一、動力電池系統
動力電池系統由電池箱外殼、電池包、電池管理系統、輔助元器件4部分組成，如圖1所示。動力電池系統由電池箱外殼、電池包、電池管理系統、輔助元器件4部分組成，如圖1所示。
圖1 動力電池箱
1.外殼
電池箱安裝在車輛底板下方，下殼體材質為鑄鋁或鋼板，上殼體材質為玻璃鋼，上下殼體之間有密封膠，后側面設有高壓插接器、低壓插接器，上方設有維修開關。電池箱密封等級為IP67，“6”表示防護灰塵進入，“7”表示在深1m的水中防浸泡30min。
2.電池包
以某車型舉例，采用磷酸鐵鋰電池，單體額定電壓3.2V，連接方式1 P100S，如圖2所示。每個模塊只有1個單體，10個模塊串聯的模組有4個，12個模塊串聯的模組有5個，電池包模塊數＝10×4+12×5=100個，電池包額定電壓＝3.2V×100=320V。
圖2?1P100S電池包
電池包容量（（Ah）＝模塊容量＝單體容量×并聯單體個數。
電池包能量（VAh）=電池包額定電壓×電池包容量。
可以看出，并聯單體的個數越多容量越大，串聯模塊的個數越多能量越大。例如EV200磷酸鐵鋰電池包額定電壓320V，額定容量80Ah，電池包能量＝320× 80=25.6kWh。
北汽新能源汽車公司EV200純電動車裝備兩種動力電池，見表1，可以看出三元鋰電池的各項性能均好于磷酸鐵鋰電池。
表1?EV200動力電池
3.電池管理系統
（1）電池管理系統組成。包括硬件和軟件，硬件由主控盒BMS、從控盒、高壓盒、電壓采集線、電流傳感器、溫度傳感器、電池內部CAN總線等組成，如圖3所示。軟件由監測電壓、監測電流、監測溫度、監測絕緣電阻、SOC估算等程序組成。
圖3?電池管理系統框圖
（2）主控盒的作用。如圖4所示：①接收從控盒發來的實時模塊電壓和模組溫度，并計算最大值和最小值；②接收高壓盒發來的總電壓和總電流；③通過新能源CAN與VCU、充電機等通信，通過快充CAN與直流充電樁、數據采集終端通信；④控制充放電電流（執行部件是車載充電機、直流快充樁和電機控制器）；⑤控制動力電池加熱。
圖4?主控盒作用
（3）從控盒作用。亦稱作電池信息采集盒，如圖5所示：①實時監控每個模塊電壓；②實時監測每個模組的溫度；③監測SCO值；④將以上監測到的數據傳送給主控盒。
圖5 從控盒作用
主控盒大多安裝在電池箱內，也有安裝在電池箱外。安裝在電池箱內的，采取1主N從，稱作分布式；主從合一稱作集中式，如圖6所示，這種型式如線束破損則容易產生安全隱患，還容易使BMS短路而燒毀。
圖6 集中式BMS
（4）高壓盒作用。如圖7所示：①監控動力電池總電壓，包括主繼電器的內外四個監測點（主正繼電器內、主正繼電器外、主負繼電器內、主負繼電器外）；②監測充放電電流；③監控高壓系統絕緣性（見后面介紹）；④監控高壓連接情況；⑤將以上監測到的數據傳送給主控盒。
圖7?高壓盒相關電路
4.輔助元器件
輔助元器件如圖8所示，包括動力電池系統內部的電子電器：主正繼電器、預充繼電器、預充電阻、主負繼電器、高壓熔斷器、加熱繼電器、加熱熔斷器、電流傳感器、高壓插座、低壓插座，還包括密封條、絕緣材料等。
圖8?輔助元器件
?（1）主正繼電器，如圖9所示，由BMS控制，作用是接通／斷開動力電池正極。
圖9 主正繼電器
（2）預充繼電器、預充電阻，如圖10所示，由BMS控制，作用是接通／斷開動力電池預充正極。預充電阻一般為100Ω，目的是通入小電流，預充電時檢測單體電池有無短路；上電時先用小電流給電機控制器和電動壓縮機控制器的電容器充電，因為電容器在充電開始時處于短路狀態。
圖10?預充繼電器、預充電阻
（3）主負繼電器，由整車vcu控制，接通／斷開動力電池負極。
