項目三動力電池能量管理PART031.了解電池管理系統結構和功能。2.掌握典型電池管理系統的組成。3.掌握電池管理系統原理。4.掌握數據采集方法。任務目標一、電池管理系統結構和功能（一）電池管理系統基本構成和功能任務1動力電池管理系統基本原理認知1.數據采集2.電池狀態計算3.能量管理4.安全管理5.熱管理6.均衡控制7.通信功能任務1動力電池管理系統基本原理認知（二）典型電池管理系統的組成1.分控盒和主控盒北汽EV160的動力蓄電池由10個電池模組組成，分成兩組，每組5個電池模組共用一個分控盒，將各自的電壓、溫度等信號傳遞給主控盒。分控盒有3個接口，最左側的線束接口連接主控盒，中間的線束接口進行絕緣監測，最右側的接口連接各個傳感器，用來進行電池電量估算、溫度控制等。分控盒監控動力蓄電池的單體電池電壓、電池組的溫度，主要功能：監控每個單體電壓、監控每個電池組的溫度、檢測高壓系統絕緣性能、電量值監測、將以上項目監控到的數據反饋給主控盒。任務1動力電池管理系統基本原理認知任務1動力電池管理系統基本原理認知兩個分控盒通過總線連接到主控盒，將各個電池的基本信息傳遞給主控盒。主控盒接收分控盒傳來的信息，同時，主控盒也是一個連接外部通信和內部通信的平臺，主要功能如下：接收電池管理系統反饋的實時溫度和單體電壓、接收高壓盒反饋的總電壓和電流情況、與整車控制器的通信、與充電機或快充柱通信、控制正/負主繼電器、控制電池加熱、喚醒應答、控制充/放電電流等。任務1動力電池管理系統基本原理認知2.高壓盒高壓盒的線路連接到接觸器盒，高壓盒內部有繼電器，用來控制接觸器的電流通斷，同時高壓控制盒還將動力蓄電池總電流監測信號轉換成低壓信號發送到總線上。高壓盒在電池中和主控盒安裝在一起。任務1動力電池管理系統基本原理認知3.接觸器盒在電動汽車中，采用接觸器控制動力蓄電池的電流通斷，在電池管理系統中，主接觸器位于電池前端、主控盒的右側。接觸器和繼電器的工作原理是一樣的，用來實現電路的通斷。繼電器的主要作用是信號檢測、傳遞、變換或處理，通斷的電路電流較小，一般用在控制電路中。接觸器主要用在接通或斷開主電路。打開接觸器盒蓋，可以看到接觸器、熔斷器等。任務1動力電池管理系統基本原理認知4.輔助元件主要包括動力蓄電池系統內部的電子電器元件（如熔斷器、接觸器、電流傳感器、插接件、維修開關、煙霧傳感器等）、維修開關以及電子電器元件以外的輔助元器件（如密封條、絕緣材料等）。對于電動汽車動力蓄電池管理系統，需要進行電壓監測、溫度監測等，因此需要有相應的傳感器檢測相應的信號。任務1動力電池管理系統基本原理認知二、電池管理系統原理最早的電池管理系統僅僅進行電池一次測量參數（電壓、電流、溫度等）的采集，之后發展到二次參數（SOC、內阻）的測量和預測，并根據極端參數進行電池狀態預警。現階段電池管理系統除完成數據測量和預警功能外，還通過數據總線直接參與車輛狀態的控制。任務1動力電池管理系統基本原理認知三、動力電池數據采集方法（一）單體電池電壓檢測方法1.繼電器陣列法任務1動力電池管理系統基本原理認知圖為基于繼電器陣列法的電池電壓采集電路原理框圖，其由端電壓傳感器、繼電器陣列、A/D轉換芯片、光耦、多路模擬開關等組成。如果需要測量n塊串聯成組電池的端電壓，就需要將n+1根導線引入電池組中各節點。當測量第m塊電池的端電壓時，單片機發出相應的控制信號，通過多路模擬開關、光耦和繼電器驅動電路選通相應的繼電器，將第m和m+1根導線引入到A/D轉換芯片。任務1動力電池管理系統基本原理認知2.恒流源法恒流源電路進行電池電壓采集的基本原理是，在不使用轉換電阻的前提下，將電池端電壓轉化為與之呈線性變化關系的電流信號，以此提高系統的抗干擾能力。在串聯電池組中，由于電池端電壓也就是電池組相鄰兩節點間的電壓差，故要求恒流源電路具有很好的共模抑制能力，一般在設計過程中多選用集成運算放大器來達到此種目的。出于設計思路和應用場合的不同，恒流源電路會有多種形式，較常見的是由運算放大器和絕緣柵型場效應晶體管組合構成的減法運算恒流源電路。任務1動力電池管理系統基本原理認知任務1動力電池管理系統基本原理認知3.