新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)構(gòu)造與檢修（配實(shí)訓(xùn)工單）課件 項(xiàng)目二新能源汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)

新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)構(gòu)造與檢修新能源汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)項(xiàng)目二任務(wù)一動(dòng)力電池任務(wù)二動(dòng)力電池管理系統(tǒng)動(dòng)力電池系統(tǒng)為新能源汽車提供動(dòng)力，是新能源汽車的心臟。在汽車上，動(dòng)力電池系統(tǒng)的主要作用是向用電設(shè)備供電，如圖所示。項(xiàng)目描述動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）是配合監(jiān)控儲(chǔ)能電池狀態(tài)的裝置，主要是為了智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的工作狀態(tài)。一般BMS表現(xiàn)為一塊印制電路板（PCB），即BMS保護(hù)板，或者一個(gè)殼體（硬件盒子）如圖所示。知識(shí)目標(biāo)1.能夠掌握動(dòng)力電池的定義。2.能夠掌握常用的行業(yè)術(shù)語(yǔ)。3.能夠掌握動(dòng)力電池的分類。4.了解動(dòng)力電池管理系統(tǒng)。技能目標(biāo)1.掌握動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)。2.掌握動(dòng)力電池的應(yīng)用。3.掌握動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。4.掌握動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理。素養(yǎng)目標(biāo)1.養(yǎng)成總結(jié)學(xué)習(xí)知識(shí)和技能的方法，為完成任務(wù)積累經(jīng)驗(yàn)。2.養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。3.能夠自覺遵守技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。4.培養(yǎng)知識(shí)總結(jié)、綜合運(yùn)用、語(yǔ)言表達(dá)的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)動(dòng)力電池系統(tǒng)由電池箱、模組與電芯、高壓盒、熱管理系統(tǒng)、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)、高低壓線束等組成。乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)主要零部件如下圖所示，商用車動(dòng)力電池系統(tǒng)主要零部件如右圖所示。任務(wù)一動(dòng)力電池一、動(dòng)力電池工作原理動(dòng)力電池是新能源汽車驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源，是新能源汽車的核心組成部分。動(dòng)力電池的能量密度、產(chǎn)品性能、使用壽命和成本等直接影響新能源汽車的續(xù)駛里程、動(dòng)力性能、安全性和使用成本等。動(dòng)力電池屬于二次電池，二次電池可以重復(fù)充放電，也能儲(chǔ)存電能。比較常見的二次電池是鋰離子電池，作為車載電池被新能源汽車廣泛使用。例如，極氪001動(dòng)力電池如右圖所示。1.蓄電池工作原理如果同時(shí)將兩根分別由鋅和銅制成的金屬棒吊掛在兩個(gè)單獨(dú)的、裝有適當(dāng)電解液的容器中，那么兩種金屬就會(huì)以不同的速度向電解液中釋放出數(shù)量不同的離子，并在金屬棒上留下電子。因?yàn)殇\棒上存在過(guò)量的電子，所以它充當(dāng)陽(yáng)極，而銅棒就成為陰極。因?yàn)殡娮訚舛炔煌栽趦蓸O之間可以測(cè)得電壓。如果用一個(gè)導(dǎo)體連接兩個(gè)電極，電子就從陽(yáng)極向陰極移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)被統(tǒng)稱為蓄電池，是電池最簡(jiǎn)單的形式。當(dāng)蓄電池釋放能量時(shí)，陽(yáng)極就是負(fù)極。對(duì)于可充電蓄電池，同一個(gè)電極會(huì)在蓄電池充電或放電情況下分別充當(dāng)陽(yáng)極或陰極。蓄電池工作原理如圖所示。2.鋰離子電池動(dòng)力電池經(jīng)歷了鉛酸電池、鎳鉻電池、鎳氫電池等多種類型的發(fā)展和探索之后，鋰離子電池由于具備能量密度高、大功率充放電能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為新能源汽車動(dòng)力電池的首選。