基于电动汽车电气设备的电池管理系统的检修——评《电动汽车动力电池管理系统原理与检修》

钟卫连,李 奇

(怀化职业技术学院,湖南 怀化 418000)

随着人们环保意识的日益增强,电动汽车已成为汽车工业的一个重要发展方向。 电动汽车的电气设备作为车辆电动化的关键设备,不仅对车辆的性能和效率起着至关重要的作用,而且对于整个能源消费结构的转变和发展具有积极的影响。 电动汽车的电气设备主要包括电动机、动力电池电控系统和高压电缆等部分,其中,动力电池作为电动汽车储存和供给能量的主要设备,是实现车辆电动化的核心部件,直接关系到电动汽车的动力性能、续驶里程和安全性能等。 动力电池被广泛应用在电动汽车和插电混合动力汽车上,是电机驱动电动车辆的能量源,也是电动汽车的核心技术之一。动力电池管理系统能够实时监测电池的状态,防止动力电池过充和过放,更好地延长电池的寿命,因此,对动力电池管理系统进行检修,能够及时发现和处理潜在的安全隐患,避免问题扩大化,切实保障电动汽车电气设备的安全性和可靠性。

为系统梳理电动汽车动力电池及管理系统原理和检修的技术要求,给相关技术人员及理实教学课程专业提供参考,朱升高等人主编完成《电动汽车动力电池管理系统原理与检修》一书,该书共分为9 个章节。 第1 章是动力电池发展与制造工艺;第2 章是电动汽车动力电池类型;第3 章是动力电池结构;第4 章是动力电池检查维护与更换;第5 章是动力电池管理系统;第6 章是动力电池状态检测与均衡管理;第7 章是动力电池充放电管理;第8 章是动力电池通信与信息管理;第9 章是动力电池管理系统故障检修。

1 动力电池管理系统

动力电池管理系统是电动汽车的关键部分,主要负责对动力电池进行监控、维护和能量管理,由电池模组、辅助元器件和电池管理系统等模块构成。 动力电池模组将电池单体通过串联或并联的方式进行组合,形成一个能够直接提供电能的组合体。 同时,每个动力电池模组的组合方法有3 种,包括先并联后串联、先串联后并联以及混联等。

动力电池管理系统是保证动力电池正常使用、行车安全、数据采集和延长电池寿命的一项关键技术,主要功能包括监控电池的状态和确保电池的安全使用,如绝缘情况检测、电池荷电状态(SOC)计算、电池健康状态(SOH)监控、电池均衡以及放电功率计算等。 此外,当电动汽车的电池出现问题时,动力电池管理系统也会立即上报,以保障驾驶人员的安全。

2 动力电池状态检测与均衡管理

动力电池状态检测有两个主要方面:①电压和电流检测;②SOC 和SOH 估算。 通过对动力电池的状态进行检测和估算,人们可以监测电池的性能,保证新能源汽车的安全性和可靠性。 一般可以通过测量动力电池的端电压来获取电压信息。 电流是动力电池的另一个重要参数,反映了动力电池的充放电能力以及功率输出或输入的情况。 电流检测可以监测动力电池的充放电性能以及放电速率,从而控制和管理动力电池的使用。 SOC 是指动力电池的剩余容量与电池容量的比值,即动力电池的电量状态。 SOC 估算可以掌握动力电池的电量情况,指导驾驶员进行合理的充电或使用规划。 一般可以通过测量动力电池的电压、电流和温度等参数来估算SOC。 SOH 是指动力电池的健康状况,即充放电能力的衰减程度。 SOH 估算可以监测动力电池的使用寿命,并为电池的使用和维护提供参考。 一般可以通过测量动力电池的内阻、容量和充放电效率等参数来估算SOH。

锂离子电池之间的电量不平衡,轻则造成动力电池整体储能效果下降,缩短电池的使用寿命;重则会导致电池热失控,增加整车运行的安全隐患。 为了防止这种不均衡状况的加剧,需要提升电池组的充电电压,对电池进行均衡充电,使特性得到平衡,并延长电池的使用时间。 均衡策略主要有主动和被动两种,由于主动均衡系统的构造相对复杂,成本较高,目前市场上主流的是被动均衡系统。

3 动力电池数据通信管理与充放电管理

动力电池的通信网络结构是整个系统的骨架,负责将电池管理系统、车辆控制器和电机控制器等各个节点连接在一起,实现信息的交互与共享。 在此基础上,针对控制器局域网络(CAN)总线故障的检查显得尤为重要。 一旦出现通信故障,应立即进行排查,包括CAN 总线连接是否完好、信号干扰情况以及网络节点的故障等。 动力电池的状态显示与信息交互是整个系统的核心。 通过状态检测,用户可以实时掌握电池的工作状态,包括电池的电压、电流和温度等参数。基于软件系统的工作模式,可以更精确地评估和预测动力电池的各项性能。 此外,动力电池上、下电的软件控制逻辑也是信息管理的重要组成部分。 通过软件控制,用户可以保证电池在充放电过程中的安全性和效率。 在此过程中,通过对大量数据的分析,可以更深入地了解电池的使用状况和性能趋势,为电池性能优化和维护提供依据。

