新能源汽车专业教师岗位试讲内容.docx

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1、新能源汽车专业教师岗位试讲内容1.教学内容：学习情境3动力电池的检测中，任务2动力电池的状态检测中的：一、电压的检测二、电流的检测三、温度的检测四、接触器状态检测五、绝缘检测六、高压互锁检测的内容，结合本次试讲所给定电路图等的材料，指导学生开展理实一体化教学。2.基本内容参考：新能源汽车动力电池拆装与检测北京理工大学出版社。教材封面:(PV)主编孔超一:、理实林化系理材/新能源汽车动力电池拆装与检测 知行合一、工学结合,匹配活页式任务工单 “互联网+职业教育”，信息化资源丰富 天津职业技术师范大学牵头,校企结合.校校联合理实一体化教学方式圾I北京理工大学出点和BEUKGWSTrTUTEOFTE

2、CHN0LYPRESS教材底面:免费配套资源下载地址 . 四I北京理X大学出发社 BEge INSTnUTE OF TECHNoLoGY PRESS 通信地址：北京市海淀区中关村南大街5号 邮政妇科：IOOOSI 电 话；（010X*8948351 82562903 网 址：http:WWW小王买了一辆新的比亚迪e5电动汽车.需要读取动力电池信息，你知道如何安全规范的进行读取吗？学习目标(1)能通过受阅相关维修技术资料等方式获取车柄信息(2)能根据充电要求制定正确的维修计划(3)能按照正确操作规范进行动力也池的信息读取(4)能按照要求整理现场电池管理系统的控制和算法的实现主要是以电压.电流、温

3、度这3个物理量为基础的.所以数据采集结果的准确性直接影响电池管理系统的整体性能.乂体涉及电池荷电状态的估算、均衡控制的效果、电池充放电效率以及电池状态分析等,电池匚作参数的检测是电池管理系统最主要的功能之一,电池的【作参数包括电池的电压、工作电流以及温度。具体漏变测员的是电池的电压、电池的充放电电流以及电池的温度其中对单体电池电虚的测址是数据采集的首要任务.通过电工可以很好地判断电池的作状任务2动力电池的状态监测整,荷电状态的估算需要用到单体电池电压,其他功能的实现也需要通过电压数据进行计算一、电压的冽量电压检测分为两部分,即动力电池包的电压测ht和电池模组的电压测HI.动力电池包的电压测量也

4、池包电压测Ilt一般在母线上设置电JK测址模块，典型动力电池电流和也压监测如图3-2-1所示C正极继电器.l9r”I.猊L预充Hiitt电器K匿测也HL覆监潮电阻V t910 Ll负极继电器图3-2-1中电压的监测是通过并联连接三个电压传感器匕、V2和匕来进行测量的C动力电池不进行充放电时.正、负继电器和预充电继电器都斯开.此时匕和匕为动力电池开路电压，匕测n高压用电设备电压.且有匕=%,八=O当动力电池放电时,首先顼充电继电器和负极继电豁闭合.匕测址动力电池匚作电压.匕、匕测址高压用电设备电压，且有匕匕=匕；然后预充电维电器断开,正负极继电器闭合.此时匕、匕、匕濯出动力电池作电压.且有匕=%

5、=匕。当外部向动力电池充电时,预充电继电器和负极继电器闭合.此时匕测盘动力电池电压.%、八测出外部充电线路电压.且有匕匕=八；然后预充电继电器断开.正负极继电器闭合.此时匕、匕、八测出动力电池工作电压，且有匕=匕=匕通过三个电压测收模块共同测品来确定动力电池充放电状态.并能正确测盘动力电池电压和外部充电线路电压电池包电压主螯的故障现象有：电池包电压过压、欠压和电压异常电池包过压的现象为高压检测到电池包电压大于某阈值.欠乐的现象为电池包电压小于某两值,电池包总电压异W睡学习情境3动力电池的检测样表现为总电压值大于单节电池电压值与数出的乘积：以上情况一旦出现.BMU将会更新故障标志,并且根据相应的