鋰離子電池（LIB）是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池（鋰電池）以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，因此稱為鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料一般有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料（三元材料主要包括鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰）等，負(fù)極是石墨或碳（一般多用石墨）。正負(fù)極之間使用有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)。鋰離子電池的工作原理：鋰離子電池依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間往返，進(jìn)行嵌入和脫嵌工作。鋰離子電池充電時(shí)，鋰離子從正極材料的晶格中脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液和隔膜到達(dá)負(fù)極，而作為負(fù)極的碳為層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高；鋰離子電池放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極碳層中脫嵌，通過(guò)電解質(zhì)溶液和隔膜，重新嵌入正極材料晶格中?；氐秸龢O的鋰離子越多，電池的放電容量越大。3.三元鋰電池（1）電池特點(diǎn)三元鋰電池的特點(diǎn)是能量密度大，電壓更高，因此同樣重量的動(dòng)力電池容量更大，瞬間放電能力更強(qiáng)，續(xù)駛里程更遠(yuǎn)，車輛加速能力也更強(qiáng)。但是其弱點(diǎn)是穩(wěn)定性較差。三元鋰電池工作電壓范圍是2.8～4.2V。（2）電池充放電在鋰離子電池整個(gè)充放電過(guò)程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。從充放電的可逆性來(lái)看，鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)。鋰離子電池的電極反應(yīng)表達(dá)式為式中，M代表Co、Ni、Mn等金屬，鋰離子電池充電和放電過(guò)程示意圖如圖所示。4.磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池（LFP）簡(jiǎn)稱鐵鋰電池，采用橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物隔膜，它把正極與負(fù)極隔開；右邊是由石墨組成的負(fù)極，由銅箔與電池負(fù)極連接。磷酸鐵鋰電池的上下端之間是電解液，電池由金屬外殼密閉封裝，磷酸鐵鋰電池工作原理如圖所示。（1）電池充電磷酸鐵鋰電池的充放電反應(yīng)是在LiFePO4和磷酸鐵（FePO4）兩相之間進(jìn)行。在充電過(guò)程中，LiFePO4逐漸脫離出鋰離子形成FePO4；在放電過(guò)程中，鋰離子嵌入FePO4形成LiFePO4。電池充電時(shí)，鋰離子從磷酸鐵鋰晶體遷移到晶體表面，在電場(chǎng)力的作用下進(jìn)入電解液，然后穿過(guò)隔膜，再經(jīng)電解液遷移到石墨晶體的表面，之后嵌入石墨晶格中。同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向正極的鋁箔集電極，經(jīng)正極極耳、電池正極柱、外電路、負(fù)極柱、負(fù)極極耳流向電池負(fù)極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負(fù)極，使負(fù)極的電荷達(dá)到平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵。電池充電如圖所示。（2）電池放電電池放電時(shí)，鋰離子從石墨晶體中脫嵌出來(lái)，進(jìn)入電解液，穿過(guò)隔膜，遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新嵌入磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)。電池放電如圖所示。磷酸鐵鋰電池單體標(biāo)稱電壓3.2V，單體充電電壓為3.7V，放電終止電壓為2.5V，電池模組由電芯單體和動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）組成。磷酸鐵鋰電池是用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。而三元鋰電池全稱為正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰等三元聚合物的鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的區(qū)別如圖所示。