課題名稱2.1電池管理系統的認知授課時數2教學目標知識目標：1.熟悉電池管理單元的安裝位置及功能、類型；2.掌握電池管理系統的結構；3.掌握電池管理系統控制策略。能力目標：1.能依據圖片或實物識別電池管理系統，并在車上找到安裝位置；2.能簡要描述電池管理系統的功能；3.能描述電池管理系統的結構；4.能描述電池管理系統控制策略。素質與思政目標：1.樹立安全意識、6S管理意識；2.培養愛護電池管理部件意識。教學重點電池管理系統的結構教學難點1.電池管理系統的結構；2.電池管理系統控制策略教學方法講授法、討論法課型理論教具（含電教設備）PPT授課后記教學過程一、復習舊知（3分鐘）二、導入新課（3分鐘）電池管理系統（BMS）是新能源汽車動力電池的管家和保姆，智能化地管理和維護動力電池組總成及各模組與電池單體，防止電池出現過沖電和過放電現象，并監控電池狀態。作為新能源汽車檢修或管理人員，應先認識電池管理單元，才能對它檢修、更換。講解新知（20分鐘）（一）電池管理系統（BMS）的功能1.主要功能主要功能包括數據采集、電池狀態檢測、能量管理、安全管理、熱管理和通信功能等。（1）數據采集采集電池單體和模組電壓，電池模塊溫度、電壓或內阻等數據，對電池進行管理。（2）電池狀態檢測電池狀態主要包括SOC（剩余電量）和SOH（電池健康）等，電池狀態是車輛進行能量或功率匹配和控制的重要依據。新能源汽車在行車過程中，電池管理系統隨時對車輛的能耗進行計算，最終給出該電源系統的SOC值，供管理系統或整車控制器進行功率配置或確定控制策略，使駕駛員了解車輛的續駛里程，在能量允許的條件下使車輛行駛到有充電條件處補充電量，防止車輛拋錨。（3）能量管理控制充電過程，包括均衡充電；用SOC、SOH和溫度來限制電動汽車電源系統的輸入、輸出功率與能量；放電過程的監控與管理。（4）安全管理監測電池的電壓、電流、溫度等是否超限；防止電池過放電，尤其是防止個別電池單體過度放電，防止電池過熱而發生熱失控；防止電池出現能量回饋時的過充電；監控電源絕緣、短路情況。在電源系統出現絕緣度下降時，對整車多能源控制系統進行報警或強行切斷電源以及電源系統出現短路情況下的保護等。（5）熱管理對大功率放電和高溫條件下使用的電池組，電池的熱管理尤為必要。熱管理的功能：使電池單體溫度均衡，并保持在合理的范圍內，對高溫電池實施冷卻，在低溫條件下對電池進行加熱等。由于溫度的變化對其他參數均有影響，所以一般以電池模塊的溫度作為控制的指令信號。（6）通信功能電池管理系統與車載設備或非車載設備的通信是其重要功能之一。2.擴展功能BMS的拓展功能包括充電管理、均衡管理、數據顯示、故障診斷等。（1）充電管理電池管理系統隨時參與整車檢測工作，檢測電池的工作狀態，尤其是對每個電池的技術狀態進行檢測分析，將檢測的數據在車輛停駛、充電之前“通知”充電機，即“車與機”的對話。向充電機反饋電池組的工作狀態及每個電池的技術狀態，系統計算此時充電機應采用何種充電模式充電，才能達到良好充電效果，保證整車能量的供應。（2）均衡管理如果在電池箱內由于電池性能一致性偏差引起某個電池單體性能變化較大，影響系統工作時，電池管理系統指令均衡模塊起動，進行均衡，保證系統的正常工作。（3）數據顯示BMS把電池單體電壓、溫度、總電壓、電流、SOC、SOH及故障警告等數據，通過CAN通信上報整車儀表顯示單元，儀表顯示單元把實時數據顯示在儀表盤上。（4）故障診斷電池管理系統能與車輛檢測儀器進行通信，診斷系統的故障，方便車輛的維修。最優先的任務是安全管理，能檢測部件的失效，并使用替代功能，或關閉系統。（二）電池管理系統（BMS）的類型根據架構不同，電池管理系統有集中式和分布式兩種類型。1.集中式電池管理系統將所有的采集單元全部集中在一塊BMS板上，構成一個整體，由整車控制器直接控制。集中式電池管理系統主要功能包括：電池組總電壓及總電流檢測、電池組對地絕緣電阻檢測、充放電管理、熱管理、輸出控制、SOC與SOH計算、電池組故障診斷、報警及安全保護、數據傳輸與處理、車輛其他設備及地面充電機通信、均衡管理、單體電壓檢測、電池溫度檢測、開關量信號檢測。2.分布式電池管理系統分布式電池管理系統分成一個主控模塊和多個從控模塊。（1）主控模塊主控模塊也稱主控單元、主控盒（BMC）、主板，其外形如圖2-2所示。其作用是獲取各模塊上報的數據，并對這些數據進行實時處理，同時完成總電流的測量，動態評估電池的SOC和SOH，對各種故障進行應急處理。對外提供與智能充電機、整車控制器的CAN總線接口實現數據共享。（2）從控模塊從控模塊也稱從控單元（BMU）、數據采集模塊、電池信息采集器（BIC）、從控盒、從板等。