6、故隙等级对故障码进行存储以及点亮故障警报灯,同时采取相应的故障解决措施己，电池模组的电压测量电池模组电压采集目前有两种方式，一种是通过搭建电压采集电路进行采集,另一种是通过专用电压采集芯片搭建电压采集电路主要有两种常用的方法,即共模测员法和差模测盘法共模测H是相对于同一参考点.采用精密电阻等距比例衰减之后JW量各点的电压.也就是先采集第节电池的总电乐再采集第+1节电池的总电压.最后相减得到每节电池的电压,其原理如图3-2-2所示,这种方法原理虽然简单,但是测ht的精确度不高RiSl图3-2-2 共模测量法片模酒1让是通过继电器选通单体电池直接进行测量.此方法采集精度比较高但电路比较发杂,其原理

7、图如图3-2-3所示图3-2-3差模测法任务2动力电池的状态监测很多大型半体器件生产企业面向电动汽车电池管理系统开发出专用的芯片，目前市场上有多款电池管理系统数据采集.用芯片,选用专用集成芯片叮搭建电压采集电路相比.电路得到了很大的简化.降低了电路设计的纪杂程度,而且其安全性和稳定性较好测法精度高。电池模组主要的故障现象仃：电池组电压过压,电池组电压欠以及电池模块电压异常BMS将会设置固定的采样时间时电池包电压以及电池组电压进行监控并且采用两种安全保护机制：第一种针对电池的欠压.BMS将请求降功率措施：第二种针对电池的严瓶过床欠床,BMS将请求切断高压接触器比亚迪5动力电池模组采用了共模测测什

8、点如图3-2-4所示图3-2-4比亚迪e5动力电池模组的电压测量比亚迪，5的动力电池模组内,每个模组的正负极各引出一个测时端子,用来采集模组内的各个点和负极故线的电压,然后相减得出每个模组的电压二、电泳的冽量电流的采集相比电压而言采集的通道数较少,因为钾.离广电池往往串联使用.各个电池的工作电流相同,只测量中联之后的总电流就可以了I在电流监测时一般将电流信号转换为电压信号,基于此测心方法电流采集主要有基于中联电阻采样和基于雷尔电流传感器采样两种方案前者是在电流流过的主回路中串联采样电阻.该采样电阻阻值极小,精度较高且温漂小,但是存在热损耗和附离问题,如果增加隔离电路会使得电路变得”杂后者是利用

9、很尔效应来检测电流的一种电子元件,可以测量从克流电到几十千赫兹的交流电,测献精度高.灵敏度好学习情境3动力电池的检测电流采集的准确。否不仅会影响Sc）C的估算，还会影响保护方案的设置,对整个电池管理系统的性能及安全性至关重要，电流检测一般有两种方案,一种是电阻检测法.即通过欧姆定律计算电池组的电流，这种方法原理虽然简单,但是由于外部条件的干扰需要做好隔离设计电路比较复杂;另一种方案是通过霍尔电流传感器采集,将电源线穿过霍尔电流传感器.通过电磁应获取电流值电流对于电池的状态估算至关重要，在汽车电子领域对于电流传感器的精度、件棒性、温度漂移和线性度都具有一定的要求，分流器是通过串联于电流通路的微小

10、电阻产生的电压变化来测展电流的设备由于电池包的T.作环境特殊分流器需要在大电流的工况下工作.电阻表面的温度将会影响采样精度所以对于分流器的选型，应该选择低温度漂移、低功率系数和低热电势的产品由于其电压输出值为举伏级别，所以在使用时需要复杂的调理电路，分流器式电流的测Ilt如图3-2-5所示图3-2-5分流器式电流的测量开环霍尔电流传感器采用霍尔直放式原理，电流产生的感应磁场在垂直于电流及磁场的霍尔元件端面上形成霍尔电压。霍尔电压大小与原边电流以及磁感应强度成正比闭环霍尔电流传感器采用碳平衡原理，由希尔元件控制电流流过次级线圈产生磁场补偿当磁平衡时.补偿值可以准确表现实际值。由于闭环式霍尔也流传

11、感器工作状态为零磁通,磁芯的非线性以及磁滞对输出影响较小，所以闭环霍尔的响应时间以及精度较开环霍尔更有优势,闭环更适用于小电流的检测,但电池包在现实工况中将通过百安量级的电流。比亚迪电流i则珏采用开环霍尔电流传感器.传感器安装于高压电控总成内部,如图3-2-6所示圈内部分。磁通门传感器利用高磁导率、易饱和的线束铁芯在交变磁场的激励下，磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测显弱磁场,从而达到测量电流的目的。磁通门电流传感器优势在于无偏移误差、高精度、低线性误差以及完全的电隔离。磁通门传感器多用于混合动力以及新能源汽车电池包,传统的铅酸电池以及电池管理系统的精确测址模块，用于更精确的电池状态的输出。

