二、动力电池管锂系统的组成及工作模式
动力电池管锂系统一般包括动力电池组、动力电池管锂系统控制单元MCU、动力电池单体电压和温度信号采集模块(BMU模块)、总电流及总电压信号采集模块(Ul模块)、整车通信模块(模块1)、高压电安全系统(高压接触器、熔断器)及电流均衡模块(模块2)、热管锂系统和检测单元(电流传感器、电压传感器和温度传感器)等,图2所示为两种典型的动力电池管锂系统方案。如图3所示,高压接触器包括B+接触器、B-接触器、预充接触器、直流转换器(用于向低压电池及车载低压设备供电)接触器及车载充电器接触器。均衡功能包括电池单体电压及温度均衡两个方面,附带有监测并响应碰撞及电池渗漏的功能,当监测到影响安全的信号时,管锂系统则立即切断高压电供给。BMU主要用于采集电池单体的电压及温度信息,通过相应接口传至高压接触器控制及电流均衡模块,经过控制策略算法,实现各接触器的动作,从而使动力电池管锂系统进入不同的工作模式。动力电池管锂系统可工作于下电模式、准备模式、放电模式、充电模式和故障模式5种工作模式下。
1. 下电模式
下电模式是整个系统的低压与高压处于不工作状态的模式。在下电模式下,动力电池管锂系统控制的所有高压接触器均处于断开状态;低压控制电源处于不供电状态。下电模式属于省电模式。
2. 准备模式
在准备模式下,系统所有的接触器均处于未吸合状态。在该模式下,系统可接受外界的点火开关、整车控制器、电动机控制器、充电插头开关等部件发出的硬线信号或受CAN报文控制的低压信号来驱动控制各高压接触器,从而使动力电池管锂系统过入所需工作模式。
3. 放电模式
动力电池管锂系统监测到点火开关的高压上电信号(Key-ST信号)后,系统首先闭合B-接触器,由于电动机是感性负载,为防止过大的电流冲击,B-接触器闭合后即闭合预充接触器进入预充电状态;当预充电容两端电压达到母线电压的90%时,立即闭合B+接触器并断开预充接触器进入放电模式。目前汽车常用低压电源由12V的铅酸
蓄电池提供,不仅可为低压控制系统供电,还需为助力转向电动机、
刮水器电动机、安全气囊及后视镜调节电动机等提供电源。为保证低压
蓄电池能持续为整车控制系统供电,低压
蓄电池需有充电电源,而直流转换器接触器的开启即可满足这一需求,因此,当动力电池系统处于放电状态时,B+接触器闭合后即闭合直流转换器接触器,以保证低压电源持续供电。
4. 充电模式
动力电池管锂系统检测到充电唤醒信号(Charge Wake Up)时,系统即进入充电模式。在该模式下,B-接触器与车载充电器接触器闭合,同时为保证低压控制电源持续供电,直流转换器接触器仍需处于工作状态。在充电模式下,系统不响应点火开关发出的任何指令,充电插头提供的充电唤醒信号可作为充电模式的判定依据。对于磷酸铁锂电池,由于其低温下不具备有很好的充电特性,甚至还伴随有一定的危险性,因此基于安全考虑,还应在系统进入充电模式之前对系统进行一次温度判别。当电池温度低于0℃时,系统进入充电预热模式,此时可通过接通直流转换器接触器对低压
蓄电池进行供电,并为预热装置供电以对电池组进行预热;当电池组内的温度高于0℃时,系统可进入充电模式,即闭合B-接触器。
无论在充电状态还是在放电状态,电池的电压不均衡与温度不均衡将极大地妨碍动力电池性能的发挥。在充电状态下,极易出现电压、温度不均衡的状态,充电过程中可通过电压比较及控制电路使得电压较低的单体电池充电电流增大,而让电压较高的电池单体充电电流减小,进而实现电压均衡的目的。温度的不均匀性会大大降低动力电池组的使用寿命,因此,当电池单体温度传感器监测出各单体电池温度不均衡时,可选择强制风冷的方式,实现电池组内气流的循环流动,以达到温度均衡的目标。
5. 故障模式
故障模式是控制系统中常出现的一种状态。由于车用动力电池的使用关系到用户的人身安全,因面系统对于各种相应模式总是采取“安全第一”的原则。动力电池管锂系统对于故障的响应还需根据故障等级而定,当其故障级别较低时,系统可采取报错或者发出报警信号的方式告知驾驶人;而当故障级别较高,甚至伴随有危险时,系统将采取断开高压接触器的控制策略。低压
蓄电池是整车控制系统的供电来源,无论是处于充电模式、放电模式还是故障模式,直流转换器接触器的闭合都可使低压
蓄电池处于充电模式,从而保证低压控制系统工作正常。
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