磷酸鐵鋰電池模組通常由多節(jié)電池單體串聯(lián)組成電池模組。磷酸鐵鋰電池和一般鋰電池同為綠色環(huán)保電池，循環(huán)壽命約是鋰電池的4～5倍，加上同樣能量密度下整體重量較鋰電池約減少30%～50%。因此受到軍事、汽車等與電能相關(guān)領(lǐng)域的重視，鋰電池廠商也紛紛投入這種新型動(dòng)力鋰電池的生產(chǎn)，目標(biāo)市場(chǎng)是新能源汽車與電動(dòng)公交車。5.固態(tài)電池固態(tài)電池（SSB）與目前主流鋰離子電池最大的不同在于電解質(zhì)。固態(tài)電池通過(guò)使用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液和隔膜，在大電流下工作不會(huì)因出現(xiàn)鋰枝晶而刺破隔膜導(dǎo)致內(nèi)部短路，不會(huì)在高溫下發(fā)生副反應(yīng)，大大提升了鋰離子電池的安全性及使用壽命。使用全固態(tài)電解質(zhì)后，電池不必使用嵌鋰的石墨作負(fù)極，而是直接使用金屬鋰作負(fù)極，可以大大減少負(fù)極材料的用量，明顯提高了整個(gè)電池的能量密度，電池能量密度可達(dá)300～400W·h/kg。固態(tài)電池如圖所示。二、動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)1.電芯電芯（BatteryCell）是電池中最基本的組成部分，通常是一個(gè)封裝在金屬殼體中的電化學(xué)裝置。它是儲(chǔ)存和釋放電能的單元，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。（1）電芯單體組成電芯單體的結(jié)構(gòu)由正極板、負(fù)極板、頂蓋、電解液、絕緣隔膜、殼體、絕緣皮等部件組成。例如，電芯單體的結(jié)構(gòu)如圖所示。1）正極板。正極板的材料是鋁箔，鋁箔上面被黑色的金屬氧化物覆蓋，金屬氧化物的材料決定鋰電池的名稱，常見的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳、磷酸鐵鋰等。2）負(fù)極板。負(fù)極板的材料是銅箔，銅箔上面被灰色的石墨材料覆蓋，常見的為鱗片石墨或人造石墨材料。理想的石墨材料具有層狀結(jié)構(gòu)，可以嵌入和固定鋰離子和電子。正極板和負(fù)極板的材料如圖所示。3）頂蓋。頂蓋通過(guò)激光焊接與殼體組成一個(gè)密封的整體，頂蓋具有較多的設(shè)計(jì)和功能，包括注液孔、安全閥（防爆閥）、防護(hù)板、絕緣塑料等，能夠有效防止電路短路和殼體底部腐蝕，如圖所示。4）電解液。電解液是離子傳輸?shù)妮d體，一般由鋰鹽和有機(jī)溶劑組成。電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳輸離子的作用，常見的電解液為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等，如圖所示。5）絕緣隔膜。絕緣隔膜為不導(dǎo)電材質(zhì)，絕緣隔膜會(huì)影響電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，由于電解液為有機(jī)溶劑體系，所以需要用耐有機(jī)溶劑的絕緣隔膜材料，一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜，如圖所示。鋰電池絕緣隔膜位于正極板和負(fù)極板之間，主要作用是將正負(fù)極活性物質(zhì)分隔開，防止兩極因接觸而短路。此外，在電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，能保持必要的電解液，形成離子移動(dòng)的通道。絕緣隔膜材質(zhì)不導(dǎo)電，其物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。6）殼體。殼體在早期主要是鋼殼，現(xiàn)在多采用合金材料的鋁殼，鋁殼的重量更輕、性能更安全。從材料厚度和膨脹系數(shù)上可以有效抑制電池極化、減少熱效應(yīng)、保護(hù)電池和電解液。7）絕緣皮。電芯單體外部的白色或藍(lán)色絕緣膜膠帶是以聚酯薄膜復(fù)合材料為基材，在基材膠粘帶上涂覆專用的亞克力膠水，具有耐高溫、耐高壓擊穿、耐穿刺、抗拉強(qiáng)度好等特點(diǎn)，如圖所示。電芯單體是新能源汽車中重要的核心部件之一，它直接影響整車的性能和續(xù)駛里程。電芯單體的質(zhì)量、容量和電壓決定了動(dòng)力電池的性能，而動(dòng)力電池的性能又直接影響著新能源汽車的性能。因此，選擇優(yōu)質(zhì)的電芯單體非常重要，不僅可以保證車輛的運(yùn)行安全，還可以延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命及續(xù)駛里程。（2）電芯參數(shù)某型號(hào)磷酸鐵鋰電池電芯和某型號(hào)三元鋰電池電芯性能對(duì)比見右表。