第三節 動力蓄電池系統的工作原理

動力蓄電池系統的工作原理包括動力蓄電池內部充電原理、動力蓄電池內部放電原理以及BMS的結構與功能三部分內容。

一、動力蓄電池內部充電原理

動力蓄電池內部充電原理分為如下三種情況。

1．充電之前加熱

（1）充電之前加熱原理 在充電初期，由從控盒監測到每個動力蓄電池組的溫度，并反饋給主控盒。主控盒根據接收到的從控盒反饋來的實時溫度，計算出其最大值和最小值，當監測到電芯溫度低于設定值時，主控盒便控制加熱繼電器閉合，通過加熱元件與加熱熔斷器接通加熱電路對電池進行加熱。

（2）慢充路線 充電樁→車載充電機→高壓插接件→加熱繼電器→加熱元件→加熱熔斷器→高壓插接件→車載充電機→充電樁，形成充電回路，進行加熱，如圖2-2中箭頭所示。

（3）快充路線 非車載充電機→高壓插接件→加熱繼電器→加熱元件→加熱熔斷器，形成充電回路，進行加熱。

2．充電初期預充電

（1）充電初期預充電原理 在充電初期，整車控制器喚醒BMS，BMS進行自檢與初始化，自檢與初始化完成后，上報給整車控制器。整車控制器控制主負繼電器閉合，BMS控制預充繼電器閉合，對各個單體電芯進行預充電。當確定各個單體蓄電池無短路后，BMS將斷開預充繼電器，預充完成。

（2）慢充路線 充電樁→車載充電機→高壓插接件→預充繼電器→預充電阻→動力蓄電池組→主熔斷器→緊急開關→動力蓄電池組→電流傳感器→主負繼電器→高壓插接件→車載充電機→充電樁，形成充電回路，進行預充，如圖2-3中箭頭所示。

（3）快充路線 非車載充電機→預充繼電器→預充電阻→動力蓄電池組→主熔斷器→緊急開關→動力蓄電池組→電流傳感器→主負繼電器→非車載充電機，形成充電回路，進行預充。

3．充電

（1）充電原理 當預充完成后，BMS斷開預充繼電器并閉合主正繼電器，對動力蓄電池組正式進行充電。

（2）慢充路線 充電樁→車載充電機→高壓插接件→主正繼電器→動力蓄電池組→主熔斷器→緊急開關→動力蓄電池組→電流傳感器→主負繼電器→高壓插接件→車載充電機→充電樁，形成充電回路，進行慢充，如圖2-4中箭頭所示。

（3）快充路線 非車載充電機→主正繼電器→動力蓄電池組→主熔斷器→緊急開關→動力蓄電池組→電流傳感器→主負繼電器→非車載充電機，形成充電回路，進行快充。

二、動力蓄電池內部放電原理及絕緣監測

1．動力蓄電池內部放電原理

放電初期需要對各個控制器內部的電容進行預充。整車控制器喚醒BMS，BMS進行自檢與初始化，自檢與初始化完成后上報給整車控制器。整車控制器發出高壓供電指令，BMS開始按順序控制繼電器的閉合與斷開。由于電路中的電機控制器和空調壓縮機控制器等部件均含有電容（若不對電容進行預充，則電容可能在高壓下被擊穿），故在放電模式初期，需要BMS控制預充繼電器閉合，對各個控制器的電容進行低壓與小電流預充，而當電容兩端的電壓接近動力蓄電池的總電壓時，BMS斷開預充繼電器。

預充路線：動力蓄電池組正極端→緊急開關→主熔斷器→電池組正極→預充電阻→預充繼電器→高壓插接件→車載充電機→電機及輔助讀取元件。

2．動力蓄電池的絕緣監測

動力蓄電池BMS具有高壓回路的監測功能，即監測動力蓄電池組與箱體及車體等之間的絕緣情況，如圖2-5所示。其監測路徑是：

1）動力蓄電池組正極端→絕緣監測電阻→絕緣繼電器→搭鐵。

2）動力蓄電池組負極端→絕緣監測電阻→絕緣繼電器→搭鐵。

放電路線：非車載充電機→主正繼電器→動力蓄電池組→主熔斷器→緊急開關→動力蓄電池組→電流傳感器→主負繼電器→非車載充電機，形成充電回路，進行快充。

三、動力蓄電池系統的基本結構

動力蓄電池模組放置在一個密封且屏蔽的動力蓄電池箱內，動力蓄電池系統使用可靠的高壓插接件與高壓控制盒相連。

動力蓄電池輸出的直流電通過電機控制器轉變為三相交流高壓電，驅動電機工作。

四、BMS的功能與拓撲結構

1．BMS的功能

動力蓄電池系統的關鍵部件是電池管理系統（BMS）。BMS的功能是實時采集各個電芯的電壓、各溫度傳感器的溫度值、動力蓄電池系統的總電壓與總電流值等數據，實時監控動力蓄電池的工作狀態；并通過低壓插接件與CAN總線相連，從而與整車控制器或車載充電機進行通信，并對動力蓄電池系統進行充放電等綜合管理。

2．BMS的拓撲結構

圖2-6所示是一種典型的BMS拓撲結構，BMS由主控模塊和從控模塊組成。通過內部CAN總線實現各模塊間及與外部設備間通信。

基于各個模塊的功能，BMS能夠實時檢測動力蓄電池的電壓、電流和溫度等參數。

BMS還能計算動力蓄電池剩余電量、充放電功率及蓄電池容量、健康度、性能狀態（state of health，SOH）從而實現對動力蓄電池包的熱管理、均衡管理及安全保護（過電流保護、過充過放保護、過熱保護及絕緣監測）等功能。