新能源汽車動力電池管理系統與高壓配電系統檢修
——評《新能源汽車動力電池及管理系統檢修》

劉時英,鐘衛連

(懷化職業技術學院,湖南 懷化 418000)

2022年9月底,我國機動車保有量已達到4.12億輛。燃油汽車的尾氣污染嚴重,影響了空氣質量,還在一定程度上加劇了全球氣候變暖。隨著“碳達峰”“碳中和”戰略目標的提出與實施,我國各行各業越來越重視新能源的應用,力求實現綠色生產、清潔生產。在這一背景下,新能源汽車發展十分迅速。據公安部最新統計,截至2022年9月底,我國新能源汽車保有量達1 149萬輛,占汽車保有量的3.65%,其中,純電動汽車保有量為926萬輛,占新能源汽車總量的80.56%。新能源汽車作為一項新產品,某些生產技術仍有不足。作為新能源汽車最重要的構件,動力電池和高壓配電系統的質量與車內人員的安全息息相關,因此有必要了解動力電池管理系統與高壓配電系統的檢測與檢修技術。

吳海東等編著的《新能源汽車動力電池及管理系統檢修》一書,全面介紹了新能源汽車動力電池和高壓配電系統的檢修方法。該書是“崗賽課證”模式下典型的工作任務式教材,共5個章節、16個學習任務。第1章是動力電池總成檢修,主要包括動力電池的發展概述、參數及性能指標、動力電池包絕緣阻值檢測;第2章是動力電池管理系統檢修,主要包括動力電池管理系統概述、動力電池狀態檢測與分析、動力電池能量管理以及動力電池管理系統通信管理;第3章是動力電池管理系統控制器檢修,主要包括動力電池管理系統的組成與常見的故障、動力電池管理系統能量控制策略,之后以吉利EV450為例,介紹了該動力電池管理系統的電路分析和故障診斷的一般流程;第4章是動力電池熱管理系統檢修,主要介紹了動力電池熱管理系統的概述和類型;第5章是高壓配電系統檢修,主要介紹了高壓配電系統概述、電氣要求和器件,還分析了比亞迪E5的高壓配電系統。

1 動力電池管理系統概述

新能源汽車動力電池管理系統在設計過程中會涉及到多項關鍵技術,總體來講,新能源汽車動力電池的關鍵技術可以歸納為工作參數檢測、荷電狀態(SOC)計算和均衡控制等3方面。

①工作參數檢測:動力電池管理系統的參數主要有電池電壓、工作電流和溫度。在檢測工作參數時,檢測人員往往注重參數的采集與分析,旨在通過詳盡的數據分析了解動力電池目前的工作狀態。

②SOC計算:SOC反映的是動力電池的剩余電量,數值上定義為剩余容量占電池容量的比值,常用百分數表示,一般為0～100%:當SOC=0時,電池完全放電;當SOC=100%時,電池完全充滿電。電池SOC不能直接測量,只能通過電池端電壓、充放電電流和內阻等參數來估算其大小。

③均衡控制:新能源汽車動力電池管理系統的設計難點一般都集中在均衡控制上,一旦均衡控制達不到預期,動力電池管理系統就會出現漏洞,整個動力電池性能也會受到較大影響。這與“木桶原理”極為相似,即系統的整體效果由最差的單體電池性能決定。根據均衡控制的經驗,整體電池組一般是均衡控制的重點。

2 動力電池管理系統常見故障與處理方法

動力電池管理系統在運行過程中,由于受到外界環境因素以及內部運行時間、使用壽命的影響,難免會出現各種故障,影響動力電池管理系統的使用效果,給電池健康和使用壽命造成較大的負面影響。以下為動力電池管理系統常見的幾種故障以及故障處理方法。

2.1 控制器局域網(CAN)總線故障

控制器局域網(CAN)總線發生故障的原因有兩個:一是CAN線脫落,二是端子推針。CAN總線故障會導致儀表板異常顯示、車輛無法正常啟動及車輛動力不足等問題的出現。在檢修過程中,檢修人員需要首先確認電池管理系統是否正常供電,確保供電正常后,用多用表將電壓調整為交流電壓,然后測量兩個輸出端CANH和CANL之間的電壓。正常情況下,CANH和CANL之間的電壓為1.5 V,如果測量的電壓值不是1.5 V,則說明BMS存在故障,需要更換相關硬件。