其作用是采集電池單體電壓（每個數據采集單元最多監測36節電池）和電池組溫度（每個數據采集單元多達9路溫度檢測點），對電壓差異大的電池進行動態均衡。（三）電池管理系統的安裝位置新能源汽車電池管理系統一般安裝在電池包內部，一部分車型安裝在汽車前艙低壓蓄電池旁邊。2019款比亞迪e5BMS、普銳斯BMS安裝位置如圖所示。電池管理系統（BMS）的結構以長沙巨力公司BMS-G為例，BMS由主控模塊、數據采集模塊、高壓模塊、顯示模塊等幾部分構成。1.主控模塊（1）外觀如圖所示安裝位置汽車前艙、電池包內或高壓配電盒內。（3）基本功能電流檢測、SOC和SOH估計、通信功能、報警與保護、系統自檢、系統升級、繼電器控制。2.數據采集模塊（1）外形及內部結構巨力BMS-G數據采集模塊外形及內部結構如圖所示。（2）安裝位置數據采集模塊一般安裝在電池模組表面，如圖所示。（3）基本功能基本功能包括溫度檢測、動態均衡、單體電壓檢測、通信功能。數據采集模塊與溫度傳感器、電壓傳感器配合對動力電池的溫度、電壓數據進行采集。3.高壓模塊（1）作用高壓模塊的作用是測量電池組總電壓及電池母線與車體的絕緣電阻。（2）基本功能高壓模塊的基本功能包括總電壓檢測、絕緣電阻檢測、通信功能、數據上報、系統升級、繼電器控制。4.顯示單元顯示單元是人機交互的窗口，它有實時數據顯示、故障報警查詢、歷史數據記錄等作用。（五）電池管理系統的控制策略1.上電控制策略起動開關置于ON位置，整車控制器、電機控制器、儀表BMS等自檢，BMS自檢確認：（1）充電槍連接車輛并處于充電狀態，BMS發送充電槍狀態信息給整車控制器（VCU），VCU不執行上電程序。（2）環路互鎖檢測端為低電位搭鐵信號，BMS未檢測到搭鐵信號，則發送環路互鎖故障報文給VCU，VCU不執行上電程序。（3）BMS自檢電池狀態良好允許上電，則向VCU發送允許上電報文，VCU自檢后確認BMS輸入的允許上電信息，并確認電機控制器已完成上電準備的可驅動報文，檢測到起動開關接通請求上電信號后，發送接觸器閉合報文給BMS允許上電，BMS接通預充接觸器線圈電路，預充接觸器觸電接通工作，動力電池進行預充電。BMS檢測電路檢測到預充電壓與電池總電壓差值小于總電壓的10%時，斷開預充電路，向VCU發送預充完成報文，VCU收到并確認BMS發送的報文后再向BMS發送可運行報文。若從上電開始到預充超過3s沒有完成，BMS記錄故障并停止預充電，同時，給VCU發送預充故障報文，VCU向電機控制器（MCU）發送關閉報文，不起動空調、PTC、DC/DC等。2.下電控制策略（1）停車下電控制策略起動開關置于OFF位置，VCU發出下電報文，并向電機控制器（MCU）發送關閉報文，MCU完成關閉后向VCU發送扭矩關閉報文。電機控制器關閉后，VCU向BMS發送關閉接觸器報文，BMS控制動力電池正、負極母線接觸器和高壓接觸器斷開，完成下電。（2）行車下電策略車輛在行駛過程中，VCU發送高壓回路斷開要求，VCU進入錯誤狀態（IGHOLD狀態），所有高壓設備不能使用，在VCU發出高壓回路緊急斷開指令后，BMS立刻響應，斷開動力電池正負母線接觸器。當出現三級故障，BMS上報VCU告警后，若未接收到下電指令，關閉母線正負接觸器策略如下：BMS需要延時切斷，最長延時時間為30s。若BMS12V喚醒信號（含IGNOFF和充電槍斷開信號）丟失，BMS需按原下電邏輯進行下電，數據存儲完成并在12V喚醒信號丟失3s內進入休眠狀態。3.熱管理策略（1）慢充加熱策略插入充電槍，車載充電機輸出一路12V電源給BMS供電（部分車由DC/DC給BMS供電），當電池最低溫度低于0℃時，閉合慢充接觸器和加熱接觸器，起動加熱系統，加熱請求電壓為370V，加熱請求電流為3A。當電池最低溫度高于6℃時，延時2s斷開加熱接觸器，恢復正常充電。如充電過程中溫度低于0℃，請求電流降為3A，延時2s閉合加熱接觸器，實行循環加熱。加熱過程中溫度高壓15℃時，則停止加熱。（2）快充加熱策略插入快充槍，充電樁輸出一路12V電源給BMS供電，當電池最低溫度低于0℃時，先閉合快充接觸器和加熱接觸器，再閉合總負接觸器起動加熱系統，加熱請求電壓為370V，加熱請求電流為5A。當電池溫度高于5℃時，延時2s斷開加熱接觸器，恢復正常充電。如充電過程中溫度低于0℃，請求電流降為3A，延時2s閉合加熱接觸器，實行循環加熱。加熱過程中溫度高于15℃時，則停止加熱。4.高壓互鎖功能檢測（1）上電時，如BMS無法檢測高壓互鎖信號，則不允許上高壓電。（2）車輛運行中，BMS檢測到高壓互鎖信號丟失，立刻向VCU發送報文，并按三級故障下電流程動作斷開高壓電。（3）充電狀態下，BMS無法檢測互鎖信號，則將充電需求電流降為0，按三級故障斷開充電回路。（4）放電狀態下，BMS無法檢測互鎖信號，則將放電功率限制為0，并按