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关于电动汽车中电池系统的介绍

2019年09月09日 14:36 次阅读

(文章来源:EEToday电子头条)

任何电动汽车(EV)的基本部件都是电池。蓄电池的设计必须满足车辆使用的电机和充电系统的要求。 这包括物理限制,例如车辆车身内的有效包装以最大化容量。作为电动车重量的供能,设计人员还必须考虑电池在车辆中的位置,因为它们会影响电源效率和车辆操控特性(这通常是你经常看到电池放置在车辆底板下的原因)。以下是EV电池设计中一些规范、安全注意事项和管理系统的概述。

电动汽车蓄电池通常由数百个小的、单独的电池组成,这些电池按串联/并联配置排列,以在最终电池组中实现所需的电压和容量。普通电池组由18到30个串联的并联电池组成,以获得所需的电压。一个额定电压为400V的电池组通常有96个系列的电池组。当前车辆的通用额定组电压范围为混合动力/插入式混合动力车辆的100V-200V,电动车辆的400V-800V及更高。这是因为较高的电压允许在相同直径的铜电缆上以较小的损耗传输更多的电力。

更高电压的缺点包括在整个系统中需要更高额定电压的元件。它们还可以防止在车载充电器中使用低电压的直流快速充电站,而无需在车载充电器中加入某种类型的直流直流升压转换器。 另一方面,常见的电池容量范围如下:混合动力汽车:0.5至2kWh;插电式混合动力汽车: 4至20kWh;电动车:30至100kWh或以上。

在设计时,电池代表了对安全性的多重挑战,也代表了电池内永久存在的高压。在输出接头之前,蓄电池组内部通常有保险丝,通常位于正极和负极。特殊的大电流密封继电器称为接触器,它将内部保险丝连接到电池本身。

关于电动汽车中电池系统的介绍

接触器具有牺牲接触等特性,以防止由于接触点蚀而增加的电阻。它们通常还包括一个辅助触点,以检测内部焊接,如果接触器在大电流通过时有意或无意地打开,可能会发生这种情况。接触器线圈电源通常通过HVIL或高压互回路,该回路沿高压电缆(通常包含在每个连接器中)在系统中的所有高压部件之间进行循环,从而使接触器无法接收电源以关闭。除非所有高压连接牢固地插入电池,否则关闭。

预充电接触器在主接触器之前闭合,以允许小电流通过大电阻流入系统。这限制了进入系统中所有大电容器的浪涌电流,并允许电池管理系统在高电流路径完成之前检测短路。通常在主接触器的两侧连续监测隔离,并且如果从高压系统的任一侧到底盘的隔离降低到小于500欧姆/伏,则将发生故障。

特斯拉还在他们的Model 3和更新的电池组中加入了一种新的安全装置,称为火焰保险丝。如果接触器被焊接,该装置可以通过小的烟火装料吹开,这允许它们使用不太坚固的接触器。有时在电池输出端包括放电电阻和接触器,以使系统在关闭后主动放电至安全电压。

电池的电池组需要被监测并保持平衡,电池组中包括专门的电路板来执行这项任务。这些电路板必须包括一个独立的通信接口,因为每个电路板的接地参考电压将是数百伏,彼此和主BMS(电池管理系统)不同。这些电路板监测每个模块的电压和温度以及模块之间互连的温度。它们还包含一小组电阻来执行平衡任务。

电池组内的电池块必须保持在几毫伏的范围内,以允许最大功率传输进出电池组。由于电池制造中的自然差异,一些电池块的充电或放电速度比其他电池块稍快。为了解决这一问题,在充电过程中,需要进行平衡,以从最高电压块中消耗少量的电源,使其靠近其他块。这些块监控板还提供了额外的电池组安全功能,可以非常精确地监控电池组内的电池温度和互连点。例如,在损坏的电池的情况下,这意味着可以在严重损坏之前发生故障,甚至可能发生火灾。

最后,电池管理系统或BMS管理监视和控制电池组各个方面的任务。当前分流器向BMS报告各种信息,包括传入和传出的总电荷。接触器之前和之后的电压测量允许监测电池组系统电压。接触器控制和节能器电路管理接触器闭合,并在接触器拉入后最小化通过线圈的静态电流。BMS还与块管理板持续通信,以监控电池电压和温度以及控制平衡。

监测整个系统和连接器温度,以检测连接器或螺栓松动导致的任何高电阻连接。系统和包装隔离也会持续受到监控,其他可能的冗余安全功能也可以被整合。BMS还通过汽车以太网CAN总线向车辆的其他部分提供通信接口,在该接口中,BMS与逆变器、充电器和其他系统进行通信。它计算并提供充电和放电电流限制、电池组健康状态和充电状态,并在接触器必须打开时通知其他系统,因此理想情况下它们可以在没有负载的情况下打开。

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