基于電動汽車電氣設備的電池管理系統的檢修
——評《電動汽車動力電池管理系統原理與檢修》

鐘衛連,李 奇

(懷化職業技術學院,湖南 懷化 418000)

隨著人們環保意識的日益增強,電動汽車已成為汽車工業的一個重要發展方向。 電動汽車的電氣設備作為車輛電動化的關鍵設備,不僅對車輛的性能和效率起著至關重要的作用,而且對于整個能源消費結構的轉變和發展具有積極的影響。 電動汽車的電氣設備主要包括電動機、動力電池電控系統和高壓電纜等部分,其中,動力電池作為電動汽車儲存和供給能量的主要設備,是實現車輛電動化的核心部件,直接關系到電動汽車的動力性能、續駛里程和安全性能等。 動力電池被廣泛應用在電動汽車和插電混合動力汽車上,是電機驅動電動車輛的能量源,也是電動汽車的核心技術之一。動力電池管理系統能夠實時監測電池的狀態,防止動力電池過充和過放,更好地延長電池的壽命,因此,對動力電池管理系統進行檢修,能夠及時發現和處理潛在的安全隱患,避免問題擴大化,切實保障電動汽車電氣設備的安全性和可靠性。

為系統梳理電動汽車動力電池及管理系統原理和檢修的技術要求,給相關技術人員及理實教學課程專業提供參考,朱升高等人主編完成《電動汽車動力電池管理系統原理與檢修》一書,該書共分為9 個章節。 第1 章是動力電池發展與制造工藝;第2 章是電動汽車動力電池類型;第3 章是動力電池結構;第4 章是動力電池檢查維護與更換;第5 章是動力電池管理系統;第6 章是動力電池狀態檢測與均衡管理;第7 章是動力電池充放電管理;第8 章是動力電池通信與信息管理;第9 章是動力電池管理系統故障檢修。

1 動力電池管理系統

動力電池管理系統是電動汽車的關鍵部分,主要負責對動力電池進行監控、維護和能量管理,由電池模組、輔助元器件和電池管理系統等模塊構成。 動力電池模組將電池單體通過串聯或并聯的方式進行組合,形成一個能夠直接提供電能的組合體。 同時,每個動力電池模組的組合方法有3 種,包括先并聯后串聯、先串聯后并聯以及混聯等。

動力電池管理系統是保證動力電池正常使用、行車安全、數據采集和延長電池壽命的一項關鍵技術,主要功能包括監控電池的狀態和確保電池的安全使用,如絕緣情況檢測、電池荷電狀態(SOC)計算、電池健康狀態(SOH)監控、電池均衡以及放電功率計算等。 此外,當電動汽車的電池出現問題時,動力電池管理系統也會立即上報,以保障駕駛人員的安全。

2 動力電池狀態檢測與均衡管理

動力電池狀態檢測有兩個主要方面:①電壓和電流檢測;②SOC 和SOH 估算。 通過對動力電池的狀態進行檢測和估算,人們可以監測電池的性能,保證新能源汽車的安全性和可靠性。 一般可以通過測量動力電池的端電壓來獲取電壓信息。 電流是動力電池的另一個重要參數,反映了動力電池的充放電能力以及功率輸出或輸入的情況。 電流檢測可以監測動力電池的充放電性能以及放電速率,從而控制和管理動力電池的使用。 SOC 是指動力電池的剩余容量與電池容量的比值,即動力電池的電量狀態。 SOC 估算可以掌握動力電池的電量情況,指導駕駛員進行合理的充電或使用規劃。 一般可以通過測量動力電池的電壓、電流和溫度等參數來估算SOC。 SOH 是指動力電池的健康狀況,即充放電能力的衰減程度。 SOH 估算可以監測動力電池的使用壽命,并為電池的使用和維護提供參考。 一般可以通過測量動力電池的內阻、容量和充放電效率等參數來估算SOH。

鋰離子電池之間的電量不平衡,輕則造成動力電池整體儲能效果下降,縮短電池的使用壽命;重則會導致電池熱失控,增加整車運行的安全隱患。 為了防止這種不均衡狀況的加劇,需要提升電池組的充電電壓,對電池進行均衡充電,使特性得到平衡,并延長電池的使用時間。 均衡策略主要有主動和被動兩種,由于主動均衡系統的構造相對復雜,成本較高,目前市場上主流的是被動均衡系統。

3 動力電池數據通信管理與充放電管理

動力電池的通信網絡結構是整個系統的骨架,負責將電池管理系統、車輛控制器和電機控制器等各個節點連接在一起,實現信息的交互與共享。 在此基礎上,針對控制器局域網絡(CAN)總線故障的檢查顯得尤為重要。 一旦出現通信故障,應立即進行排查,包括CAN 總線連接是否完好、信號干擾情況以及網絡節點的故障等。 動力電池的狀態顯示與信息交互是整個系統的核心。 通過狀態檢測,用戶可以實時掌握電池的工作狀態,包括電池的電壓、電流和溫度等參數?；谲浖到y的工作模式,可以更精確地評估和預測動力電池的各項性能。 此外,動力電池上、下電的軟件控制邏輯也是信息管理的重要組成部分。 通過軟件控制,用戶可以保證電池在充放電過程中的安全性和效率。 在此過程中,通過對大量數據的分析,可以更深入地了解電池的使用狀況和性能趨勢,為電池性能優化和維護提供依據。