2.2 電壓采集故障

電池管理系統具有實時監控電壓的功能,當電壓采集異常時,檢修人員可以從以下幾個方面入手,進行檢查。①電池存在欠壓。這種情況下,檢修人員需要獲取電壓的監控值,之后使用多用表測量電壓值,對比兩個電壓數值是否有差異。如果確定存在欠壓問題,需要更換電池。②采集線端子緊固螺栓松動或接觸不良。這種情況下,檢修人員可以輕輕搖晃采集端子,觀察緊固螺栓是否松動或者接觸不良。如果緊固螺栓松動,需要擰緊螺栓;如果接觸不良,需要更換一條新的采集線。③保險絲損毀。這種情況下,檢修人員需要測量保險絲的電阻值。如果保險絲的電阻值大于1 Ω,就需要更換保險絲。

2.3 溫度測量故障

電池管理系統可以測量溫度,以保證電池運行環境的溫度與外界保持一致。當溫度測量數據出現異常時,檢修人員可以從以下兩方面入手。①溫度傳感器無法正常工作。這種情況下,檢修人員首先要確認中間對接插頭是否連接異常,確認無異常之后,才能說明溫度傳感器出現問題,此時可更換溫度傳感器。②溫度傳感器連接異常。這種情況下,檢修人員可查看中間對接插頭和線束是否出現松動、脫落等問題。如果出現這些問題,就需要更換線束。

2.4 絕緣故障

絕緣故障是電池管理系統常見故障之一,電壓采集線破損、高壓線破損和箱體短接等情況,都會造成電池管理系統絕緣故障。確認絕緣故障之后,檢修人員可以從以下幾個方面入手。①高壓負載漏電。這種情況下,檢修人員需要依次斷開設備的開關,以此找出發生絕緣故障的設備,然后對故障設備進行維修或者更換。②高壓線/連接器損壞。這種情況下,檢修人員可以使用兆歐表測量,確認損壞后需更換設備。③電池箱進水、電池漏液。這種情況下,檢修人員需要檢查電池箱內的情況,及時清理箱內的水,保證電池箱內干凈、干燥。如果電池漏液,需要及時更換電池。

3 動力電池熱管理系統常見故障與處理方法

動力電池對溫度的變化極為敏感,過熱或者過冷都會影響活性,進而影響動力電池的容量、電壓、壽命等,甚至造成一系列安全事故。動力電池熱管理系統作為新能源汽車的關鍵技術之一,若發生故障,將會放大新能源汽車的安全隱患,嚴重影響車內人員的人身安全。新能源汽車動力電池熱管理系統最常見的故障是冷卻液溫度過高,造成這一故障的原因可能是空調系統、電驅動系統或電池管理系統出現故障。

3.1 空調系統故障

這種情況下,檢修人員可以檢查空調驅動器、壓縮機、傳感器、其他制冷部件和線路等,確認是設備故障還是線路故障。故障確認后,可對設備或線路進行維修或更換。

3.2 電驅動系統故障

這種情況下,檢修人員可以檢查驅動電機、驅動電機控制器、旋轉變壓器、傳感器、冷卻系統和線路故障等。故障確認后,及時維修和更換相關設備、線路。

3.3 電池管理系統故障

這種情況下,檢修人員可以檢查電池管理系統、動力電池、電池信息采集器和冷卻系統等。如果發現設備損壞、接觸不良或線路不良等問題,可采取針對性解決措施。

4 高壓配電系統常見故障

新能源汽車的高壓配電系統包括主電池系統、動力總成、高壓電控系統、充電系統、高壓設備及線束系統等,主要負責啟動、運行、充放電和空功率調節等。高壓配電系統的電壓高達幾百伏,系統內的任何一個組件發生故障,都會給新能源汽車帶來極大的安全隱患。一般來說,高壓配電系統故障可以分為動力電池組故障、互鎖故障和上電故障等,具體的故障類型和故障現象如表1所示。

表1 高壓配電系統的常見故障

5 結語

隨著新能源汽車的普及,各種電池管理系統故障、熱管理系統故障和高壓配電系統故障越來越常見。檢修人員只有充分了解和掌握故障的類型和解決方法,才能更好地解決故障,保障新能源汽車的安全。《新能源汽車動力電池及管理系統檢修》系統地介紹了電動汽車的動力電池總成檢修、動力電池管理系統檢修、動力電池管理系統控制器檢修、動力電池熱管理系統檢修和高壓配電系統檢修等內容。該書內容翔實、分析全面、語言嚴謹、通俗易懂,可作為中高職汽車專業及汽車“1+X”證書培訓教材,也可供學習電動汽車保養、維修及診斷等知識和技能的汽車從業人員參考。

書名:新能源汽車動力電池及管理系統檢修

作者:吳海東袁牧蘇慶列編著

ISBN:9787111701637

出版社:機械工業出版社

出版時間:2022-02-01

定價:￥59.00元