第三章新能源汽车能量管理系统

3） 监视软件实现的功能 a.监测电流。 b.监测动力蓄电池的单体或模块电压。 c.监测动力蓄电池组总电压。 d.电池组SOC、工作平均温度。 e.模块电压极大值、极小值。 f.温度传感器极大值、极小值。 g.存储数据，采用office软件进行后处理分析。 h.显示工况运行时间。 i.监测蓄电池组故障码状态。 j.监测最大允许充电电流和最大允许放电电流。
能量管理系统的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态， 并根据各种信号，如加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环 境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据 电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能 延长电池的寿命。
BMS的功能
接触器控制功
能
2
电池异常状态报
4
警和保护功能
1
充放电管理功能
2.混合动力汽车电池管理系统
由燃料电池（或燃油发动机）与储能装置组成的混合动力汽车， 其能量传递路线有四条。在每一条能量流动路线上的能量流的开始时 刻、关闭时刻和大小等对整车的性能都有重要的影响。能量管理系统 属于车辆控制系统的一部分，应在车辆控制系统选定的工作模式下， 对能量流的分配进行优化和最佳控制，如图下图所示。
并联式混合动力汽车的能源管理系统
并联式混合动力汽车主要有两种基本工作模式，分别是内燃机辅助混合动力模 式和电动机辅助混合动力模式。
1.内燃机辅助混合动力模式 该模式主要利用电池、电动机系统来驱动车辆，仅当以较高的巡航速度行驶、爬 坡和急加速时才能使内燃机开机。这种控制模式的优点是：大多数情况下车辆都 是用电池的电能来工作的，车辆的排放和燃油的消耗减少，同时启动电动机可以 取消而利用车辆的运动来启动内燃机。这种策略的缺点是：由于内燃机每次关机 后重新启动时，内燃机和催化转换装置的温度达到正常温度需要一定的时间，这 段时间内发动机的效率降低，尾气排放增加。
制动能量回收系统
对于新能源车型，无论是纯电动 车还是混合动力车，制动能量回收 系统基本上都是标配。制动能量回 收是指电动汽车在减速制动(或者 下坡)时将汽车的部分动能转化为 电能，并将电能储存在储存装置 （如各种动力电池、超级电容和超 高速飞轮）中，最终增加电动汽车 的续驶里程。一旦储能器已经被完 全充满，则制动能量回收就不能实 现，所需的制动力就只能由常规的 制动系统提供。
新能源汽车的能量管理系统
的能量管理系统
主讲人：李增华
2020/3/21
1
知识目标
（1）了解蓄电池管理系统的组成及工作过程； （2）熟悉制动能量回收系统的类型及工作过程； （3）熟悉电源转换装置的类型、作用及工作原理； （4）了解串联式/并联式混合动力电动汽车能源 管理系统的相关知识。 （5）熟悉电池管理系统的常见故障类型；
1.制动能量回收的方法和类型
制动能量回收的基本原理是先将汽车制动或减速时的一部分机械能(动能) 经再生系统转换(或转移)为其他形式的能量(旋转动能、液压能、化学能 等)，并储存在储能器中，同时产生一定的负荷阻力使汽车减速制动；当汽 车再次起动或加速时，再生系统又将储存在储能器中的能量转换为汽车行 驶所需要的动能(驱动力)。
2. 电池管理系统结构 电池管理系统基本的作用是进行电池组管理，完善的管理系统包括热(温度)管理和 电压平衡控制。蓄电池管理系统主要执行以下工作:测量电压、电流与温度；计算电 池SOC；计算电池放电深度DOD；计算最大允许放电电流；计算最大允许充电电流；预 测蓄电池寿命指数和SOH；故障诊断等。 其结构主要由以下3个系统构成。
发动机子系统
OOO O 发动机ECU 电子油门
传动子系统
CVT/MT CVT控制器
多能源动 力总成管
理系统
ISG子系统 ISG控制器 ISG驱动器
CAN总线
电池组子系统 电池管理系统
电池组
DC/DC 变换
12V用电系统
串联式混合动力汽车的能源管理系统