動力電池充電系統主要由充電方法與接口定義、直流(DC)/DC 變換器、車載充電機以及充電樁等組成。 充電方法與接口定義明確了充電的方式和通訊協議,如快充、慢充等,而DC/DC 變換器則用于調整充電電流和電壓,車載充電機則將電網的交流電轉化為直流電為電池充電,充電樁則負責提供充電電源并為電池充電。 在充電控制方面,主要是通過調節DC/DC 變換器以及車載充電機的輸出電壓和電流來實現對充電過程的精確控制。 同時,借助充電樁的智能控制功能,可以根據電池狀態自動調整充電電流和電壓,從而保護電池并提高充電效率。 然而,在充電過程中,可能會出現一些故障。 車載充電機故障主要包括電路板、開關器件和熔斷器等元器件的損壞,需要進行逐一排查。 充電樁故障則主要包括電源模塊故障、控制模塊異常以及充電口內部觸點故障等,需要通過檢查電源模塊和控制模塊的狀態以及充電口的物理接觸情況進行排查。

動力電池數據通信管理與充放電管理是新能源汽車中相輔相成的兩個重要方面。 通過數據通信管理,各部件能夠協同工作,實現電池的安全、穩定運行;通過充放電管理,可以保障電池的性能和使用壽命。 這兩個方面的優化和提高,將有助于推動新能源汽車技術的進一步發展。

4 動力電池管理系統故障檢修

動力電池管理系統是新能源汽車的重要組成之一,對于常見故障的分析和檢修十分關鍵。 正確的故障檢測與診斷能幫助工程師更好地理解和掌握電池組的實時工作狀況,并對出現的問題及時進行維護與修復。 該書從各個方面介紹了動力電池管理系統在實際運用過程中可能遇到的常見問題及解決方案,為電動汽車在實際運營中的維護與檢修提供了有價值的參考資料,有助于使用者在第一時間迅速而準確地找到問題,并進行有效的修復,減少運營成本,提高車輛的使用效率和安全性。

動力電池管理系統的常見故障分析是故障檢修的基礎。通過對故障項目的診斷技術條件與要求進行明確,可以識別和判斷動力電池管理系統的故障。 同時,針對不同的故障類型,需要制定相應的控制策略,以確保故障的及時處理,最大限度地降低故障對車輛性能的影響。

在進行故障診斷與維修時,需要通過各種檢測方法確定故障的具體部位。 故障檢測方法一般分為物理和化學檢測法、信號處理檢測法、基于模型的檢測法等。 物理和化學檢測法通過觀察檢測目標運行過程中的物理、化學狀態來進行故障診斷,如分析電壓、電流、溫度和揮發氣體等特性的變化,并與默認閾值范圍進行比較,從而進行故障判斷。 信號處理檢測法通過檢測目標運行過程中的信號狀態進行故障診斷,如信號時域、頻域的變化,信號內容和時序與預設之間的差異。 基于模型的檢測法適用于不易觀測的狀態(如SOC、SOH 等)、較為復雜的狀態[如電池安全狀態(SOS)],根據模型計算求解,評估故障狀態,其中,讀取動力電池管理系統的故障碼是一種常規的操作方法。 該方法可以提供關于故障的詳細信息,如故障類型、位置等。 此外,針對不同的故障碼,需要進行相應的檢查,如檢查傳感器、執行器等部件是否正常工作。

除了動力電池管理系統的故障,車輛充電過程中的故障也是常見故障檢查對象。 首先,需要對充電系統的常見故障進行檢查,如充電器異常、充電口內部觸點損壞等。 在具體的案例檢查中,吉利EV300 車輛充電異常的故障檢查可作為參考。 針對不同的充電異常故障類型,需采取相應的檢查策略,如檢查充電樁是否正常工作、充電線路是否連接良好等。

5 結語

《電動汽車動力電池管理系統原理與檢修》采用大量圖片,通過詳細的講解,以直觀易懂的方式展現了動力電池技術、電池管理系統的結構與原理。 該書緊緊圍繞現代電動汽車動力電池的先進技術,覆蓋面廣、實用性強、內容新穎,可作為職業院校及應用型本科汽車類專業新能源汽車方向相關課程的教材,也可作為社會相關機構進行技術培訓、車輛維修的參考資料。

書名:電動汽車動力電池管理系統原理與檢修

作者:朱升高 王國濤 韓素芳 主編

ISBN:9787111448389

出版社:機械工業出版社

出版時間:2022-04

定價:￥59.90 元