新能源汽车动力电池管理系统与高压配电系统检修——评《新能源汽车动力电池及管理系统检修》

刘时英,钟卫连

(怀化职业技术学院,湖南 怀化 418000)

2022年9月底,我国机动车保有量已达到4.12亿辆。燃油汽车的尾气污染严重,影响了空气质量,还在一定程度上加剧了全球气候变暖。随着“碳达峰”“碳中和”战略目标的提出与实施,我国各行各业越来越重视新能源的应用,力求实现绿色生产、清洁生产。在这一背景下,新能源汽车发展十分迅速。据公安部最新统计,截至2022年9月底,我国新能源汽车保有量达1 149万辆,占汽车保有量的3.65%,其中,纯电动汽车保有量为926万辆,占新能源汽车总量的80.56%。新能源汽车作为一项新产品,某些生产技术仍有不足。作为新能源汽车最重要的构件,动力电池和高压配电系统的质量与车内人员的安全息息相关,因此有必要了解动力电池管理系统与高压配电系统的检测与检修技术。

吴海东等编著的《新能源汽车动力电池及管理系统检修》一书,全面介绍了新能源汽车动力电池和高压配电系统的检修方法。该书是“岗赛课证”模式下典型的工作任务式教材,共5个章节、16个学习任务。第1章是动力电池总成检修,主要包括动力电池的发展概述、参数及性能指标、动力电池包绝缘阻值检测;第2章是动力电池管理系统检修,主要包括动力电池管理系统概述、动力电池状态检测与分析、动力电池能量管理以及动力电池管理系统通信管理;第3章是动力电池管理系统控制器检修,主要包括动力电池管理系统的组成与常见的故障、动力电池管理系统能量控制策略,之后以吉利EV450为例,介绍了该动力电池管理系统的电路分析和故障诊断的一般流程;第4章是动力电池热管理系统检修,主要介绍了动力电池热管理系统的概述和类型;第5章是高压配电系统检修,主要介绍了高压配电系统概述、电气要求和器件,还分析了比亚迪E5的高压配电系统。

1 动力电池管理系统概述

新能源汽车动力电池管理系统在设计过程中会涉及到多项关键技术,总体来讲,新能源汽车动力电池的关键技术可以归纳为工作参数检测、荷电状态(SOC)计算和均衡控制等3方面。

①工作参数检测:动力电池管理系统的参数主要有电池电压、工作电流和温度。在检测工作参数时,检测人员往往注重参数的采集与分析,旨在通过详尽的数据分析了解动力电池目前的工作状态。

②SOC计算:SOC反映的是动力电池的剩余电量,数值上定义为剩余容量占电池容量的比值,常用百分数表示,一般为0～100%:当SOC=0时,电池完全放电;当SOC=100%时,电池完全充满电。电池SOC不能直接测量,只能通过电池端电压、充放电电流和内阻等参数来估算其大小。

③均衡控制:新能源汽车动力电池管理系统的设计难点一般都集中在均衡控制上,一旦均衡控制达不到预期,动力电池管理系统就会出现漏洞,整个动力电池性能也会受到较大影响。这与“木桶原理”极为相似,即系统的整体效果由最差的单体电池性能决定。根据均衡控制的经验,整体电池组一般是均衡控制的重点。

2 动力电池管理系统常见故障与处理方法

动力电池管理系统在运行过程中,由于受到外界环境因素以及内部运行时间、使用寿命的影响,难免会出现各种故障,影响动力电池管理系统的使用效果,给电池健康和使用寿命造成较大的负面影响。以下为动力电池管理系统常见的几种故障以及故障处理方法。

2.1 控制器局域网(CAN)总线故障

控制器局域网(CAN)总线发生故障的原因有两个:一是CAN线脱落,二是端子推针。CAN总线故障会导致仪表板异常显示、车辆无法正常启动及车辆动力不足等问题的出现。在检修过程中,检修人员需要首先确认电池管理系统是否正常供电,确保供电正常后,用多用表将电压调整为交流电压,然后测量两个输出端CANH和CANL之间的电压。正常情况下,CANH和CANL之间的电压为1.5 V,如果测量的电压值不是1.5 V,则说明BMS存在故障,需要更换相关硬件。

