剖析比亞迪e5電動汽車動力電池及其控制技術

2021-01-13 騰訊網

摘要：純電動汽車是由鋰電池輸出電能，採用電動機驅動，具有零排放、結構簡單等特點，是汽車今後發展的一個方向。本文主要介紹了比亞迪e5的動力電池組和其控制系統的結構與工作原理。

隨著機動車數量大幅增加，帶來了能源緊張及空氣汙染等嚴重問題。純電動汽車能實現行駛過程的零排放和低能耗，因此汽車的電動化已成為汽車工業發展的一個方向。本文以比亞迪e5車型為例，介紹純電動汽車動力電池組及其控制技術。

1、動力鋰電池種類及優缺點

鋰電池的比容量及使用壽命等指標要好於鉛酸蓄電池和鎳氫電池，可有效降低動力電池組的質量，在純電動汽車上得到廣泛使用。鋰電池發展經歷了由鑽酸鋰和錳酸鋰階段，直到現在常用的磷酸鐵鋰和三元聚合物鋰電池，安全性和穩定性得到大幅提高。如表1所示為各類鋰電池性能比較表。

特斯拉電動汽車主要使用的是三元聚合物鋰電池，是使用鋰鎳鑽錳三元正極材料的鋰電池。與磷酸鐵鋰電池相比，三元鋰電池的比能量要高很多，但其熱穩定性、安全性較磷酸鐵鋰電池差，對電池管理系統要求較高。

比亞迪e5純電動汽車，採用磷酸鐵鋰電池供電。磷酸鐵鋰電池的正極材料是磷酸鐵鋰，負極是石墨，隔膜由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）材料構成，形成PP/PE/PP三層隔膜，其間充滿六氟磷酸鋰有機電解溶液（電解液對人具有腐蝕性並且可燃）。磷酸鐵鋰電池主要優點在於循環使用壽命相對較長、發熱量低、熱穩定性好、成本較低及安全性好。

2、比亞迪e5動力電池結構簡介

比亞迪e5動力電池由13個電池模組串聯而成，每個模組內部有單體電池，每個單體電池的標稱電壓是3.2 V，電池總電壓可以達到633.6 V，容量為75 Ah。動力電池供電，續航裡程可達250～300 km，0～100 km/h加速小於14s，最高車速可以達到130 km/h。

動力電池組高壓正負極，分別由13號電池模組的正極和1號電池模組的負極引出。內部還有4個接觸器（正極接觸器、負極接觸器以及2個分壓接觸器）、2個熔絲以及動力電池信息採集器BIC等。電池信息採集器主要功能是電池溫度採樣、電壓採樣、電池均衡和採樣線異常檢測等。動力電池採樣線的主要功能是連接電池管理控制器和電池信息採集器，實現二者之間的通訊及信息交換。

3、高壓電控總成

比亞迪e5高壓電控總成主要由電機控制器、高壓配電箱、高壓直流電轉化低壓直流電的DC-DC、車載充電機和漏電傳感器組成。高壓電控總成外部組成部分為：交流、直流充電輸入高壓線；到永磁同步電動機的三相交流輸出高壓線；電動空調高壓線；動力電池包高壓直流輸入；64PIN和33PIN低壓接插件；冷卻水管進出口等（圖1）。內部組成部分為：銅排連接片；接觸器；漏電傳感器；預充電阻等閉。接觸器主要組成部分為：直流充電接觸器；交流充電接觸器；預充接觸器；主接觸器。均由動力電池管理器控制，進行有效和安全地充放電。

其主要功能為：控制高壓交流與直流電雙向逆變，驅動永磁電機運轉（VTOG）；由動力電池管理器控制，實現充、放電功能（車載充電器）；買現高壓直流電轉化低壓直流電（UG-DC），為整車低壓電器系統蓄電池提供13V充電電壓；實現整車高壓迴路配電功能以及高壓漏電檢測功能（高壓配電箱和漏電傳感器控制單元）；直流充電升壓功能；CAN通信、故障處理紀錄、在線CAN燒寫以及自檢等功能。

4、動力電池管理系統BMS

動力電池管理控制器英文名稱為Batty Management system，簡稱BMS. BMS的主要功能有充放電管理、接觸器控制、功率控制、動力電池異常狀態報警和保護、預測動力電池的荷電（存電）狀態SOC和剩餘行駛裡程、自檢以及通訊等。BMS的主要工作原理是，數據採集電路首先採集動力電池、高壓電路等狀態信息數據，傳送給BMS電腦進行數據處理和分析，對系統內的相關功能控制單元和執行部件發出控制指令，並向外界傳遞信息。

BMS與高壓電控總成配合，通過控制高壓電控總成和動力電池包內部多個接觸器，實現對巨大電流有效、安全的控制。通過BMS可以實現多重高壓安全保護，比如漏電斷高壓保護、碰撞斷高壓電保護、高壓互鎖保護、主動洩放保護、5s內把預衝電容電壓降到≤60.0 V的迅速釋放危險電能以及被動洩放保護（作為主動洩放失效的二重保護）。

高壓互鎖保護是確保在高壓系統某部分被斷接或暴露的情況下，車輛高壓系統能夠立刻斷開，防止由於連接鬆動或斷路造成人員與車輛出現安全事故。比亞迪e5的高壓互鎖保護工作原理是通過在低壓電路中串聯互鎖常閉觸點，常閉觸點在高壓插接件內。在某路高壓電插接件鬆動或脫落時，高壓斷路，低壓常閉觸點斷開，串聯迴路也跟著斷開。這樣BMS檢測到後，通過控制多路接觸器，主動斷開高壓電路，確保人員與車輛安全（圖2）。

5、結束語

純電動汽車中所使用的動力電池組工作電壓高，停車斷電後，電池組內仍有高壓電存在。因此，技術人員在操作時一定要做到熟悉高壓電路、正確使用防護設備並按標準流程進行操作。在對電動汽車高壓電系統和動力電池包修理過程中，從診斷、維修、拆卸、搬運、儲存和廢棄處理等過程，相關人員一定要一絲不苟，小心謹慎，避免觸電或造成動力電池組及車輛的損壞。

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