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蓄电池温度补偿原理(温度补偿的含义是什么)

发布人:宝博体育 发布时间:2021-10-28

为了满足高压蓄电池的设计使用寿命和功率的最大化蓄电池温度补偿原理,在使用时必须有严格的保护措施:使蓄电池运行在最佳的温度范围内(加热/冷却或限制电流)蓄电池温度补偿原理;均衡所有电池的充电状态;在特定的范围内可用完蓄电池的储存能量。

为此设计了IHKA/IHKR高压蓄电池控制单元蓄电池温度补偿原理,其电路图如下图所示。除8个电池模块的电池本身外,还包括蓄能器管理控制单元,电池监控电子装置CSC,接触器、传感器和熔丝的安全盒,以及可选装的电器加热控制装置。

蓄电池温度补偿原理

高电压蓄电池单元系统电路图

1—电气加热控制装置;2—用于测量高电压蓄电池单元负极导线内电流强度的传感器;3—安全盒;4—电池模块;5—电气加热装置;6—电池监控电子装置(电池监控电路CSC);7—制冷剂管路温度传感器;8—蓄能器管理电子装置;9—高电压触点监控电路控制装置;10—车身域控制器;11—高电压安全插头(售后服务时断开连接);12—用于触发安全型蓄电池接线柱的ACSM控制管;13—冷却液管路截止阀;14—智能型蓄电池传感器;15—蓄电池;16—安全型蓄电池接线柱;17—前部配电盒

从该电路图中可以看出,除汇集在8个电池模块内的电池本身外,I01的高电压蓄电池单元还包括以下电气/电子部件:蓄能器管理电子装置(SME)控制单元,8个电池监控电子装置(电池监控电路CSC),带接触器、传感器和过电流熔丝的安全盒,电气加热装置控制装置(选装)。

1.蓄能器管理电子装置(SME)

在高电压蓄电池单元中,SME(下图)是电池的核心控制管理模块。SME控制单元需要执行以下任务:由电动机电子装置EME根据要求控制高电压系统的启动和关闭;分析有关所有电池的电压和温度以及高电压电路内电流强度的测量信号;控制高电压蓄电池单元冷却系统;确定高电压蓄电池的充电状态(SoC)和老化状态(SoH);确定高电压蓄电池的可用功率并根据需要对电动机电子装置提出限制请求;安全功能(例如电压和温度监控、高电压触点监控,绝缘监控);识别出故障状态,存储故障码存储器记录并向电动机电子装置发送故障状态。

蓄电池温度补偿原理

蓄能器SME

在SME控制单元的故障码存储器内不仅可存储控制单元故障,而且还可查阅高电压蓄电池单元内其他组件的故障记录。这些故障码存储器记录根据严重程度和尚可提供的功能分为不同类型。

(1)立即关闭高电压系统因出现故障影响高电压系统安全或产生高电压蓄电池损坏危险时,就会立即关闭高电压系统并断开电动机械式接触器触点,之后驾驶员可让车辆滑行并停在路面上。通过12V车载网络提供能量确保转向助力、制动助力和DSC调节。

(2)限制功率高电压蓄电池无法继续提供最大功率或全部能量时,为了保护组件,会限制驱动功率和行驶里程。此时驾驶员可在驱动功率明显降低的情况下继续行驶较短距离,在最好的情况下可行驶至最近的BMW维修站点,或将车辆停放在所选地点。

(3)对客户没有直接影响的故障例如SME控制单元或CSC控制单元之间的通信短时受到干扰时,不表示功能受限或危及高电压系统安全。因此只会产生一个故障码,必须由BMW维修站点通过诊断系统对该记录进行分析,但客户不会看到检查控制信息或感到功能受限。

从高电压蓄电池单元外部无法接触到SME控制单元。为在出现故障时更换SME控制单元,必须事先将其打开。

SME控制单元的电气接口是SME控制单元12V供电(车内配电盒的总线端30F和总线端31)、接触器12V供电(总线端30碰撞信号)、PT-CAN2、局域CAN1和CAN2、车身域控制器BDC唤醒导线、高电压触点监控输入端和输出端、制冷剂循环回路内的截止和膨胀组合阀控制导线、制冷剂温度传感器。