（3）電芯一致性組裝電池箱時(shí)，首先要做的是電芯配對(duì)，需要將相同容量和倍率的電芯進(jìn)行篩選和排列，最后焊接成電池模組。也就是通常說(shuō)的鋰電池的參數(shù)，要確保這些電池參數(shù)的一致性，再將其組合成串，并聯(lián)成組。例如，單顆電芯電壓為3.7V，需要多顆電芯進(jìn)行組合時(shí)，對(duì)電芯的一致性要求就更高。這將直接影響整組電池的性能，如果因?yàn)槠渲械囊活w電芯和其他電芯不匹配，那么做出來(lái)的電池是有問(wèn)題的，甚至?xí)?dǎo)致鋰電池?fù)p壞，電池模組如圖所示。因此要求在組裝鋰電池時(shí)，要保持電池的一致性。2.電池模組和電池箱（1）電池模組電池模組（BatteryModule）是由多個(gè)電芯組裝而成的單元，用于為新能源汽車提供更高的電池電壓或容量，串聯(lián)連接電芯可以增加電池總電壓，并聯(lián)連接電芯可以增加電池總?cè)萘俊ｋ姵啬＝M是電池系統(tǒng)中的一個(gè)組件，其結(jié)構(gòu)通常由若干個(gè)電芯單體、連接器柔性印制電路板（FPC）和其他附件等組成，如圖所示。電池模組通常還具備外殼或保護(hù)結(jié)構(gòu)，用于保護(hù)電芯并提供結(jié)構(gòu)支撐和物理隔離。電池外殼具有提供防護(hù)、散熱和保護(hù)電池系統(tǒng)免受外部環(huán)境損害的功能。（2）電池箱電池箱（BatteryPack）是由多個(gè)電池模組組裝而成的整體單元，用于為新能源汽車儲(chǔ)存和提供電能。它是電池系統(tǒng)中更高級(jí)別的組件，通常由若干個(gè)電池模組、連接器、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣接口和電池外殼等組成。電池箱配備的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)主要用于監(jiān)控和管理整個(gè)電池系統(tǒng)。BMS對(duì)電池模組的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)和均衡控制，以確保電池箱滿足安全性和性能的穩(wěn)定性要求。電池箱通常還具備熱管理系統(tǒng)，用于控制電池箱的溫度。通過(guò)熱管理系統(tǒng)，可以有效冷卻電池模組，防止其過(guò)熱，使電池箱維持在適宜的工作溫度范圍內(nèi)。電池箱還包括電池外殼和保護(hù)結(jié)構(gòu)，用于保護(hù)電池模組和BMS，并提供結(jié)構(gòu)支撐和物理隔離，以確保電池系統(tǒng)的安全性和可靠性。3.動(dòng)力電池分類（1）無(wú)模組（CTP）電池箱無(wú)模組（CTP）電池箱，電芯單體是電池箱（上圖）的核心組件，即CTP電池箱是由多個(gè)電芯單體直接集成到電池箱內(nèi)，CTP電池箱如下圖所示。（2）有模組（MTP）電池箱有模組（MTP）電池箱是由模組組成的電池箱，是傳統(tǒng)技術(shù)的電池箱技術(shù)，多個(gè)電池模組是由電芯單體組成通過(guò)電池極柱串聯(lián)。它在電池箱內(nèi)部集成封裝好之后再安裝到車身上，因?yàn)樗怯心＝M的結(jié)構(gòu)，所以維修的時(shí)候可以單獨(dú)更換電池模組，這是目前維修中常見的電池箱，如圖所示。CTP電池箱在商用車領(lǐng)域應(yīng)用的背接觸電池（BC）系列如圖所示。（3）電芯底盤一體化（CTC）電池電芯底盤一體化（CTC）電池是將電芯直接集成到車輛底盤內(nèi)部的電池技術(shù)。CTC電池省去了從電芯到模組，再到電池箱的步驟，直接將電芯安裝在車輛底盤平臺(tái)上，是CTP電池的升級(jí)版集成方案。CTC電池集成方案是直接將電芯集成在地板框架內(nèi)部，將地板的上下板作為電池外殼。它是CTP方案的進(jìn)一步集成，完全使用地板的上下板代替電池外殼和蓋板，與車身地板和底盤進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，從根本上改變了新能源汽車電池的安裝形式，如右圖所示。新能源汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證動(dòng)力電池一直處于正常、安全的工作狀態(tài)，在動(dòng)力電池狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)響應(yīng)處理，并根據(jù)車輛行駛狀態(tài)、環(huán)境溫度、動(dòng)力電池狀態(tài)等確定動(dòng)力電池的充放電功率等。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)包括眾多的傳感器（檢測(cè)電流、電壓和溫度等）和電池控制單元（BMU）等。其中，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)重要部件BMU如圖所示。任務(wù)二動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）功能和組成1.