比亚迪e5电动汽车动力电池及其控制技术浅析

卞云松

（江海职业技术学院 225101)

随着机动车数量大幅增加，带来了能源紧张及空气污染等严重问题。纯电动汽车能实现行驶过程的零排放和低能耗，因此汽车的电动化已成为汽车工业发展的一个方向。本文以比亚迪e5车型为例，介绍纯电动汽车动力电池组及其控制技术[1]。

1 动力锂电池种类及优缺点

锂电池的比容量及使用寿命等指标要好于铅酸蓄电池和镍氢电池，可有效降低动力电池组的质量，在纯电动汽车上得到广泛使用。锂电池发展经历了由钴酸锂和锰酸锂阶段，直到现在常用的磷酸铁锂和三元聚合物锂电池，安全性和稳定性得到大幅提高。如表1所示为各类锂电池性能比较表。

表1 各类锂离子电池性能比较

特斯拉电动汽车主要使用的是三元聚合物锂电池，是使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池。与磷酸铁锂电池相比，三元锂电池的比能量要高很多，但其热稳定性、安全性较磷酸铁锂电池差，对电池管理系统要求较高。

比亚迪e5纯电动汽车，采用磷酸铁锂电池供电。磷酸铁锂电池的正极材料是磷酸铁锂，负极是石墨，隔膜由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）材料构成，形成PP/PE/PP三层隔膜，其间充满六氟磷酸锂有机电解溶液（电解液对人具有腐蚀性并且可燃）。磷酸铁锂电池主要优点在于循环使用寿命相对较长、发热量低、热稳定性好、成本较低及安全性好[2]。

2 比亚迪e5动力电池结构简介

比亚迪e5动力电池由13个电池模组串联而成，每个模组内部有单体电池，每个单体电池的标称电压是3.2 V，电池总电压可以达到633.6 V，容量为75 Ah。动力电池供电，续航里程可达250～300 km，0～100 km/h加速小于14 s，最高车速可以达到130 km/h。

动力电池组高压正负极，分别由13号电池模组的正极和1号电池模组的负极引出。内部还有4个接触器（正极接触器、负极接触器以及2个分压接触器）、2个熔丝以及动力电池信息采集器BIC等。电池信息采集器主要功能是电池温度采样、电压采样、电池均衡和采样线异常检测等。动力电池采样线的主要功能是连接电池管理控制器和电池信息采集器，实现二者之间的通讯及信息交换。

3 高压电控总成

比亚迪e5高压电控总成主要由电机控制器、高压配电箱、高压直流电转化低压直流电的DC-DC、车载充电机和漏电传感器组成。高压电控总成外部组成部分为：交流、直流充电输入高压线；到永磁同步电动机的三相交流输出高压线；电动空调高压线；动力电池包高压直流输入；64PIN和33PIN低压接插件；冷却水管进出口等（图1）。内部组成部分为：铜排连接片；接触器；漏电传感器；预充电阻等[3]。接触器主要组成部分为：直流充电接触器；交流充电接触器；预充接触器；主接触器。均由动力电池管理器控制，进行有效和安全地充放电。

其主要功能为：控制高压交流与直流电双向逆变，驱动永磁电机运转（VTOG）；由动力电池管理器控制，实现充、放电功能（车载充电器）；实现高压直流电转化低压直流电(DC-DC)，为整车低压电器系统蓄电池提供13 V充电电压；实现整车高压回路配电功能以及高压漏电检测功能（高压配电箱和漏电传感器控制单元）；直流充电升压功能；CAN通信、故障处理纪录、在线CAN烧写以及自检等功能。

图1 比亚迪e5高压电控总成外观

4 动力电池管理系统BMS

动力电池管理控制器英文名称为Batty Management system，简称BMS。BMS的主要功能有充放电管理、接触器控制、功率控制、动力电池异常状态报警和保护、预测动力电池的荷电(存电)状态SOC和剩余行驶里程、自检以及通讯等。BMS的主要工作原理是，数据采集电路首先采集动力电池、高压电路等状态信息数据，传送给BMS电脑进行数据处理和分析，对系统内的相关功能控制单元和执行部件发出控制指令，并向外界传递信息[4]。

BMS与高压电控总成配合，通过控制高压电控总成和动力电池包内部多个接触器，实现对巨大电流有效、安全的控制。通过BMS可以实现多重高压安全保护，比如漏电断高压保护、碰撞断高压电保护、高压互锁保护、主动泄放保护、5 s内把预冲电容电压降到≤60.0 V的迅速释放危险电能以及被动泄放保护（作为主动泄放失效的二重保护）。

高压互锁保护是确保在高压系统某部分被断接或暴露的情况下，车辆高压系统能够立刻断开，防止由于连接松动或断路造成人员与车辆出现安全事故[5]。比亚迪e5的高压互锁保护工作原理是通过在低压电路中串联互锁常闭触点，常闭触点在高压插接件内。在某路高压电插接件松动或脱落时，高压断路，低压常闭触点断开，串联回路也跟着断开。这样BMS检测到后，通过控制多路接触器，主动断开高压电路，确保人员与车辆安全（图2）。

图2 高压互锁电气原理图

5 结束语

纯电动汽车中所使用的动力电池组工作电压高，停车断电后，电池组内仍有高压电存在。因此，技术人员在操作时一定要做到熟悉高压电路、正确使用防护设备并按标准流程进行操作。在对电动汽车高压电系统和动力电池包修理过程中，从诊断、维修、拆卸、搬运、储存和废弃处理等过程，相关人员一定要一丝不苟，小心谨慎，避免触电或造成动力电池组及车辆的损坏。