串联式混合动力汽车的发电机与汽车行驶工程没有直接关系，系统从 外界获取能量的途径主要有三条：由燃料化学能转换来的能量、由电网充 入蓄电池的能量、回收的制动及减速能量。系统消耗的能量除了驱动车轮 的动力能量外，还有电动机自身的损耗、电池充放电过程中的损耗、发电 机的损耗等。能量管理系统的目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作， 并尽量减少系统本身损耗，以实现最高的能量转换效率。串联型混合动力 汽车的发动机能量管理系统的控制策略有多种，如“恒温器型”控制策略 和“功率跟踪型”控制策略等。
2） BMS的诊断策略与失效处理的基本策略 BMS的上述诊断内容分充电过程、放电过程进行，其诊断策略与失效处理的基本策略如 下: a.根据各故障原因，对各种故障诊断分别设置了诊断程序的进入与退出条件。 b.采用分时诊断流程，节约CPU时间资源。 c.根据电池充电倍率，动态调节充电诊断过程参数。 d.根据电池放电倍率，动态调节放电诊断过程参数。 e.故障诊断结果参与电池实际工作电流的控制。 f.故障诊断结果参与高压电控制。 g.故障诊断分三种不同级别进行(报警、故障与危险)。 h.故障诊断结果通过CAN总线送至VMS。
生产工艺
系统局部漏电
SOC变化不同
（3）电池成组后的问题 1）过充/过放 串联的电池组充放电时，部分电池可能先于其 他电池充满/放完。 继续充放电就会造成过充或 者过放，电池的内部副反应将导致电池容量下降、 热失控或者内部短路等问题。 2）过大电流 并联、老化、低温等情况，均会导致部分电池 的电流超过其承受能力，降低电池的寿命。 3）温度过高 局部温度过高，会使电池的各项性能下降，最 终导致内部短路和热失控，产生安全问题。 4）短路或者漏电 振动、湿热、灰尘等因素造成电池短路或漏电， 威胁驾乘人员的人身安全。
(5)电池组热管理系统 汽车上使用的动力电池组在工作时都会有发热现象，不同电池的发热程度各不相同，因此为了 保证动力电池正常工作，动力电池组都会配有热管理系统，装有温度采集器和专门用于动力电池 冷却系统，才能保证电池组正常工作并延长电池的寿命。 （6）动力电池组的均衡管理 电池组(PACK)有别于单体电池，在目前的组电池制造水平下，单体之间的性能差异在其整个生 命周期里不可避免会存在，组合成多节串联PACK后若不采取技术措施，单体电池在充放电过程中 的不一致会导致单体电池由于过充、过放而提前失效，要想避免单体电池由于过充、过放导致提 前失效，使PACK的性能指标达到或者接近单体电池的水平，必须对电池组中单体电池进行均衡控 制，电池组均衡的作用是将多节串联后的PACK内部各电池单体充放电性能恶化减到最小或使其消 失。
能力目标
（1）认识电池管理系统的的组成件； （2）熟悉电池管理系统常见故障的排除思路及流 程。
学习内容
任务1 纯电动汽车电池管理系统
任务2 混合动力电动汽车的电池管理系统 任务2 混合动力电动汽车的能源管理系统
1.纯电车电池管理系统
电池管理系统（Battery Management System)英文简称BMS. 是电动汽车的智能核心。一辆性能优异的电动汽车，除了有良 好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源外，还应该具 备一套能够协调各个功能部件工作的能量管理系统。
工作原理：当驾驶员踩下制 动踏板后，电泵使制动液增压产 生所需的制动力，制动控制与电 机控制协同工作，确定电动汽车 上的再生制动力矩和前后轮上的 液压制动力。回收制动时，回收 制动控制回收再生制动能量，并 且反充至动力电池中。与传统燃 油车相同，电动汽车上的ABS及 其控制阀的作用是产生最大的制 动力。
生产和使用过程均会造成电池性能不一致对比表
生产过程
使用过程
造成的差异
生产工艺、材质有差异 长时间使用，材质老化不同步
电压、内阻、容量
生产的批次不同
使用程度与密度不同
容量、内阻
个别电池内部短路
电池自放电
电流、内阻
活性物质不均匀
电池组内不同区域温度不同 串并联充放电工作电流
电压、内阻、电流承受能力 电压分布不均匀
1.基于真空助力的液压制动系统
2.基于ESP/ESC的液压制动系统
3.基于EHB的液压制动系统
在电动汽车上采取再生制动能量回收方法的主要作用有以下几点：