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）功能動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）可對(duì)電池箱和電池模組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，能夠精確測(cè)量電池的剩余電量，同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充放電保護(hù)，使電池工作在最佳狀態(tài)，達(dá)到延長(zhǎng)其使用壽命、降低運(yùn)行成本的目的，進(jìn)一步提高了動(dòng)力電池的可靠性，如圖所示。2.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）組成動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）由電池控制單元（BMU）、電池監(jiān)控單元（CSU）、信息采集單元（CSC）、熔斷器或手動(dòng)維修開關(guān)（MSD）、繼電器、高低壓線束等部件組成。通過(guò)各部件或模塊協(xié)同配合工作，實(shí)現(xiàn)高效有序的動(dòng)力電池性能管理。（1）電池控制單元（BMU）電池控制單元（BMU）是BMS的核心，根據(jù)采樣芯片的位置分為集成式與分布式。分布式BMS和集成式BMS的示意圖如圖所示。（2）動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)1）電流采樣采用兩種形式，一是霍爾式傳感器，二是分流器。①霍爾式傳感器?；魻柺絺鞲衅鞲鶕?jù)霍爾原理設(shè)計(jì)制造，由于其采樣時(shí)并不連接高壓回路，所以也叫非接觸式電流傳感器；感受被測(cè)電流信息，并將檢測(cè)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)送給BMU的檢測(cè)通信裝置，位于S盒（S-BOX），當(dāng)一次電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流大小成正比的磁場(chǎng)，霍爾元件輸出與氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的電壓信號(hào)，放大電路將該信號(hào)放大輸出?；魻柺絺鞲衅鞴ぷ髟砣缟蠄D所示，乘用車霍爾式傳感器實(shí)物如下圖所示。非接觸式電流傳感器，對(duì)溫度不敏感，但是對(duì)外部磁場(chǎng)變化比較敏感，對(duì)于結(jié)構(gòu)（尤其是母線）設(shè)計(jì)有較高的要求，商用車霍爾式傳感器如下圖所示。②分流器。分流器電流采樣；與BMU進(jìn)行SCAN通信。區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的電流傳感器，分流器在檢測(cè)到被測(cè)電路的電流與主回路電壓信息時(shí)，將檢測(cè)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)送給BMU的檢測(cè)通信裝置，位于S-BOX，集成高壓采樣的電流采樣單元如圖所示。2）高壓繼電器。高壓繼電器作為高壓通斷的開關(guān)器件，如圖所示。高壓繼電器的主要作用如下：①控制充放電回路的接通與斷開。②控制充電流程。③控制熱管理系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉。④具備在發(fā)生電池自保護(hù)故障或火災(zāi)預(yù)警故障時(shí)斷開所有高壓連接回路，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)電池及確保整車安全的目的。通過(guò)采集電池內(nèi)側(cè)電壓與高壓繼電器外側(cè)電壓進(jìn)行比較來(lái)判斷高壓繼電器的工作狀態(tài)；如果高壓繼電器閉合前采樣到的內(nèi)外側(cè)電壓一致，說(shuō)明高壓繼電器粘連；如果高壓繼電器閉合后采樣到的外側(cè)電壓為0V，說(shuō)明高壓繼電器斷路，高壓繼電器實(shí)物如圖所示。3）信息采集單元（CSC）。信息采集單元（CellSupervisionCircuit，CSC）是一種安裝在電池箱內(nèi)部的監(jiān)測(cè)器，負(fù)責(zé)將電池信息采集后傳遞給BMU進(jìn)行處理。CSC是新能源汽車中的一個(gè)重要部件，如圖所示。CSC主要功能有單體電壓監(jiān)控、模組溫度監(jiān)控、與BMU通信、執(zhí)行均衡。每一個(gè)電池單元有多個(gè)CSC，以監(jiān)測(cè)其中每個(gè)單體電池或電池模組的單體電壓、溫度信息。CSC將相關(guān)信息上報(bào)電池控制單元（BMU），并根據(jù)BMU的指令執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。（3）高壓盒高壓盒主要包括主正繼電器、主負(fù)繼電器、充電繼電器、預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻、熔斷器等。