（4）高壓熔斷器，如圖11所示，作用是防止放電過電流，防止能量回收過電流。內部是銀熔斷片和石英砂，具有快速熔斷的特點，一般規格為250A，500V。直流熔斷器不同于交流熔斷器，交流電正弦波交替傳導，每周波有過零點，此時電量值最低電弧容易熄滅。直流電是恒定電壓，當出現短路故障，依靠熔斷片迅速熔化以及石英砂擴散吸附和冷卻熄滅電弧。帶有維修開關的純電動車，高壓熔斷器裝在維修開關內，方便更換。
圖11?高壓熔斷器
（5）電流傳感器，型式有分流器和霍爾傳感器兩種，如圖12所示。分流器是一個阻值很小的電阻，當有直流電通過電阻時產生電壓降，根據歐姆定律，電流＝電壓／電阻，就可計算出電流值?；魻杺鞲衅魇前雽w材料制成的磁電轉換器件，高壓電纜穿過該器件，電纜周圍產生磁場；傳感器輸入端通入電流，輸出端產生與高壓電纜電流成比例的霍爾電勢，就可計算出電流值。
圖12?電流傳感器
（6）加熱繼電器與加熱熔斷器，如圖13所示，適用磷酸鐵鋰電池，該電池低溫充放電性能差，在低溫如不加熱充電或放電，會降低電池循環壽命，電池溫度范圍為0～50℃。
圖13?加熱繼電器
（7）高壓插座，用來連接通往高壓盒的高壓電纜，EV200電動車高壓插座如圖14所示，插孔1為高壓－，插孔2為高壓＋。
圖14?高壓插座
（8）低壓插座，用來連接低壓線束，北汽新能源EV200的低壓插座示意圖如圖15所示，端子含義見表2。
圖15?低壓插座
表2 低壓插座端子定義
二、BMS控制原理
1.BMS功能
BMS（Battery management system）是保護和管理電池的核心部件，相當于人的大腦，不僅要保證電池安全可靠地使用，而且要充分發揮電池的能力和延長使用壽命。
（1）控制預充、主正繼電器。通過繼電器觸點閉合與斷開，完成動力電池的預充、充電、上電、下電等程序。
（2）數據采集。①高壓盒采集動力電池總電壓、動力電池總電流；②從控盒采集每個單體（模塊）電壓、每個模組的溫度。
（3）狀態分析。①SOC剩余電量評估，讓駕駛員了解續航里程，方法有電荷計量法、斷路電壓法、卡爾曼濾波法、人工神經網絡法、模糊邏輯法；② SOH健康程度評估，評估電池健康（老化）程度、溫度對電流影響，供評估SOC參考。
（4）均衡控制。
①電池不一致性，是指隨著循環充放電次數增加和工作環境變化，出現單體電壓、容量、內阻不一致，降低電池容量，影響電池使用壽命。如圖16所示，先看均衡前，某個模塊已達到放電終止電壓（下限保護電壓），其他模塊還有一定的電量，這時不能繼續放電；充電后某個模塊已達到充電終止電壓（上限保護電壓），這時不能繼續充電；可以看出均衡前電池總電量減小。再看均衡后，增加了電量差，電池的電量增加。圖中每個模塊電量的長短不同，說明容量不一致。
圖16 均衡前后的電量對比
②均衡控制按均衡電路分類：集中式均衡（共用一個均衡器）、分布式均衡（每個單體一個均衡器）。
③均衡控制按控制方式分類：主動均衡（能量高的單體向低的轉移）、被動均衡（對能量高的單體放電）。
④用診斷儀讀出各模塊電壓，如圖17所示。未裝車載均衡器的純電動車，需要拔開從控盒插頭，將該插頭插入專用均衡器，對每個模塊進行均衡。
圖17?各模塊電壓
（5）熱管理。①在低溫情況下對電池包加熱。②電池自身有內阻，電流流動產生熱量，熱量累積溫度升高，當超出正常溫度會影響電性能和壽命，BMS監測各模組溫度，通過冷卻液循環或通風散熱。
（6）安全保護。①過電流保護，電流超過安全范圍，采取安全保護。②過充電保護，充電電壓高于上限，BMS斷開充電回路。③過放電保護，放電電壓低于下限，BMS斷開放電回路。④過溫保護，溫度高于或低于正常范圍，禁止充、放電。⑤絕緣監測，BMS實時監測高壓正、高壓負與車身搭鐵的絕緣電阻，如低于安全范圍，斷開高壓電并發出警告。