1）提高电动汽车的能量利用率； 2）延长电动汽车的行驶里程电制动与传统制动相结合，减轻传统 制动器的磨损，增长其使用周期，降低成本； 3）减少汽车制动器在制动，尤其是缓速下长坡及滑行过程中产生 的热量，降低汽车制动器的热衰退，提高汽车的安全性和可靠性。
1） BMS的重要诊断内容 a.起动过程的BMS硬件故障诊断、传感器信号的合理性诊断、电池组电压信号合理性 诊断、电池模块电压的合理性诊断、起动过程电流信号的合理性诊断、起动过程温度信 号的合理性诊断。
b.行车过程的BMS诊断。电压波动诊断、元模块电压诊断、无电池组电压诊断、无温 度信号诊断、电流故障诊断、流量传感器故障诊断、模块电压一致性故障诊断、过流故 障诊断、通讯系统故障诊断、通风机故障诊断、高压电控制故障诊断、模块电压的过充 诊断、电池组电压的过充诊断、模块电压变化率的过充诊断、电池组电压变化率的过充 诊断、SOC的过充诊断、传感器温度的过充诊断、平均温度的过充诊断、传感器温度变 化率的过充诊断、平均温度变化率的过充诊断、模块电压的过放诊断、电池组电压的过 放诊断、模块电压变化率的过放诊断、电池组电压变化率的过放诊断、SOC的过放诊断、 传感器温度的过放诊断、平均温度的过放诊断、传感器温度变化率的过放诊断、平均温 度变化率的过放诊断。
3
SOC/SOH计算
功能
5
自检以及通讯功能wenku.baidu.com
1.电动汽车使用BMS的必要性 电动汽车上使用的蓄电池有很强的
特殊性，在使用过程中会产生各种问题， 因此，电动汽车上必须具备蓄电池管理 系统（BMS），加强对动力电池组的检 测、监控与管理。
（1）大容量单体电池过热 汽车动力电池采用大容量单体锂电池容易
产生过热。单体电池有一定的温度耐受范围， 在实际应用中如果体积过大，会产生局部的 过热，从而影响电池的安全和性能。因此， 单体电池的大小受到限制，动力和储能电池 不可能采用超大的单体锂电池。在苛刻的使 用环境下，110 x 110 x 25mm³的20Ah锂电池， 局部最高温度为135℃；而110 x 220 x 25 mm³的50Ah锂电池，局部温度高达188℃，更 容易发生安全问题。所以必要监测和控制温 度。
(3）动力电池组的组合 动力电池组（也叫动力电池包）需要许 多的单节电池串联而成，例如：比亚迪e6 动力电池组采用分布式管理器，每个单体 3..V，共93个单体，电池包标称电压 306.9V、容量220A•h，一次充电61KW•h左 右，动力电池安装位置如右图。 (4)动力电池组的安全管理 动力电池组管理系统要承担动力电池组 的全面管理，一方面保证动力电池组的正 常运作，显示动力电池组的动态响应并及 时报警，使驾驶员随时都能掌握动力电池 组的情况;另一方面要对人身和车辆进行安 全保护，避免因电池引起各种事故。
（2）电池的性能不一致 基于现有的正极材料和电池制造水平，单体电池之间尚不能达到性能的完全 一致，在通过串并联方式组成大功率大容量动力电池组后，苛刻的使用条件也 易诱发局部偏差，从而引发安全问题。因此，为确保电池的性能良好、延长电 池使用寿命(提升50%以上)，必须使用BMS对电池组进行合理有效的管理和控制， 生产和使用过程均会造成电池性能不一致 。
（1）电池组管理系统 电池组管理系统主要管理电池的工作情况，避免出现 过放电、过充、过热，对出现的故障及时报警，以便最 大限度地利用电池的存储能力和循环寿命。电池组管理 系统管理功能包括电池组电压测试、电池组电流测试、 电池组和单节电池的温度测试、SOC计算及显示技术、电 池组剩余电量显示、车辆在线可行驶里程显示、自动诊 断系统和报警系统和安全防护系统。 （2） 热(温度)管理系统 热(温度)管理系统主要对电池组组合方式、电池组分 组和支架布置、通风管理系统和风扇、温度管理ECU及温 度传感器、热能进行管理与应用。 （3） 电压平衡控制系统 电压平衡控制系统可以平衡各电池的充电量，能延长 电池寿命，并对更换后的新电池进行容量平衡。
（7）电池状态故障诊断 BMS根据故障的级别将电池状态归纳为尽快维修、立即维修和电池寿命警告等三类信息 传递到仪表板以警示驾驶者。从而保护电池不被过分使用。 故障诊断功能是BMS的重要组成部分，可以在动力电池组工作过程中实时掌握电池的各 种状态，甚至在停机状态下也能将电池故障信息定位到动力电池系统的各个部分。故障 级别分为:一般故障、警告故障和严重故障。