某乘用車高壓盒結(jié)構(gòu)如圖所示。高壓盒的繼電器接收控制單元指令，完成整車的預(yù)充、上電、下電過(guò)程，在短路、過(guò)熱或故障情況下可切斷動(dòng)力電池輸出。某商用車高壓盒實(shí)物如圖所示。某商用車高壓盒如圖所示。高壓盒分為一體式高壓盒（圖a）和分體式高壓盒（圖b）兩種，即分體式高壓盒=接線盒+控制盒1）接線盒：高壓回路及高壓采樣模塊，包含高壓采樣板（HVB）模塊。2）控制盒：包括BMS硬件及驅(qū)動(dòng)控制，包含BMU、數(shù)據(jù)管理（PDM）、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（RDB）模塊。某商用車一體式高壓盒結(jié)構(gòu)如圖所示。某商用車分體式高壓盒—控制盒，如圖所示。某商用車分體式高壓盒—接線盒，如右圖所示。二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）工作原理動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）組成架構(gòu)如圖所示，一般包括信息采集單元（CSC，從控模塊）、電池控制單元（BMU，主控模塊）、高壓盒、電流傳感器和熱管理系統(tǒng)五個(gè)部分組成。集中式BMS將從控模塊與主控模塊集成為一個(gè)整體。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)是保證動(dòng)力電池正常使用、行車安全、數(shù)據(jù)采集和提高電池壽命的一種關(guān)鍵技術(shù)。它能提升動(dòng)力電池的工作性能，預(yù)防個(gè)別電芯單體早期發(fā)生損壞，有利于新能源汽車的順利運(yùn)行，并對(duì)乘員具有保護(hù)和警告功能。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)不僅要保證動(dòng)力電池系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，還要充分發(fā)揮動(dòng)力電池的性能并延長(zhǎng)其使用壽命。BMS是動(dòng)力電池和整車控制器與駕駛?cè)酥g溝通的橋梁，通過(guò)控制高壓繼電器的動(dòng)作來(lái)控制動(dòng)力電池的充放電，并向整車控制器上報(bào)動(dòng)力電池系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)與故障信息。BMS是動(dòng)力電池的核心部件，是集監(jiān)測(cè)、控制與管理為一體的控制單元，主要由BMU、CSC、高壓盒、溫度調(diào)節(jié)裝置等部件組成。動(dòng)力電池的性能很復(fù)雜，不同類型的動(dòng)力電池特性相差很大。需要建立BMS來(lái)提高對(duì)動(dòng)力電池的利用率，防止動(dòng)力電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電的情況，延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命并監(jiān)控動(dòng)力電池的狀態(tài)。1.信息采集單元信息采集單元（CellSupervisingCircuit，CSC）是一個(gè)專用的集成數(shù)據(jù)采集模塊，負(fù)責(zé)對(duì)動(dòng)力電池模組各電芯單體電壓、溫度和采樣線是否異樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了達(dá)到動(dòng)力電池系統(tǒng)布線的最優(yōu)化，各電芯單體的均衡電路也在這個(gè)模塊中完成。一個(gè)動(dòng)力電池模組對(duì)應(yīng)一個(gè)CSC，由于動(dòng)力電池由多個(gè)動(dòng)力電池模組組成，所以動(dòng)力電池管理系統(tǒng)由多個(gè)CSC組成，如圖所示。（1）數(shù)據(jù)采集動(dòng)力電池管理系統(tǒng)所有的控制均源于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)包括電芯單體電壓、溫度、總電壓、總電流、絕緣電阻、高壓互鎖（HVIL）信號(hào)、碰撞信號(hào)、熱管理系統(tǒng)進(jìn)出水口溫度等。根據(jù)GB18384—2020《電動(dòng)汽車安全要求》，在最大工作電壓下，絕緣電阻直流電路應(yīng)≥100Ω/V，交流電路應(yīng)≥500Ω/V。如果直流和交流的B級(jí)電壓電路可導(dǎo)電的連接在一起，則應(yīng)滿足絕緣電阻≥500Ω/V的要求。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)還對(duì)高壓插接件的連接可靠性、手動(dòng)維修開關(guān)及部件開合狀態(tài)進(jìn)行高壓互鎖檢測(cè)，確保高壓系統(tǒng)安全有效。