混动电动车的电池包是如何工作的?

2017-11-03  |  By Clover  |  In 技术

混动电动车的电池包的功能实现需要从硬件和软件两方面着笔分析。

硬件部分

对于消费者而言,那么你只能见到电池包的金属或者碳纤微/玻璃纤维的外壳,还有下面这个Service Plug,也就是电池包的主断开开关。

这个开关是电池包封装后做一切维护和测试的时候确保电池处于断电状态的最终保障。这个小小的开关也有巧妙的机械机构,拔出分为两步走,第一步会断开低压的high voltage interlock loop, 就是控制高压继电器的低压电路,在此高压继电器已经保证脱开。第二步才是彻底拔出断开高压回路,那么这样两步走就能有效防止直接拔出断开高压电路所可能产生的电弧。

注意:如果你在电动或者混动汽车的电力相关配件上看到类似下图的橙色标识部件则代表该部件是高压部件,需要额外小心。

混动电动车的电池包是如何工作的?

一个安全的电池包设计还需要有通向外部环境的爆破型泄压阀组件,用于在电池短接或者过热产生大量气体的时候及时泄压以避免爆炸这样的安全隐患。

一般用户还可能看到的还有类似下图的两条橙色高压线(图片来自网络),这两条高压线负责电池的DC/DC变压器或者DC/AC逆变器连接,负责高压电池的充电和放电。

混动电动车的电池包是如何工作的?

另外可以看到的但是不太容易被用户注意的硬件还有:

1、低压电输入,为例如电池控制器这样的低压设备供电

2、冷却流量输入输出,取决于是风冷还是水冷,有风冷或者水冷输入输出

3、通讯接口, 比如CAN接口,负责譬如电池控制器BMS和其他车辆控制器比如混动控制器HCU的通讯。

如果你是电池相关的工程师的话如果有机会打开电池包,你一般可以看到类似下面这个结构:

混动电动车的电池包是如何工作的?

电池包内的电池都是按照电池模块(module)的形式来组织,每个模块有多个电池(例如一般6-12个电池单体为一组), 电池单体正负极连接器,还有电平衡的连接器。

每个模块还有模块独立的温度传感器和电池单元控制器,负责电池模块的控制和检测。

电池模块之间非常重要的一部分就是冷却回路。对于锂电池最常见的是在每两两模块之间构建冷却水循环系统,通过传热膜散热, 通过进出水管道和外部冷却水进行循环。

除了电池模块和相关的模块控制器以及冷却回路,其他非常重要的高压继电器,电池预充机构,保险丝,还有绝缘检测控制,以及整个电池包的大脑电池控制器BMS大多是放置在电池模块顶层与上盖之间。例如上图的Battery Junction Box的位置。

也有把高压电路控制和电池控制器独立安置在电池包之外的,具体BMS等结构的安放位置取决于电路设计要求和特性。

最后,电池包内部需要保持和壳体的绝缘。

软件部分

电池的软件功能则主要由BMS(电池控制器)通过两方面通讯来实现:

1、一方面是通过和混动控制器通讯来接受充电,放电,断电等等请求,同时发送请求确认,电压电流,SOC,SOH。

2、另一方面是和电池内部的控制器通讯,比如电池模块控制器,或者是独立的绝缘检测控制器。

BMS本身的主要软件功能包括下面这些:

1. BMS会控制状态机来对电池包的不同状态进行切换。比如开关开关开断,状态检测,绝缘检测,错误状态等等。

2. BMS会控制充电状态、充电电流大小、充电电压大小以及不同单体的电平衡。需要考虑的因素包括充电机及充电设备能提供最大电流,电池单体电压,电池单体平均温度是否过高,是否有其他错误策略取消充电电流,各个零部件的效率和充电电流补偿,以及不同电池单体之间的电压平衡。

3. 管理电池放电、能量回收及功率预估。BMS负责计算电池的最大放电电流和最大能量回收电流,以及放电和能量回收最大功率。

4. 通过电池模块控制器控制电平衡,并采集所有温度及电压相关数据(高低平均温度,高低平均电压值)并储存在相关的变量内供软件计算使用。

5. 接收绝缘检测测试结果,并在检测到错误时应用相关策略。

6. 进行电池及高压线路绝缘检测:检测返回结果并在检测到错误时应用相关策略。

7. 对High voltage Interlock Loop的状态进行检测。

8. BMS根据电池模块传递的数据对每个电池单体进行SOC(State of Charge)和SOH(State of Health)的计算并把虽小值传给用户界面。同时把每个电池单体的相关SOC和SOH统计值传给NVRM进行记录。

9. 热管理。电池通过采集环境温度、电池不同单体温度、冷却水进出口温度,同时参考标定的电池单体可承受最高温度,决定热管理控制量:如冷却水流速。

10. 记录相关变量的历时统计数据: 电池使用总时间(寿命), 车辆在不同状况下的积累时间(如行驶,充电,停车), 总计充电量/放电量, 超过正常电压电流温度范围的时间积累值, 特定功率下行驶的时间积累值, 开关开合次数。

以上为关于电池包软件方面BMS相关功能的总结。

  文章来源:EV芯视野(公众号ID:EVISION8)

 



 

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