机控制器已完成上电准备的可驱动报文，检测到起动开关接通请求上电信号后，发送接触器闭合报文给BMS允许上电，BMS接通预充接触器线圈电路，预充接触器触电接通工作，动力电池进行预充电。

2.下电控制策略（1）停车下电控制策略

起动开关置于OFF位置，VCU发出下电报文，并向电机控制器（MCU）发送关闭报文，MCU完成关闭后向VCU发送扭矩关闭报文。电机控制器关闭后，VCU向BMS发送关闭接触器报文，BMS控制动力电池正、负极母线接触器和高压接触器断开，完成下电。（2）行车下电策略

车辆在行驶过程中，VCU发送高压回路断开要求，VCU进入错误状态（IGHOLD状态），所有高压设备不能使用，在VCU发出高压回路紧急断开指令后，BMS立刻响应，断开动力电池正负母线接触器。

当出现三级故障，BMS上报VCU告警后，若未接收到下电指令，关闭母线正负接触器策略如下：BMS需要延时切断，最长延时时间为30s。若BMS12V唤醒信号（含IGNOFF和充电枪断开信号）丢失，BMS需按原下电逻辑进行下电，数据存储完成并在12V唤醒信号丢失3s内进入休眠状态。

3.热管理策略

（1）慢充加热策略

插入充电枪，车载充电机输出一路12V电源给BMS供电（部分车由DC/DC给BMS供电），当电池最低温度低于0℃时，闭合慢充接触器和加热接触器，起动加热系统，加热请求电压为370V，加热请求电流为3A。当电池最低温度高于6℃时，延时2s断开加热接触器，恢复正常充电。如充电过程中温度低于0℃，请求电流降为3A，延时2s闭合加热接触器，实行循环加热。加热过程中温度高压15℃时，则停止加热。

（2）快充加热策略

插入快充枪，充电桩输出一路12V电源给BMS供电，当电池最低温度低于0℃时，先闭合快充接触器和加热接触器，再闭合总负接触器起动加热系统，加热请求电压为370V，加热请求电流为5A。当电池温度高于5℃时，延时2s断开加热接触器，恢复正常充电。如充电过程中温度低于0℃，请求电流降为3A，延时2s闭合加热接触器，实行循环加热。加热过程中温度高于15℃时，则停止加热。

4.高压互锁功能检测

（1）上电时，如BMS无法检测高压互锁信号，则不允许上高压电。

（2）车辆运行中，BMS检测到高压互锁信号丢失，立刻向VCU发送报文，并按三级故障下电流程动作断开高压电。

（3）充电状态下，BMS无法检测互锁信号，则将充电需求电流降为0，按三级故障断开充电回路。

（4）放电状态下，BMS无法检测互锁信号，则将放电功率限制为0，并按三级故障断开高压放电回路。课堂练习一、填空 1.电池管理系统主要功能有

、

、

、

、

、

等；拓展功能有

、

、

、

等。

2.电池管理系统数据采集主要是采集电池

电压、

电压、电池模块

、

或

等数据，对电池进行管理。

3.电池状态主要包括

和

等，电池状态是车辆进行

或

匹配和控制的重要依据。

4.BMS的能量管理包括：

①

；

②

；

③

。

5.BMS的安全管理包括：

①

；

②

；

③

。

（6）BMS热管理的功能是

。

（7）充电管理是指BMS通过检测与分析电池状况，“通知”充电机，让系统计算充电机

，才能达到良好的充电效果。

（8）电池单体性能不一致时，

，进行均衡。

（9）BMS有故障诊断功能，能检测部件的

，并使用替代功能，或

。

（10）BMS一般安装在

，部分车安装在

。

（11）主控模块用来

，

；它的基本功能包括电流检测、

和

估计、通信功能、

、系统自