动力电池充电系统主要由充电方法与接口定义、直流(DC)/DC 变换器、车载充电机以及充电桩等组成。 充电方法与接口定义明确了充电的方式和通讯协议,如快充、慢充等,而DC/DC 变换器则用于调整充电电流和电压,车载充电机则将电网的交流电转化为直流电为电池充电,充电桩则负责提供充电电源并为电池充电。 在充电控制方面,主要是通过调节DC/DC 变换器以及车载充电机的输出电压和电流来实现对充电过程的精确控制。 同时,借助充电桩的智能控制功能,可以根据电池状态自动调整充电电流和电压,从而保护电池并提高充电效率。 然而,在充电过程中,可能会出现一些故障。 车载充电机故障主要包括电路板、开关器件和熔断器等元器件的损坏,需要进行逐一排查。 充电桩故障则主要包括电源模块故障、控制模块异常以及充电口内部触点故障等,需要通过检查电源模块和控制模块的状态以及充电口的物理接触情况进行排查。

动力电池数据通信管理与充放电管理是新能源汽车中相辅相成的两个重要方面。 通过数据通信管理,各部件能够协同工作,实现电池的安全、稳定运行;通过充放电管理,可以保障电池的性能和使用寿命。 这两个方面的优化和提高,将有助于推动新能源汽车技术的进一步发展。

4 动力电池管理系统故障检修

动力电池管理系统是新能源汽车的重要组成之一,对于常见故障的分析和检修十分关键。 正确的故障检测与诊断能帮助工程师更好地理解和掌握电池组的实时工作状况,并对出现的问题及时进行维护与修复。 该书从各个方面介绍了动力电池管理系统在实际运用过程中可能遇到的常见问题及解决方案,为电动汽车在实际运营中的维护与检修提供了有价值的参考资料,有助于使用者在第一时间迅速而准确地找到问题,并进行有效的修复,减少运营成本,提高车辆的使用效率和安全性。

动力电池管理系统的常见故障分析是故障检修的基础。通过对故障项目的诊断技术条件与要求进行明确,可以识别和判断动力电池管理系统的故障。 同时,针对不同的故障类型,需要制定相应的控制策略,以确保故障的及时处理,最大限度地降低故障对车辆性能的影响。

在进行故障诊断与维修时,需要通过各种检测方法确定故障的具体部位。 故障检测方法一般分为物理和化学检测法、信号处理检测法、基于模型的检测法等。 物理和化学检测法通过观察检测目标运行过程中的物理、化学状态来进行故障诊断,如分析电压、电流、温度和挥发气体等特性的变化,并与默认阈值范围进行比较,从而进行故障判断。 信号处理检测法通过检测目标运行过程中的信号状态进行故障诊断,如信号时域、频域的变化,信号内容和时序与预设之间的差异。 基于模型的检测法适用于不易观测的状态(如SOC、SOH 等)、较为复杂的状态[如电池安全状态(SOS)],根据模型计算求解,评估故障状态,其中,读取动力电池管理系统的故障码是一种常规的操作方法。 该方法可以提供关于故障的详细信息,如故障类型、位置等。 此外,针对不同的故障码,需要进行相应的检查,如检查传感器、执行器等部件是否正常工作。

除了动力电池管理系统的故障,车辆充电过程中的故障也是常见故障检查对象。 首先,需要对充电系统的常见故障进行检查,如充电器异常、充电口内部触点损坏等。 在具体的案例检查中,吉利EV300 车辆充电异常的故障检查可作为参考。 针对不同的充电异常故障类型,需采取相应的检查策略,如检查充电桩是否正常工作、充电线路是否连接良好等。

5 结语

《电动汽车动力电池管理系统原理与检修》采用大量图片,通过详细的讲解,以直观易懂的方式展现了动力电池技术、电池管理系统的结构与原理。 该书紧紧围绕现代电动汽车动力电池的先进技术,覆盖面广、实用性强、内容新颖,可作为职业院校及应用型本科汽车类专业新能源汽车方向相关课程的教材,也可作为社会相关机构进行技术培训、车辆维修的参考资料。

书名:电动汽车动力电池管理系统原理与检修

作者:朱升高 王国涛 韩素芳 主编

ISBN:9787111448389

出版社:机械工业出版社

出版时间:2022-04

定价:¥59.90 元