12、在汽车级别的应用中,器件供应商在传感器中嵌入CAN模块,可以通过CAN通信直接传送被测电流值.在本课题中.鉴于成本以及测量精度,母线电流的检测使用磁通门式电流传感器,出于功能安全的考虑，本系统还增加了冗余的宿尔电流传感器：100任务2动力电池的状态监测图3-2-6比亚迪e5电潦传感器）电池包由多个模组串联而成.模组内会有多节串联的电池组，单个电池组由多个电芯并联电池系统电压电流采样的基本结构如图3-2-7所示电池包中,每个模组都会有一个CMU检测以及控制，CMU内部的模拟前端会采集各模组内部电池组电压和模组电压,电池包高压部分检测由BMU执行,电池系统H _三一士三整车回路 高压僮线图3-2-

13、7电池系统电压、电流采样的基本结构!高压年线IOl学习情境3动力电池的检测三、温度的养第图3-2-8北汽EV160动力电池温度传感1温度时电池的性能影响很大,温度过高将会导致电池的外壳破裂，发生爆炸等安全事故；温度过低会使得电池的电解液凝固,电池的充放电就无法正常进行.所以电池需要在一定的温度范围内才能够正常匚作温度监测对于电池的安全保护、SoC估弟、电池热管理都仃十分布要的意义。例如对SOC进行估算时,不同的温度下电池所能放出的电Jft是不相同的,必须充分考虑到温度因索对其结果的影响常见的温度采集方法有：(1)热敏电阻方式。热敏电阻也最常用的采集温度的方式，其电阻值随着温度几乎是线性的变化,

14、通过阻他的变化即可判断温度的变化C(2)DSI8B2O方式:DS18B20是常用的一种芯片级的温度传感器,采用总线的方式能够使个控制器同时连接多个传感器,降低了连线的复杂程度(3)采用专用的一体化芯片有些专门针对电池管理设计的芯片同时集成J电压、电流、温度的采集功能当前市场上多数BMS不JL备检测所有总体电池电芯温度的功能，一般只是检洒电池模块或电池模组的温度但是从技术角度上考虑,采集每支电池的电芯温度都作常币:要电池连接松动、使用不当、内部出现故障等情况下.很重要的表现就是温度上升,通过检测每支电池的电芯温度可以实时广解电池运行情况.提供异常报警，避免发生小故大部分电动汽乍采用DSI8B20

15、芯片作为温质传感器监测电池温度.如图3-2-8所示温度传感器安装在年个动力电池模组斛面，通过螺怆压紧在电池组外壳拆下的温度传感器如图3-2-9所示图3-2-9中.红色线为传感器提供电源,黑色为搭铁线.蓝色为信号线电池温度信号通过蓝色信号线输入总线,通过总线传递给BMSu常使用的DS18B20如图3-2-10所示DSI8B20数字温度传感器接线方便,用装成后可应用于多种场合.耐磨耐破,体积小.使用方便,封装形式多样.适用于各种狭小空间设备数字测温和控制饭域通过厂商专用的软件,可以读出BMS中动力电池的温度数据比亚迪5每个模组内安装3个温度传感器,如图3-2-11圈内所示学习情境3动力电池的检测图

16、3-2-11比亚迪e5电池模组内的温度传感器故融器不怒检测根据之前的危害分析风险评估,当整车遇到过电流、欠压或过温度等状况时.需要电池管理系统发出切断接触器的指令,保证电池包以及交通参,J齐的安全。但是在现实I.况F,接触器会发生粘连以及无法吸合的情况,所以在设计过程中需要对接触器的第动线圈回路以及接触器端电压进行诊断,以反馈接触器按照正确的指令执行相对应的操作。当BMS发出断开接触器信号后,主控制单元将会检测接触器触点的电压.压差超过某阈值表示接触器状态正常,压差低于某阈值表示接触器可能粘连：电池管理系统发出闭合接触器指令后.主控通元也会检测接触器两端的电压,电压小于某阈值表示接触器正常闭合