用专用的12V导线为高电压蓄电池单元内的接触器供电,该导线称为总线端30碰撞信号,简称为总线端30C。总线端名称中的C表示发生事故(碰撞)时关闭该12V电压。该导线是安全型蓄电池接线柱的一个(第二个)输出端,即触发安全型蓄电池接线柱时也会断开该供电导线。此外该导线穿过高电压安全插头,因此关闭高电压系统供电时也会关闭接触器供电。在上述两种情况下,高电压蓄电池单元内的两个接触器会自动断开。

局域CAN1使SME控制单元与电池监控电子装置CSC相互连接。局域CAN2用于实现SME控制单元与S盒之间的通信,通过该总线可传输测量的电流强度等信息。车辆带有选装配置SA494驾驶员和前乘客座椅加热装置时,还通过局域CAN2传输高电压蓄电池加热装置控制指令。

2. 电池模块

高电压蓄电池单元由8个串联连接的电池模块构成,每个电池模块都分配有一个电池监控电子装置。电池模块自身由12个串联连接的电池构成,每个电池的额定电压为3.75V,额定电容量为60A·h,电池模块额定电压为45V。高压电池模块如下图所示。

蓄电池温度补偿原理

高压电池模块

为确保I01所用的锂离子电池正常运行,必须遵守特定边界条件:电池电压和电池温度不允许低于或高于特定数值,否则可能导致电池持续损坏。因此高电压蓄电池单元内带有8个名称为电池监控电路CSC的电池监控电子装置。在I01高电压蓄电池单元内,每个电池模块都有一个电池监控电子装置,其控制电路如下图所示。

蓄电池温度补偿原理

电池监控电子装置的控制电路

1—电池模块1;2—电池模块2;3—电池模块3;4—电池模块4;5—电池模块5;6—电池模块上的温度传感器;7—电池电压测量;8—电池监控电子装置;9—蓄能器管理电子装置;10—电池模块6;11—电池模块7;12—电池模块8;13—安全盒;14—售后服务时断开连接;15—智能型蓄电池传感器;16—12V蓄电池;17—安全型蓄电池接线柱;18—前部配电盒

电池监控电子装置执行以下任务:测量和监控每个电池的电压;测量和监控电池模块多处的温度;将测量参数传输至SME控制单元;执行电池电压补偿过程。

在此以较高扫描率(每20ms测量1次)测量电池电压。通过测量电压可以识别充电过程或放电过程是否结束。温度传感器安装在电池模块上,根据其测量值可确定各电池的温度。借助电池的温度可以识别是否过载或有电气故障。出现以上任一种情况时必须立即降低电流强度或完全关闭高电压系统,以免电池进一步损坏。此外,测量温度还用于控制冷却系统,从而确保电池始终在最有利于自身功率和使用寿的温度范围内运行。由于电池温度是一个重要参数,因此每个电池模块装有4个NTC温度传感器,其中2个是另外2个的冗余装置。

电池监控电子装置通过局域CAN1传输其测量值,该局域CAN1使所有电池监控电子装置相互连接并与SME控制单元相连,在SME控制单元内对测量值进行分析并根据需要做出相应反应(例如控制冷却系统)。

两个局域CAN1和CAN2的传输速度为500kbit/s,与采用相同传输速度的CAN总线一样,总线导线采用绞线型式。此外,两个局域CAN端部采用终端型式。用于局域CAN1两端分别为120Ω的终端电阻位于SME控制单元内。用于局域CAN2两端分别为120Ω的终端电阻位于SME控制单元和S盒控制单元内,其电路原理图如下图所示。

蓄电池温度补偿原理

高电压蓄电池单元局域CAN电路原理图

1—SME控制单元内的局域CAN1终端电阻;2—CSC控制单元内的局域CAN2终端电阻(序号5);3—高电压蓄电池单元;4—安全盒内的局域CAN2终端电阻;5—SME控制单元内的局域CAN2终端电阻

