动力锂离子电池PACK总成由什么系统组成?

2021-08-17      2553 次浏览

在讲动力锂离子电池PACK制造技术之前,我们可以简单了解下,动力锂离子电池PACK总成由什么系统组成,每个系统又由什么零件组成?


目前,汽车用动力锂离子电池基本上由以下5个系统组成:


1)动力锂离子电池模块;


2)结构系统;


3)电气系统;


4)热管理系统;


5)bMS;


为了让大家更直观的了解电池PACK,以奥迪A3Sportback-etron混合动力车的PACK为例。


因为新能源动力锂离子电池这个圈子太小,笔者自家的电池PACK就不(害)要(羞)秀了。


因此,在产品开发前期,E-bOM中的零件层级就是按照上述几个系统分类的。


说到E-bOM,笔者简单讲解下E-bOM和M-bOM两者的差别(很多工程师分不清)。


1)E-bOM:Engineer-billofmaterial工程零件清单,紧要是产品设计部门将总成做成爆炸图,且炸到零件的最小层级,然后将子零件进行分类后逐一编制零件号,最后形成的一张清单。


一般公司工程部都有专门的E-bOM工程师,因为产品零件由于各种原由(比如产品质量改进,VAVE等),常常要更改零件号,维护零件状态,并告知相关部门,因此要专门的工程师来维护E-bOM。


2)M-bOM:Manufacture-billofmaterial制造零件清单,紧要是制造部门依据现场的总成装配情况,确定要什么实物零件(参考E-bOM中的零件),然后将实物零件进行汇总,形成的一张清单。


通常M-bOM由工艺工程师来负责编制,维护及更新。物流部门的物料拉动是依据M-bOM来拉动的。


M-bOM来源于E-bOM,但是不等同于E-bOM。


说到这,估计有的人还是有点懵。别急,笔者拿模组举个栗子之后,就清楚了。


总而言之,E-bOM关注的是产品设计结构中的零件,而M-bOM关注的是制造现场的实物。以上述模块系统为例,在E-bOM中其实是有4个零件,4个零件号,但是倘若模块系统全部由模块供应商供应,那么在M-bOM中就惟有1个总成零件,1个零件号。倘若上述的CMU和螺栓均是在电池PACK厂完成装配,那么PACK的M-bOM中就有3种零件,3个零件号。


不多扯了,有点跑题了。回到本文的正题。


1)动力锂离子电池模块系统


这个不用多说,倘若把电池PACK比作一个人体,那么模块就是“心脏”,负责储存和释放能量,为汽车供应动力。


2)结构系统


结构系统紧要由电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成,可以看作是电池PACK的“骨骼”,起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护(防水防尘)的用途。


3)电气系统


电气系统紧要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束可以看作是电池PACK的“大动脉血管”,将动力锂离子电池系统心脏的动力不断输送到各个要的部件中,低压线束则可以看作电池PACK的“神经网络”,实时传输测试信号和控制信号。


4)热管理系统


热管理系统紧要有4类:风冷、水冷、液冷、相变材料。以水冷系统为例,热管理系统紧要由冷却板,冷却水管、隔热垫和导热垫组成。热管理系统相当于是给电池PACK装了一个空调。


有的人会问,为甚么电池要热管理系统?其实很简单,因为电池充放电的过程实际上就是化学反应的过程,化学反应会释放大量的热量,要将热量带走,让电池处于一个合理的工作温度范围内,以提高电池的寿命和可靠性。


5)bMS


bMS:batterymanagementsystem电池管理系统,可以看作是电池的“大脑”。紧要由CMU和bMU组成。


CMU:CellmonitorUnit单体监控单元,负责测量电池的电压、电流和温度等参数,同时还有均衡等功能。(上图的模组图片右端的绿色电路板即CMU)。当CMU测量到这些数据后,将数据通过前面讲到的电池“神经网络”传送给bMU。


bMU:batterymanagementUnit电池管理单元。


负责评估CMU传送的数据,倘若数据异常,则对电池进行保护,发出降低电流的要求,或者切断充放电通路,以戒备电池超出许可的使用条件,同时还对电池的电量、温度进行管理。依据先前设计的控制策略,判断要警示的参数和状态,并且将警示发给整车控制器,最终传达给驾驶人员。


顺带说下:


为甚么Tesla短短几年就能站在新能源汽车行业的巅峰?其出身既非电池加工商,又不是传统汽车加工商。很大的原由就在于其强大的软件和电子工程团队开发的bMS。


从新款沃蓝达bMS架构看将来bMS发展趋势


目前大部新能源车型,bMS架构采用主从结构,主板和从板的各自的功能基本同质化,想从功能上突出bMS的亮点,越来越困难,bMS非得走精细化管理才能在在这个白热化市场坚持下来。


从板紧要功能:


·cell单体电压采集


·Cell单体温度采集;busbar温度采集


·均衡


·相关诊断功能


主板的紧要功能:


·SOx估算


·热管理


·继电器控制及诊断


·绝缘测试


·HVIL测试


·电池保护


在youtube上一直关注weberstate的内容,最近更新了一个2018款沃蓝达电池高压系统的讲解视频,有很多有意思的内容,两个多小时。个人对bMS的电气系统比较感兴致,将其中的一些内容做了一个简单的笔记。下面这个图是Volt的bMS控制器,GM叫做batteryEnergyControlModule(bECM)。GM的bECM有8个连接器,#1-6接入电芯采样信号(2018款Volt电池组2p96s,采样线路采用柔性线路板);#7连接器接入电流采样信号及7个温度采样信号;#8连接器接入整车CAN,GMLine,12Vpower/Gound,钥匙点火信号。


下面这张图是bECM在电池组中的位置


下图是batteryrealyassembly的正面,校长在他的一篇文章里面有具体的解析。这里我谈谈低压的信号接口,最下一排灰色的连接器的输入信号有所有继电器的控制信号,整车CAN信号,高压互锁信号(HVIL)。这个连接器与Volt混合动力控制器HPCM(hybirdpowertraincontrolmodule)相连。


黑色的连接器的输入信号有GMLine,12Vpower/ground,auxiliaryheater控制信号(这个auxillaryheater阻值17.2欧姆,笔直用355V电池组供电,加热功率大概7kW左右)。


这个是batteryrealyassembly背面,下面的黑色连接器有电流采样,温度采样,最下面的一个连接器与bECM连接。


GM的这个bMS架构,将部分传统bMS功能集成了HPCM中,如继电器控制,绝缘测试还有HVIL测试等,bMS只保留了基本的功能,cell单体采样,温度采样,电流采样,SOx等功能。从这个视频中,还没有看到继电器等高压采样信号是由bECM负责还是HPCM负责,这关系到继电器粘连诊断,继电器状态确定等功能,不清楚GM是怎么解决这部分功能的。


站在更高的角度看,主机厂可以将不同的功能分配给不同的控制器,比如继电器控制,可以分配给bMS也可以分配给整车控制器或者混和动力控制器,不同的主机厂集成能力不相同,考虑问题的角度也不相同。


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