17、压差大于某闷值时表示接触器不能正常吸合。除了诊断接触器两端电压.本系统也拥有线圈回路的诊断功能：接触器线圈回路的控制以及诊断使用高低边驱动模块高边!双动芯片模块具有诊断以及保护电路的功能,包含MoSFET的开通关断信号、阴动电压的输入输出以及状态回读信号而边阴动(HighSideDriver,HSD)可根据输入信号的高低、状态回读信号以及输出的电压值来区分正常作状态、过温、欠压、过我或齐对地短路、输入输出短路以及接触器开路等工作状态,智能低边阴动(LowSideDriver.LSD)芯片也具备逻辑输入、输入保护、过载保护、过压保护以及断路保护等功能通过输入信号标志以及输出电压,低端舸动能够诊断

18、出接触器正常工作状态接触器张动开路以及接触器驳动短到地等情况。对于驳动控制资源不足的情况,一般采用多个接触器复用同一高边驱动并且各自使用不同的低边业动图3-2-12中,供电电压是12V,接触器共用HSD这种情况下,诊断棍盖率将会有局限性，如果HSD、ISDl以及LSD2均正常,那么接触器2断开的故障将诊断不HL如果HSD与LSPI正常.LSD短接到地将诊断不出对底盘地的电阻决定，无论哪一侧发生对地短路.电阻值越小意味着电流越大,当电流超过人体的安全阈值时,将会发生触电危险。为了减小相关人员的触电风险,电池包系统需要设计绝缘检测电路,如果计算后的绝缘电阻低于500QV,BMS需要向VCU发出报警

19、的谛求“绝缘电阻值过低时BMS需要向VCU发送切断接触器的请求。图3-2-13所示为绝缘检测原理图.BMU将根据绝缘检测策略,计算电池系统绝缘电阻值,并且通过CAN通信的方式发送至VCURP和8分别是母线正极和负极对地绝缘电阻值。但是在现实情况中.仆和心并非真实存在的电阻。高压系统绝缘RlBMU绝缘依潸电路学习情境3动力电池的检测六、高压互锁检加高压互锁(HighVoliagelnerlp,HVlL)用于判断整个车载高压系统的完整性.在电动汽车整车系统中,判断高压电气件的连接状态是玳要环节,如果高压系统回路断开或者高压回路不完整,将会发生高压裸露.电池包输入输出功率下降和连接器烧结等情况,对电

20、池包以及整乍系统的安全性造成修响高压互锁回路的输出源既可以是BMS.也可以是整车控制器源电路位于BMS上的绝缘检测,要求车辆其他高压部件提供互锁接UBMU的主控芯片将会发出占空比为50%的脉冲宽度调制(PulseWidlhModulation.PWM)信号,此信号将通过高压互锁回路的每个节点,，当有连接器状态异常.HVIL网路开路.HMU捕获不到有效的INM信号时,BMl将会向整车控制器发出HVIL失效的警告如果BMU接收的PWM信号波形的占空比与发送的PWM信号占空比相差在10%之内.则HMu将会认为这是正常的干扰或者捕获偏差.HVIL处于正常匚作状态如果BMlJ检测到占空比比输入的PWv信

21、号波形占空比大于60%,则高压互债I可路，电源短路或者断路、如果BMlJ检测到占空比比输入的PNM信号波形占空比小于40%,则高乐互锁Wl路对地短路。刻于以上两种情况.BMU将会在内存里记录相应的故障代码,并且点亮相应的故障灯.并且在电动汽乍行车之前静止吸合高压接触器HVlL的硬件主要通过连接器与线束的连接实现.如图3-2-14所示,在整车高压同路的各个连接器中,用低压线小联起所需要监控的连接器,并最后回到主控加元,以此来实时检测各个部件的连接状态。HVlL将由BMU产生预定占空比的脉宽调制波,通过整个高压回路后再回到BMU,如果BMU检测到PWM波的占空比不符合预期.BMU将会向VCU发出切断高压接触器的指令，直至该故障排除,接触器才能而新吸合整车离质系统电池系统-反 -高质互候输出电池 低压 连接 器高加互锁输入脉宽谓制波超压互校喻出上控制年元离玉瓦锁输入高 任 Ii 锁电池高压连接器维rs开关图3-2-14高压互锁原理示意图106交流充电口