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)對(duì)所有采集的數(shù)據(jù)均通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)CAN總線與整車控制器進(jìn)行交互。（2）狀態(tài)估算狀態(tài)估算是BMS的重要功能之一，通過(guò)采集當(dāng)前的動(dòng)力電池狀態(tài)、運(yùn)行工況和充放電電量信號(hào)，對(duì)動(dòng)力電池的電池荷電狀態(tài)（SOC）、電池健康狀態(tài)（SOH）進(jìn)行估算，SOC、SOH估算精度直接影響動(dòng)力電池的運(yùn)行效率和使用壽命，一般要求估算誤差不超過(guò)5%。SOC、SOH信息還會(huì)與整車控制器交互，并顯示在儀表上。（3）能量管理能量管理主要包括動(dòng)力電池充放電管理和均衡管理。BMS根據(jù)動(dòng)力電池荷電狀態(tài)對(duì)充放電過(guò)程的電流和電壓進(jìn)行限制，控制充放電功率。動(dòng)力電池模組中設(shè)置有均衡電路，對(duì)電芯單體進(jìn)行均衡控制，確保電芯單體工作狀態(tài)的一致性，提高動(dòng)力電池的整體性能和使用壽命。（4）安全保護(hù)BMS具備動(dòng)力電池保護(hù)功能，當(dāng)動(dòng)力電池出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)熱時(shí)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行限流、限壓、下電控制，監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池絕緣故障、高壓互鎖故障和碰撞信號(hào)，切斷高壓回路，確保人身和高壓系統(tǒng)的安全。（5）熱管理例如，鋰離子動(dòng)力電池對(duì)工作溫度的要求非常高，動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)必須確保動(dòng)力電池在最佳溫度狀態(tài)下工作。當(dāng)動(dòng)力電池工作溫度過(guò)高時(shí)會(huì)啟動(dòng)制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，工作溫度過(guò)低時(shí)會(huì)通過(guò)PTC加熱器等方式進(jìn)行加熱，并在動(dòng)力電池工作過(guò)程中保持電芯單體間溫度的一致性。（7）故障自診斷BMS具備故障自診斷功能，系統(tǒng)上電后根據(jù)動(dòng)力電池的工作狀況、采樣線通斷等情況，對(duì)動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)自身的故障進(jìn)行判斷和報(bào)警，保存故障信息，以便進(jìn)行故障快捷排查。（6）數(shù)據(jù)通信與顯示BMS具有與整車控制器（VCU）、車載充電機(jī)（OBC）及直流充電樁等進(jìn)行通信的功能。通信方式包括模擬量、脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)和動(dòng)力CAN總線。為了幫助駕駛?cè)思皶r(shí)準(zhǔn)確地了解新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)的狀態(tài)，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)還需將溫度、SOC和各種警告信息通過(guò)儀表進(jìn)行顯示。（6）數(shù)據(jù)通信與顯示BMS具有與整車控制器（VCU）、車載充電機(jī)（OBC）及直流充電樁等進(jìn)行通信的功能。通信方式包括模擬量、脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)和動(dòng)力CAN總線。為了幫助駕駛?cè)思皶r(shí)準(zhǔn)確地了解新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)的狀態(tài)，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)還需將溫度、SOC和各種警告信息通過(guò)儀表進(jìn)行顯示。2.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）的類型BMS一般采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括兩大功能模塊，BMU和CSC，通常也稱之為主控模塊和從控模塊。從控模塊（CSC）為動(dòng)力電池信息采集與均衡控制模塊，負(fù)責(zé)采集動(dòng)力電池信息和執(zhí)行BMU的均衡控制。主控模塊（BMU）負(fù)責(zé)信息處理及系統(tǒng)控制。由于主控模塊和從控模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，BMS可分為集中式BMS和分布式BMS兩種類型。（1）集中式BMS集中式BMS將主控模塊（BMU）、從控