鉅大LARGE | 點擊量:2757次 | 2018年12月09日
當混動車輛正常行駛時,電池包到底是如何工作的?
在傳統內燃機汽車向新能源車汽車轉變的過程中,混動車型可以說是最佳的過渡方案之一。而混動車型中的電池包作為電池模組的載體結構,起著保證電池模組正常安全工作的重要作用。那么問題來了:當混動車輛正常行駛時,電池包到底是如何工作的?
針對這個問題,EVLAB邀請到了主要擔任歐洲某動力研發團隊的主管一個kebab先生來為大家解讀“混動電動車的電池包是怎么工作的?”
解釋混動電動車的電池包是怎么工作的?就要從硬件和軟件兩方面來分析。
1·硬件方面
硬件方面,如果你只是消費者,那么你只能見到電池包的金屬或者碳纖微/玻璃纖維的外殼,還有下面這個ServicePlug,也就是電池包的主斷開開關。
這個開關是電池包封裝后做一切維護和測試的時候確保電池處于斷電狀態的最終保障。這個小小的開關也有巧妙的機械機構,拔出分為兩步走。
第一步會斷開低壓的highvoltageinterlockloop,就是控制高壓繼電器的低壓電路,在此高壓繼電器已經保證脫開。
第二步才是徹底拔出斷開高壓回路,那么這樣兩步走就能有效防止直接拔出斷開高壓電路所可能產生的電弧。
注意:如果你在電動或者混動汽車的電力相關配件上看到類似下圖的橙色標識部件,則代表該部件是高壓部件,需要額外小心。
一個安全的電池包設計還需要有通向外部環境的爆破型泄壓閥組件,用于在電池短接或者過熱產生大量氣體的時候及時泄壓以避免爆炸這樣的安全隱患。
一般用戶還可能看到的還有類似下圖的兩條橙色高壓線(圖片來自網絡),這兩條高壓線負責電池的DC/DC變壓器或者DC/AC逆變器連接,負責高壓電池的充電和放電。
另外可以看到的但是不太容易被用戶注意的硬件還有:
低壓電輸入,為例如電池控制器這樣的低壓設備供電
冷卻流量輸入輸出,取決于是風冷還是水冷,有風冷或者水冷輸入輸出
如果你是電池相關的工程師的話并有機會打開電池包,你一般可以看到類似下面這個結構:
電池包內的電池都是按照電池模塊(module)的形式來組織,每個模塊有多個電池(例如一般6-12個電池單體為一組),電池單體正負極連接器,還有電平衡的連接器。每個模塊還有模塊獨立的溫度傳感器和電池單元控制器,負責電池模塊的控制和檢測。
電池模塊之間非常重要的一部分就是冷卻回路。對于鋰電池最常見的是在每兩兩模塊之間構建冷卻水循環系統,通過傳熱膜散熱,通過進出水管道和外部冷卻水進行循環。
除了電池模塊和相關的模塊控制器以及冷卻回路,其他非常重要的高壓繼電器,電池預充機構,保險絲,還有絕緣檢測控制,以及整個電池包的大腦電池控制器BMS大多是放置在電池模塊頂層與上蓋之間。
也有把高壓電路控制和電池控制器獨立安置在電池包之外的,具體BMS等結構的安放位置取決于電路設計要求和特性。
最后,電池包內部需要保持和殼體的絕緣。
2·軟件方面
上面說到的是電池包的硬件結構,電池的軟件功能則主要由BMS(電池控制器)通過兩方面通訊來實現:
一方面是通過和混動控制器通訊來接受充電,放電,斷電等等請求,同時發送請求確認,電壓電流,SOC,SOH。
另一方面是和電池內部的控制器通訊,比如電池模塊控制器,或者是獨立的絕緣檢測控制器。
技術難度哪個更大?
而BMS本身的主要軟件功能包括下面這些:
BMS會控制狀態機來對電池包的不同狀態進行切換。比如開關開關開斷,狀態檢測,絕緣檢測,錯誤狀態等等。
BMS會控制充電狀態、充電電流大小、充電電壓大小以及不同單體的電平衡。需要考慮的因素包括充電機及充電設備能提供最大電流,電池單體電壓,電池單體平均溫度是否過高,是否有其他錯誤策略取消充電電流,各個零部件的效率和充電電流補償以及不同電池單體之間的電壓平衡。
管理電池放電、能量回收及功率預估。BMS負責計算電池的最大放電電流和最大能量回收電流,以及放電和能量回收最大功率。
通過電池模塊控制器控制電平衡,并采集所有溫度及電壓相關數據(高低平均溫度,高低平均電壓值)并儲存在相關的變量內供軟件計算使用。
接收絕緣檢測測試結果,并在檢測到錯誤時應用相關策略。
進行電池及高壓線路絕緣檢測:檢測返回結果并在檢測到錯誤時應用相關策略。
對HighvoltageInterlockLoop的狀態進行檢測。
BMS根據電池模塊傳遞的數據對每個電池單體進行SOC(StateofCharge)和SOH(StateofHealth)的計算并把雖小值傳給用戶界面。同時把每個電池單體的相關SOC和SOH統計值傳給NVRM進行記錄。
熱管理。電池通過采集環境溫度、電池不同單體溫度、冷卻水進出口溫度,同時參考標定的電池單體可承受最高溫度,決定熱管理控制量:如冷卻水流速。
記錄相關變量的歷時統計數據:電池使用總時間(壽命),車輛在不同狀況下的積累時間(如行駛,充電,停車),總計充電量/放電量,超過正常電壓電流溫度范圍的時間積累值,特定功率下行駛的時間積累值,開關開合次數。