2.2 电压采集故障

电池管理系统具有实时监控电压的功能,当电压采集异常时,检修人员可以从以下几个方面入手,进行检查。①电池存在欠压。这种情况下,检修人员需要获取电压的监控值,之后使用多用表测量电压值,对比两个电压数值是否有差异。如果确定存在欠压问题,需要更换电池。②采集线端子紧固螺栓松动或接触不良。这种情况下,检修人员可以轻轻摇晃采集端子,观察紧固螺栓是否松动或者接触不良。如果紧固螺栓松动,需要拧紧螺栓;如果接触不良,需要更换一条新的采集线。③保险丝损毁。这种情况下,检修人员需要测量保险丝的电阻值。如果保险丝的电阻值大于1 Ω,就需要更换保险丝。

2.3 温度测量故障

电池管理系统可以测量温度,以保证电池运行环境的温度与外界保持一致。当温度测量数据出现异常时,检修人员可以从以下两方面入手。①温度传感器无法正常工作。这种情况下,检修人员首先要确认中间对接插头是否连接异常,确认无异常之后,才能说明温度传感器出现问题,此时可更换温度传感器。②温度传感器连接异常。这种情况下,检修人员可查看中间对接插头和线束是否出现松动、脱落等问题。如果出现这些问题,就需要更换线束。

2.4 绝缘故障

绝缘故障是电池管理系统常见故障之一,电压采集线破损、高压线破损和箱体短接等情况,都会造成电池管理系统绝缘故障。确认绝缘故障之后,检修人员可以从以下几个方面入手。①高压负载漏电。这种情况下,检修人员需要依次断开设备的开关,以此找出发生绝缘故障的设备,然后对故障设备进行维修或者更换。②高压线/连接器损坏。这种情况下,检修人员可以使用兆欧表测量,确认损坏后需更换设备。③电池箱进水、电池漏液。这种情况下,检修人员需要检查电池箱内的情况,及时清理箱内的水,保证电池箱内干净、干燥。如果电池漏液,需要及时更换电池。

3 动力电池热管理系统常见故障与处理方法

动力电池对温度的变化极为敏感,过热或者过冷都会影响活性,进而影响动力电池的容量、电压、寿命等,甚至造成一系列安全事故。动力电池热管理系统作为新能源汽车的关键技术之一,若发生故障,将会放大新能源汽车的安全隐患,严重影响车内人员的人身安全。新能源汽车动力电池热管理系统最常见的故障是冷却液温度过高,造成这一故障的原因可能是空调系统、电驱动系统或电池管理系统出现故障。

3.1 空调系统故障

这种情况下,检修人员可以检查空调驱动器、压缩机、传感器、其他制冷部件和线路等,确认是设备故障还是线路故障。故障确认后,可对设备或线路进行维修或更换。

3.2 电驱动系统故障

这种情况下,检修人员可以检查驱动电机、驱动电机控制器、旋转变压器、传感器、冷却系统和线路故障等。故障确认后,及时维修和更换相关设备、线路。

3.3 电池管理系统故障

这种情况下,检修人员可以检查电池管理系统、动力电池、电池信息采集器和冷却系统等。如果发现设备损坏、接触不良或线路不良等问题,可采取针对性解决措施。

4 高压配电系统常见故障

新能源汽车的高压配电系统包括主电池系统、动力总成、高压电控系统、充电系统、高压设备及线束系统等,主要负责启动、运行、充放电和空功率调节等。高压配电系统的电压高达几百伏,系统内的任何一个组件发生故障,都会给新能源汽车带来极大的安全隐患。一般来说,高压配电系统故障可以分为动力电池组故障、互锁故障和上电故障等,具体的故障类型和故障现象如表1所示。

表1 高压配电系统的常见故障

5 结语

随着新能源汽车的普及,各种电池管理系统故障、热管理系统故障和高压配电系统故障越来越常见。检修人员只有充分了解和掌握故障的类型和解决方法,才能更好地解决故障,保障新能源汽车的安全。《新能源汽车动力电池及管理系统检修》系统地介绍了电动汽车的动力电池总成检修、动力电池管理系统检修、动力电池管理系统控制器检修、动力电池热管理系统检修和高压配电系统检修等内容。该书内容翔实、分析全面、语言严谨、通俗易懂,可作为中高职汽车专业及汽车“1+X”证书培训教材,也可供学习电动汽车保养、维修及诊断等知识和技能的汽车从业人员参考。

书名:新能源汽车动力电池及管理系统检修

作者:吴海东袁牧苏庆列编著

ISBN:9787111701637

出版社:机械工业出版社

出版时间:2022-02-01

定价:¥59.00元