2.充電方式
（1）慢充電。BMS通過新能源CAN連接VCU、驅動電機控制器、車載充電機、DC/DC控制器、PTC控制器、電動壓縮機控制器、診斷接口。早期有的車型BMS通過慢充總線連接車載充電機、數據采集終端。當插上慢充槍，VCU喚醒BMS由睡眠狀態轉為工作狀態，VCU接通電池箱內的主負繼電器，BMS先接通預充繼電器，再接通主正繼電器而斷開預充繼電器。BMS根據動力電池總電壓、模塊電壓、模組溫度，由充電機調節充電電流，慢充電過程需要8～10h（常溫25℃，0→100%SOC）。
（2）快充電。BMS通過快充CAN連接直流快充樁、RMS數據采集終端、診斷接口。當插上快充槍，BMS將充電需求送給直流快充樁，由直流快充樁調節充電電流，快充電過程需要30～45min（常溫 25℃，30%→80%SOC）。
3.充電前加熱
從控盒測量每個模塊實時溫度，反饋給主控盒，如低于設定值，主控盒指令加熱繼電器閉合，高壓電流通過加熱熔斷器和加熱膜。
（1）慢充加熱回路，如圖18所示：交流充電樁→車載充電機→高壓盒＋→加熱繼電器觸點→加熱膜→加熱熔斷器→高壓盒－→車載充電機→交流充電樁。
圖18 慢充加熱回路
（2）快充加熱回路，如圖19所示：直流充電樁→高壓盒＋→升加熱繼電器觸點→加熱膜→加熱熔斷器→高壓盒→升直流充電樁。
圖19 快充加熱回路
4.預充電
（1）慢充預充電回路，如圖20所示：交流充電樁→車載充電機→高壓＋→預充繼電器觸點→預充電阻→電池模組→維修開關（內有熔斷器）→電池模組→電流傳感器→主負繼電器觸點→高壓－→車載充電機→交流充電樁。
圖20 慢充預充電回路
（2）快充預充電，是由直流充電樁提供電源。
5.充電
（1）慢充回路，如圖21所示：交流充電樁→車載充電機→高壓+→主正繼電器觸點→電池模組→維修開關（內有熔斷器）→電池模組→電流傳感器→主負繼電器觸點→高壓－→車載充電機－交流充電樁。
圖21 慢充回路
（2）快充回路，如圖22所示：直流充電樁→高壓＋→主正繼電器觸點→電池模組→維修開關（內有熔斷器）→電池模組→電流傳感器→主負繼電器觸點→高壓－→直流充電樁。
圖22?快充回路
6.上電
（1）預上電回路。打開點火開關，VCU收到15號信號喚醒BMS；BMS自檢、初始化，將結果上報VCU；VCU發出電流給主負繼電器，主負繼電器觸點閉合。因電機控制器、電動壓縮機控制器內有電容器，BMS首先對電容預放電，然后閉合預充繼電器。如圖23所示：動力電池＋→預充電阻→預充繼電器觸點→高壓＋→負載→高壓－→主負繼電器觸點→電流傳感器→動力電池－。
圖23 預上電回路
（2）上電回路。當電容電壓等于動力電池電壓，BMS閉合主正繼電器，斷開預充繼電器，如圖24所示：動力電池＋。主正繼電器觸點→高壓＋→負載斗高壓－→主負繼電器觸點→電流傳感器（分流器）→動力電池－。
圖24 上電回路
7.絕緣監測
? ? 絕緣監測回路，如圖25所示。
圖25?絕緣監測回路
（1）電池正監測回路，動力電池＋→絕緣監測電阻→主正絕緣監測繼電器→搭鐵。
（2）電池負監測回路，動力電池一→絕緣監測電阻→主負絕緣監測繼電器→搭鐵。BMS分別指令S1、S2閉合，分別測得電壓U1、U2，以及測得高壓總電壓U，將這三者代入公式計算，計算出高壓＋與搭鐵的絕緣電阻Rx、高壓一與搭鐵的絕緣電阻Ry，然后判斷絕緣性能是否正常。
來源:學而為科技
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