隔離運放采集法隔離運算放大器是一種能夠對模擬信號進行電氣隔離的電子元件，廣泛用作工業過程控制中的隔離器和各種電源設備中的隔離介質。一般由輸入和輸出兩部分組成，二者單獨供電，并以隔離層劃分，信號經輸入部分調制處理后經過隔離層，再由輸出部分解調復現。隔離運算放大器非常適合應用于單體電池電壓采集電路中，它能將輸入的電池端電壓信號與電路隔離，從而避免了外界干擾而使系統采集精度提高，可靠性增強。任務1動力電池管理系統基本原理認知任務1動力電池管理系統基本原理認知如圖所示，是隔離運算放大器在600V動力電池組管理系統中的應用，其中共有50塊額定電壓為12V的水平鉛酸電池，其端電壓被隔離運放電路逐一采集。ISO122是美國BB公司采用滯回調制-解調技術設計的隔離放大器，采用精密電容耦合技術和常規的雙列式DIP封裝技術。ISO122的輸入和輸出部分分別位于殼體兩邊，中間用兩個匹配的1pF電容形成隔離層，其額定隔離電壓大于1500V（交流60Hz連續），隔離阻抗大，并且具有高的增益精度和線性度，從而滿足了實際應用要求。任務1動力電池管理系統基本原理認知4.壓/頻轉換電路采集法如下圖是壓/頻轉換器LM331用作高精度壓/頻轉換的電路原理圖，LM331是美國FS公司生產的高性價比集成（V/f

）芯片，它采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內和電源電壓低到4.0V時都有極高的精度。任務1動力電池管理系統基本原理認知任務1動力電池管理系統基本原理認知該采集方法中，電壓信號直接被轉換為頻率信號，隨即就可以進入單片機的計數器端口進行處理，而不需A/D轉換。此外，為了配合壓/頻轉換電路在單體電池電壓采集系統中的應用，相應選擇的電路和運算放大電路也需加以設計，以實現多路采集的功能。這種方法所涉及的元件比較少，但是壓控振蕩器中含有電容器，而電容器的相對誤差一般都比較大，而且電容越大相對誤差也越大。任務1動力電池管理系統基本原理認知5.線性光耦合放大電路采集法線性光耦TL300由一個利用紅外LED照射而分叉配置的隔離反饋光二極管和一個輸出光二極管組成，并采用特殊工藝技術來補償LED時間和溫度特性的非線性，使一個輸出信號與LED發出的伺服光通量呈線性比例。TIL300具有3500V的峰值隔離度，帶寬大于200kHz，適合直流與交流信號的隔離放大，并且輸出增益穩定度為0.05%/℃。從圖3-9中不難看出，單體電池電壓值（即U1與U2之差）經運算放大器A1后被轉化為電流信號Ip1并流過線性光耦TIL300，經光電離后輸出與Ip1呈線性關系的電流量Ip2，再由運算放大器A2轉化為電壓值得以進行A/D轉換并完成采集。值得注意的是，線性光耦兩端需要使用不同的獨立電源，在圖中分別標示為1Vcc+和2Vcc+。任務1動力電池管理系統基本原理認知任務1動力電池管理系統基本原理認知（二）電池溫度采集方法1.熱敏電阻采集法熱敏電阻采集法的原理是利用熱敏電阻阻值隨溫度的變化而變化的特性，用一個定值電阻和熱敏電阻串聯起來構成一個分壓電路而把溫度的高低轉化為電壓信號，再通過模/數轉換得到溫度的數字信息。任務1動力電池管理系統基本原理認知2.熱電偶采集法熱電偶的作用原理是雙金屬體在不同溫度下會產生不同的熱電動勢，通過采集這個電動勢的值就可以通過查表得到溫度的值。由于熱電動勢的值僅和材料有關，所以熱電偶的準確度很高。但是由于熱電動勢都是毫伏等級的信號，所以需要放大，外部電路比較復雜。一般來說金屬的熔點都比較高，所以熱電偶一般都用于高溫的測量。任務1動力電池管理系統基本原理認知3.集成溫度傳感器采集法由于溫度的測量在日常生產、生活中用得越來越多，半導體生產商們都推出了很多集成溫度傳感器。這些溫度傳感器雖然很多都是基于熱敏電阻式的，但都在生產的過程中進行校正，所以精度可以媲美熱電偶，而且直接輸出數字量，很適合在數字系統中使用。任務1動力電池管理系統基本原理認知（三）電池工作電流采集方法常用的電流檢測方式有分流器、互感器、霍爾元件電流傳感器和光纖傳感器等四種。任務1動力電池管