news 2026/9/11 18:18:53

某纯电牵引车动力电池及管理系统

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
某纯电牵引车动力电池及管理系统

282kwh系统由8个电池箱、BMS电池管理系统、高压箱、热管理系统(水冷机组、PTC)、DCDC等几个部分组成。


1、电池箱

电池箱由电池模组、加热膜、水冷下箱体、电池监控单元CSC、及其它附件组成。

每个电池箱均设有一个维修开关MSD,在对电池箱进行拆解维修前,需要先拆下维修开关,将高压回路断开,以保障作业安全。MSD与正极高压连接器为一体件。
平衡阀:

用于防水透气,平衡电池包内外压力;起到安全保护作用。
电池监控单元CSC:

CSC功能包括:电芯电压采样、模组温度采样、均衡管理功能。CSC通过菊花链通信将电池包状态参数数据传输给BMU。

电池封装:

电池封装部件包括:电芯、端板、绝缘片、钢带、模组压条等部件。
高压箱内部主要有继电器、传感器、维修开关、HVB等部件。


继电器:

控制水冷机组高压供电继电器1个;充电控制继电器4个、高压上电控制总负继电器1个、电池加热继电器2个;

传感器:

高压箱内置有电流传感器2个电流传感器。

维修开关:

高压箱上设有2个维修开关。在对整车高压电路维修前,需要先断开2个维修开关。

高压采样单元HVB:

HVB 主要功能有:高压正极采样、高压负极采样、绝缘采样和监控;HVB 与BMU间通过CAN通信。
霍尔式电流传感器:

电流传感器依据霍尔原理工作,它并不连接高压回路,为非接触式电流传感器;它通过磁通门的方式进行电流采样,并将采集到的电流值转化为数字信号,然后通过 CAN 通讯,将采集到的电流值发送给 BMU;传感器对温度不敏感,但是对外部磁场环境较为敏感。
3、BMS系统

BMS即电池管理系统,其主要功能为管理及维护各个电池单元,它实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息、评估电池状态,并与整车控制器交换信息,从而达到安全、合理使用电池的目的。

BMS系统简图,如下图所示:


电池管理系统包含四个电子模块:BMU、 HVB、CSU、CSC。

BMU:

BMU作为BMS系统控制单元,主要有如下功能:

①低压供电电源竞争管理;

②SOC&SOH估算 ;

③故障诊断、参数标定;

④继电器控制和高压触点诊断;

⑤CAN通信;

⑥高边驱动/驱动诊断;

⑦低边驱动/驱动诊断;

⑧高压互锁;

⑨充电控制;

⑩热管理控制;

⑪电子锁控制。

CSU:置于高压箱内的CSU主要功能是电流采样。

CSC:置于各电池包内的电池监控单元CSC主要功能是电芯电压采样、模组温度采样和均衡管理等。

HVB:置于高压箱内的HVB主要功能是高压采样和绝缘检测。

BMS控制盒:

BMS控制盒内设置有BMU和RDB。

控制盒共有6个接口,分别是:与整车线束相连接的整车低压接口:用于系统诊断的测试诊断接口:与高压箱相连的控制1和控制2接口:与电池监控单元CSC通信的低压输入和低压输出接口(菊花链通信)。




RDB:其作用是负责电池数据远程传输, 它通过无线传输将电池信息传到后台数据中心。


动力电池充放电管理:

①对充电电流、电池电压等参数进行监控,防止动力电池出现过充现象;

②动力电池充电过程中,实现与非车载充电机之间连接和通讯;

③对电池放电深度进行控制,防止电池过放电影响电池使用寿命;

④对电池放电电流进行监控,防止过电流造成电池损坏。

动力电池均衡管理:

电池组是由很多个单体串联而成的,单体间能量差异大小,即电池离散性对电池的循环使用寿命会产生直接影响。电池均衡的目的是将这一差异尽量缩小,以提升电池性能和寿命。电池均衡为耗散型和非耗散型两种类别。

主动均衡就是指将能量高的单体中的能量转移给能量低的单体上,相当于高能量单体为低能量单体充电,从而达到能量均衡的目的。主动均衡又称为“非耗散型均衡”。

被动均衡又称为“耗散型均衡”,它是利用并接电阻等方式将能量高的单体中的能量消耗掉,从而使电池组内的单体电压趋于一致。这种均衡方式成本低,但会造成能量浪费。


动力电池温度管理

电池温度管理的目的是保证电池在理想温度(25℃~45℃)范围内工作,从而提高电池充放电特性,保证电池循环寿命,确保电池安全使用。

充电加热控制:充电起始状态,单体最低温度≤5℃,加热开启,只加热不充电,5~10℃时边加热边充电,≥10℃时停止加热。

电池放电温度控制:低温冷启动,电池温度低于一定值,会自动启动加热程序;行车中根据温控条件控制水泵和水冷机组工作,将电池温度控制在理想范围内。

4、热管理系统

加热:电池包采用电加热膜加热方式。

冷却系统:电池箱采用集成水冷下箱体结构,当经水冷机组降温的冷却液循环流过电池下箱体时,实现为电池散热降温。当冷却系统选装PTC时,PTC加热冷却水,然后经冷却液循环,也可实现为电池加热。


液冷系统工作模式:

BMS根据判定需求向水冷机组发送执行指令,执行不同状态的工模式:①冷却状态(水冷机组工作);②停止状态;③自循环状态(仅水泵工作)。

液冷系统循环:

BMU通过负温度系数热敏电阻采集各电芯当前温度。电芯产生的热量通过电池系统内部液冷系统被带出,通过换热器传递给水冷机组(空调系统),最后通过空调系统将这部分热量传递到环境空气中。


5、电池系统常见故障

电池容量(Ah):是指电池所能够储存的电量的多少。

充放电倍率:充放电倍率是指规定时间内充进或放出其额定容量(Ah)时所需的电流值,表示充放电快慢的量度,C值比较高的电池,内阻一般较低。充放电倍率(C)=充放电电流(I)/额定容量(Ah)。

循环寿命(次):电池经历一次充放电称为一个周期或者一个循环,电池反复充放电后,容量会逐渐下降。在一定的放电条件下,电池容量降至80%时,电池所经受的循环次数就是循环寿命。

荷电状态(State of Charge, SOC):即电池的剩余电量。在一定放电倍率下,剩余电量与相同条件下额定容量的比值。荷电状态值是个相对量,一般用百分比的方式来表示(0≤SOC≤100%)。

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