鐘衛(wèi)連,李 奇

(懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 懷化 418000)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng),電動(dòng)汽車已成為汽車工業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 電動(dòng)汽車的電氣設(shè)備作為車輛電動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備,不僅對(duì)車輛的性能和效率起著至關(guān)重要的作用,而且對(duì)于整個(gè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和發(fā)展具有積極的影響。 電動(dòng)汽車的電氣設(shè)備主要包括電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池電控系統(tǒng)和高壓電纜等部分,其中,動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車儲(chǔ)存和供給能量的主要設(shè)備,是實(shí)現(xiàn)車輛電動(dòng)化的核心部件,直接關(guān)系到電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能、續(xù)駛里程和安全性能等。 動(dòng)力電池被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車和插電混合動(dòng)力汽車上,是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的能量源,也是電動(dòng)汽車的核心技術(shù)之一。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài),防止動(dòng)力電池過充和過放,更好地延長(zhǎng)電池的壽命,因此,對(duì)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)進(jìn)行檢修,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的安全隱患,避免問題擴(kuò)大化,切實(shí)保障電動(dòng)汽車電氣設(shè)備的安全性和可靠性。

為系統(tǒng)梳理電動(dòng)汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)原理和檢修的技術(shù)要求,給相關(guān)技術(shù)人員及理實(shí)教學(xué)課程專業(yè)提供參考,朱升高等人主編完成《電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)原理與檢修》一書,該書共分為9 個(gè)章節(jié)。 第1 章是動(dòng)力電池發(fā)展與制造工藝;第2 章是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池類型;第3 章是動(dòng)力電池結(jié)構(gòu);第4 章是動(dòng)力電池檢查維護(hù)與更換;第5 章是動(dòng)力電池管理系統(tǒng);第6 章是動(dòng)力電池狀態(tài)檢測(cè)與均衡管理;第7 章是動(dòng)力電池充放電管理;第8 章是動(dòng)力電池通信與信息管理;第9 章是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)故障檢修。

1 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部分,主要負(fù)責(zé)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行監(jiān)控、維護(hù)和能量管理,由電池模組、輔助元器件和電池管理系統(tǒng)等模塊構(gòu)成。 動(dòng)力電池模組將電池單體通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式進(jìn)行組合,形成一個(gè)能夠直接提供電能的組合體。 同時(shí),每個(gè)動(dòng)力電池模組的組合方法有3 種,包括先并聯(lián)后串聯(lián)、先串聯(lián)后并聯(lián)以及混聯(lián)等。

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)采集和延長(zhǎng)電池壽命的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),主要功能包括監(jiān)控電池的狀態(tài)和確保電池的安全使用,如絕緣情況檢測(cè)、電池荷電狀態(tài)(SOC)計(jì)算、電池健康狀態(tài)(SOH)監(jiān)控、電池均衡以及放電功率計(jì)算等。 此外,當(dāng)電動(dòng)汽車的電池出現(xiàn)問題時(shí),動(dòng)力電池管理系統(tǒng)也會(huì)立即上報(bào),以保障駕駛?cè)藛T的安全。

2 動(dòng)力電池狀態(tài)檢測(cè)與均衡管理

動(dòng)力電池狀態(tài)檢測(cè)有兩個(gè)主要方面:①電壓和電流檢測(cè);②SOC 和SOH 估算。 通過對(duì)動(dòng)力電池的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和估算,人們可以監(jiān)測(cè)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(cè)量動(dòng)力電池的端電壓來獲取電壓信息。 電流是動(dòng)力電池的另一個(gè)重要參數(shù),反映了動(dòng)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(cè)可以監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池的充放電性能以及放電速率,從而控制和管理動(dòng)力電池的使用。 SOC 是指動(dòng)力電池的剩余容量與電池容量的比值,即動(dòng)力電池的電量狀態(tài)。 SOC 估算可以掌握動(dòng)力電池的電量情況,指導(dǎo)駕駛員進(jìn)行合理的充電或使用規(guī)劃。 一般可以通過測(cè)量動(dòng)力電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)來估算SOC。 SOH 是指動(dòng)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(jiān)測(cè)動(dòng)力電池的使用壽命,并為電池的使用和維護(hù)提供參考。 一般可以通過測(cè)量動(dòng)力電池的內(nèi)阻、容量和充放電效率等參數(shù)來估算SOH。

鋰離子電池之間的電量不平衡,輕則造成動(dòng)力電池整體儲(chǔ)能效果下降,縮短電池的使用壽命;重則會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э?增加整車運(yùn)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(duì)電池進(jìn)行均衡充電,使特性得到平衡,并延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。 均衡策略主要有主動(dòng)和被動(dòng)兩種,由于主動(dòng)均衡系統(tǒng)的構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜,成本較高,目前市場(chǎng)上主流的是被動(dòng)均衡系統(tǒng)。

3 動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)通信管理與充放電管理

動(dòng)力電池的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的骨架,負(fù)責(zé)將電池管理系統(tǒng)、車輛控制器和電機(jī)控制器等各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在一起,實(shí)現(xiàn)信息的交互與共享。 在此基礎(chǔ)上,針對(duì)控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線故障的檢查顯得尤為重要。 一旦出現(xiàn)通信故障,應(yīng)立即進(jìn)行排查,包括CAN 總線連接是否完好、信號(hào)干擾情況以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障等。 動(dòng)力電池的狀態(tài)顯示與信息交互是整個(gè)系統(tǒng)的核心。 通過狀態(tài)檢測(cè),用戶可以實(shí)時(shí)掌握電池的工作狀態(tài),包括電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)?；谲浖到y(tǒng)的工作模式,可以更精確地評(píng)估和預(yù)測(cè)動(dòng)力電池的各項(xiàng)性能。 此外,動(dòng)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(duì)大量數(shù)據(jù)的分析,可以更深入地了解電池的使用狀況和性能趨勢(shì),為電池性能優(yōu)化和維護(hù)提供依據(jù)。