在故障查询期间测量局域CAN上的电阻时,在所有总线设备已连接且终端正常的情况下会得到大约60Ω的数值。

如果一个或多个电池的电压明显低于其他电池,高电压蓄电池的可用能量含量就会因此受限。因此放电时由“最弱”电池决定何时停止释放能量:最弱电池的电压降至放电限值时,即使其他电池还存有充足能量,也必须结束放电过程。如果仍继续放电过程,会因此造成最弱电池损坏。因此通过一项功能使电池电压调节至几乎相同的水平,该过程也称为“电池对称”。

为此SME控制单元将所有电池电压进行相互比较,在此过程中对电压明显高于其余的电池进行有针对性地放电。SME控制单元通过局域CAN1将相关请求发送至这些电池的电池监控电子装置,从而启动放电过程。为此每个电池监控电子装置都针对各电池带有一个电阻,相应电子触点闭合后放电电流就会流过该电阻。启动放电过程后由电池监控电子装置负责执行该过程,或在期间主控制单元切换为休眠模式的情况下继续执行该过程。通过与总线端30F直接相连的蓄能器管理电子装置为CSC控制单元供电来达到此目的。所有电池的电压处于规定的较小范围内时,放电过程就会自动结束。“电池对称”继续进行,直至所有电池达到相同电压水平,电路原理图-电池电压平衡如下图所示。

蓄电池温度补偿原理

电路原理图-电池电压平衡

1—电池监控电子装置;2—用于测量电池电压的传感器;3—放电电阻;4—用于某个电池放电的闭合(启用)触点;5—电池模块;6—通过放电使电池电压下降的电池;7—未放电的电池;8—用于某个电池放电的断开(未启用)触点

平衡电池电压的过程会造成损失,但损失的电能非常小(小于0.1%SoC),而优势在于可使行驶里程和高电压蓄电池使用寿命最大化,因此总体而言,平衡电池电压非常有利而且十分必要。当然只有车辆静止时才会执行该过程。平衡电池电压的具体条件如下:

①总线端15关闭且车辆或车载网络处于休眠状态,高电压系统已关闭。

②电池电压或各电池SoC的偏差大于相应限值,高电压蓄电池的总SoC大于相应限值。

满足上述条件时,就会完全自动进行电池电压平衡。因此客户既看不到检查控制信息,也无需为此进行特殊操作。即使更换电池模块后,SME控制单元也会自动识别出电池电压平衡需求。

如果电池电压的偏差过大或电池电压平衡未顺利进行,就会在SME控制单元内生成一个故障码。通过一条检查控制信息提醒客户注意车辆状态,此后必须通过诊断系统分析故障码,并采取排除措施。

3. 安全盒(S盒)

每个高电压单元内都有带独立壳体的接口单元,该单元称为开关盒或简称为S盒,如下图所示。由于它位于高电压蓄电池单元内部,因此只允许由具有“BMWⅠ扩展型蓄电池服务”或“BMWⅠ全方位服务”型式的经销商对其进行更换。

蓄电池温度补偿原理

安全盒(S盒)

安全盒内集成了以下组件:蓄电池负极电流路径内的电流传感器;蓄电池正极电流路径内的熔丝;两个电动机械式接触器(每个电流路径一个开关触点);用于缓慢启动高电压系统的预充电电路;用于监控开关触点、测量蓄电池总电压和监控绝缘电阻的电压传感器。

在带有选装配置SA494驾驶员和前乘客座椅加热装置的车辆上,高电压蓄电池单元还带有一个电气加热装置。此时在安全盒内带有加热装置的控制和供电电子装置,用于控制加热装置的微控制器通过一个局域CAN2与SME控制单元相连。此外微控制器接收接通加热装置和相关运行功率要求,随后微控制器通过PowerMOSFET接通和关闭加热装置,通过进行脉冲宽度调制调节所需加热功率。加热装置所需能量来自于高电压车载网络,如果从高电压蓄电池自身获取所需能量,行驶里程就会明显降低,因此只有与外部电网连接进行充电时才会对高电压蓄电池进行加热。

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