纯电动汽车动力电池系统解析

一、动力电池系统

动力电池系统由电池箱外壳、电池包、电池管理系统、辅助元器件4部分组成，如图1所示。动力电池系统由电池箱外壳、电池包、电池管理系统、辅助元器件4部分组成，如图1所示。

图1 动力电池箱

1．外壳

2．电池包

图2 1P100S电池包

表1 EV200动力电池

3．电池管理系统

图3 电池管理系统框图

（2）主控盒的作用。如图4所示：①接收从控盒发来的实时模块电压和模组温度，并计算最大值和最小值；②接收高压盒发来的总电压和总电流；③通过新能源CAN与VCU、充电机等通信，通过快充CAN与直流充电桩、数据采集终端通信；④控制充放电电流（执行部件是车载充电机、直流快充桩和电机控制器）；⑤控制动力电池加热。

图4 主控盒作用

（3）从控盒作用。亦称作电池信息采集盒，如图5所示：①实时监控每个模块电压；②实时监测每个模组的温度；③监测SCO值；④将以上监测到的数据传送给主控盒。

图5 从控盒作用

主控盒大多安装在电池箱内，也有安装在电池箱外。安装在电池箱内的，采取1主N从，称作分布式；主从合一称作集中式，如图6所示，这种型式如线束破损则容易产生安全隐患，还容易使BMS短路而烧毁。

图6 集中式BMS

（4）高压盒作用。如图7所示：①监控动力电池总电压，包括主继电器的内外四个监测点（主正继电器内、主正继电器外、主负继电器内、主负继电器外）；②监测充放电电流；③监控高压系统绝缘性（见后面介绍）；④监控高压连接情况；⑤将以上监测到的数据传送给主控盒。

图7 高压盒相关电路

4．辅助元器件

图8 辅助元器件

 （1）主正继电器，如图9所示，由BMS控制，作用是接通／断开动力电池正极。

图9 主正继电器

（2）预充继电器、预充电阻，如图10所示，由BMS控制，作用是接通／断开动力电池预充正极。预充电阻一般为100Ω，目的是通入小电流，预充电时检测单体电池有无短路；上电时先用小电流给电机控制器和电动压缩机控制器的电容器充电，因为电容器在充电开始时处于短路状态。

图10 预充继电器、预充电阻

（3）主负继电器，由整车vcu控制，接通／断开动力电池负极。

图11 高压熔断器

（5）电流传感器，型式有分流器和霍尔传感器两种，如图12所示。分流器是一个阻值很小的电阻，当有直流电通过电阻时产生电压降，根据欧姆定律，电流＝电压／电阻，就可计算出电流值。霍尔传感器是半导体材料制成的磁电转换器件，高压电缆穿过该器件，电缆周围产生磁场；传感器输入端通入电流，输出端产生与高压电缆电流成比例的霍尔电势，就可计算出电流值。

图12 电流传感器

（6）加热继电器与加热熔断器，如图13所示，适用磷酸铁锂电池，该电池低温充放电性能差，在低温如不加热充电或放电，会降低电池循环寿命，电池温度范围为0～50℃。

图13 加热继电器

（7）高压插座，用来连接通往高压盒的高压电缆，EV200电动车高压插座如图14所示，插孔1为高压－，插孔2为高压＋。

图14 高压插座

（8）低压插座，用来连接低压线束，北汽新能源EV200的低压插座示意图如图15所示，端子含义见表2。

图15 低压插座

表2 低压插座端子定义

二、BMS控制原理

1.BMS功能

①电池不一致性，是指随着循环充放电次数增加和工作环境变化，出现单体电压、容量、内阻不一致，降低电池容量，影响电池使用寿命。如图16所示，先看均衡前，某个模块已达到放电终止电压（下限保护电压），其他模块还有一定的电量，这时不能继续放电；充电后某个模块已达到充电终止电压（上限保护电压），这时不能继续充电；可以看出均衡前电池总电量减小。再看均衡后，增加了电量差，电池的电量增加。图中每个模块电量的长短不同，说明容量不一致。

图16 均衡前后的电量对比

图17 各模块电压

（5）热管理。①在低温情况下对电池包加热。②电池自身有内阻，电流流动产生热量，热量累积温度升高，当超出正常温度会影响电性能和寿命，BMS监测各模组温度，通过冷却液循环或通风散热。

（1）慢充电。BMS通过新能源CAN连接VCU、驱动电机控制器、车载充电机、DC/DC控制器、PTC控制器、电动压缩机控制器、诊断接口。早期有的车型BMS通过慢充总线连接车载充电机、数据采集终端。当插上慢充枪，VCU唤醒BMS由睡眠状态转为工作状态，VCU接通电池箱内的主负继电器，BMS先接通预充继电器，再接通主正继电器而断开预充继电器。BMS根据动力电池总电压、模块电压、模组温度，由充电机调节充电电流，慢充电过程需要8～10h（常温25℃，0→100%SOC）。

（2）快充电。BMS通过快充CAN连接直流快充桩、RMS数据采集终端、诊断接口。当插上快充枪，BMS将充电需求送给直流快充桩，由直流快充桩调节充电电流，快充电过程需要30～45min（常温 25℃，30%→80%SOC）。

3．充电前加热

图18 慢充加热回路

（2）快充加热回路，如图19所示：直流充电桩→高压盒＋→升加热继电器触点→加热膜→加热熔断器→高压盒→升直流充电桩。

图19 快充加热回路

4．预充电

图20 慢充预充电回路

（2）快充预充电，是由直流充电桩提供电源。

5．充电

图21 慢充回路

（2）快充回路，如图22所示：直流充电桩→高压＋→主正继电器触点→电池模组→维修开关（内有熔断器）→电池模组→电流传感器→主负继电器触点→高压－→直流充电桩。

图22 快充回路

6．上电

图23 预上电回路

（2）上电回路。当电容电压等于动力电池电压，BMS闭合主正继电器，断开预充继电器，如图24所示：动力电池＋。主正继电器触点→高压＋→负载斗高压－→主负继电器触点→电流传感器（分流器）→动力电池－。

图24 上电回路

7.绝缘监测

图25 绝缘监测回路

（1）电池正监测回路，动力电池＋→绝缘监测电阻→主正绝缘监测继电器→搭铁。