動(dòng)力電池充電系統(tǒng)主要由充電方法與接口定義、直流(DC)/DC 變換器、車載充電機(jī)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(xié)議,如快充、慢充等,而DC/DC 變換器則用于調(diào)整充電電流和電壓,車載充電機(jī)則將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)化為直流電為電池充電,充電樁則負(fù)責(zé)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(diào)節(jié)DC/DC 變換器以及車載充電機(jī)的輸出電壓和電流來實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過程的精確控制。 同時(shí),借助充電樁的智能控制功能,可以根據(jù)電池狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整充電電流和電壓,從而保護(hù)電池并提高充電效率。 然而,在充電過程中,可能會(huì)出現(xiàn)一些故障。 車載充電機(jī)故障主要包括電路板、開關(guān)器件和熔斷器等元器件的損壞,需要進(jìn)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(nèi)部觸點(diǎn)故障等,需要通過檢查電源模塊和控制模塊的狀態(tài)以及充電口的物理接觸情況進(jìn)行排查。

動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)通信管理與充放電管理是新能源汽車中相輔相成的兩個(gè)重要方面。 通過數(shù)據(jù)通信管理,各部件能夠協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)電池的安全、穩(wěn)定運(yùn)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(gè)方面的優(yōu)化和提高,將有助于推動(dòng)新能源汽車技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)故障檢修

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)是新能源汽車的重要組成之一,對(duì)于常見故障的分析和檢修十分關(guān)鍵。 正確的故障檢測(cè)與診斷能幫助工程師更好地理解和掌握電池組的實(shí)時(shí)工作狀況,并對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行維護(hù)與修復(fù)。 該書從各個(gè)方面介紹了動(dòng)力電池管理系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過程中可能遇到的常見問題及解決方案,為電動(dòng)汽車在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的維護(hù)與檢修提供了有價(jià)值的參考資料,有助于使用者在第一時(shí)間迅速而準(zhǔn)確地找到問題,并進(jìn)行有效的修復(fù),減少運(yùn)營(yíng)成本,提高車輛的使用效率和安全性。

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的常見故障分析是故障檢修的基礎(chǔ)。通過對(duì)故障項(xiàng)目的診斷技術(shù)條件與要求進(jìn)行明確,可以識(shí)別和判斷動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的故障。 同時(shí),針對(duì)不同的故障類型,需要制定相應(yīng)的控制策略,以確保故障的及時(shí)處理,最大限度地降低故障對(duì)車輛性能的影響。

在進(jìn)行故障診斷與維修時(shí),需要通過各種檢測(cè)方法確定故障的具體部位。 故障檢測(cè)方法一般分為物理和化學(xué)檢測(cè)法、信號(hào)處理檢測(cè)法、基于模型的檢測(cè)法等。 物理和化學(xué)檢測(cè)法通過觀察檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)行過程中的物理、化學(xué)狀態(tài)來進(jìn)行故障診斷,如分析電壓、電流、溫度和揮發(fā)氣體等特性的變化,并與默認(rèn)閾值范圍進(jìn)行比較,從而進(jìn)行故障判斷。 信號(hào)處理檢測(cè)法通過檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)行過程中的信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行故障診斷,如信號(hào)時(shí)域、頻域的變化,信號(hào)內(nèi)容和時(shí)序與預(yù)設(shè)之間的差異。 基于模型的檢測(cè)法適用于不易觀測(cè)的狀態(tài)(如SOC、SOH 等)、較為復(fù)雜的狀態(tài)[如電池安全狀態(tài)(SOS)],根據(jù)模型計(jì)算求解,評(píng)估故障狀態(tài),其中,讀取動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的故障碼是一種常規(guī)的操作方法。 該方法可以提供關(guān)于故障的詳細(xì)信息,如故障類型、位置等。 此外,針對(duì)不同的故障碼,需要進(jìn)行相應(yīng)的檢查,如檢查傳感器、執(zhí)行器等部件是否正常工作。

除了動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的故障,車輛充電過程中的故障也是常見故障檢查對(duì)象。 首先,需要對(duì)充電系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行檢查,如充電器異常、充電口內(nèi)部觸點(diǎn)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(duì)不同的充電異常故障類型,需采取相應(yīng)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(jié)語

《電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)原理與檢修》采用大量圖片,通過詳細(xì)的講解,以直觀易懂的方式展現(xiàn)了動(dòng)力電池技術(shù)、電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理。 該書緊緊圍繞現(xiàn)代電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的先進(jìn)技術(shù),覆蓋面廣、實(shí)用性強(qiáng)、內(nèi)容新穎,可作為職業(yè)院校及應(yīng)用型本科汽車類專業(yè)新能源汽車方向相關(guān)課程的教材,也可作為社會(huì)相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、車輛維修的參考資料。

書名:電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)原理與檢修

作者:朱升高 王國(guó)濤 韓素芳 主編

ISBN:9787111448389

出版社:機(jī)械工業(yè)出版社

出版時(shí)間:2022-04

定價(jià):￥59.90 元