混合动力汽车的整车性能很大程度上依赖于动力蓄电池,高性能、高可靠性的电池管理系统能使电池在各种工作条件下得到最佳的性能,通过蓄电池管理系统(BMS)来实时监测电池状态,如电池电压、充放电电流等,估计电池最大允许充放电电流,以提升电池性能和寿命,提高混合动力汽车的可靠性及安全性根据电动车辆所采用的蓄电池的类型及动力电池组的组合方法,电池组管理系统主要包括热(温度)管理子系统、电池组管理子系统、线路管理子系统,如图2-31所示。
(1)热管理子系统温度是直接影响电池性能和寿命的关键性因素,混合动力汽车上使用的动力电池组在工作时均会有发热现象,不同的蓄电池的发热程度各不相同,有的蓄电池采用自然通风即可满足电池组的散热要求,但有的蓄电池则必须采用强制通风来进行冷却,才能确保电池组正常工作并延长蓄电池的寿命。此外,在混合动力汽车上因为动力电池组的各个蓄电池或各个分电池组布置在车架不同的位置上,各处的散热条件和周围环境均不同,这些差别也会对蓄电池充放电性能和蓄电池的使用寿命造成影响。为了确保每个蓄电池都能有良好的散热条件和环境,将混合动力汽车的动力电池安装在一个强制冷却系统中,使各个蓄电池的温度保持一致或相接近,以及使各个蓄电池的周边环境条件类似。
根据动力电池组在电动车辆上的设置,动力电池组的热管理子系统中,为方便动力电池组或其分组的安装,首先应合理安排动力电池组的支架,要求可以实现机械化装卸,便于各种电线束的连接。在动力电池组的支架位置及形状确定后设计通风管道、风扇、动力电池组ECU和温度传感器等,混合动力汽车上水平布置的温度管理系统如图2-32所示,垂直布置的温度管理系统如图2-33所示。
在某些蓄电池工作时,会产生较高的温度,此时,可充分利用其产生的热量,如用于取暖和给挡风玻璃除霜等,使热量得到管理和应用。
(2)电池组管理子系统 其作用是对电池的组合、安装、充电、放电、电池组中各个电池的不均衡性、电池的热管理以及电池的维护等进行监管,使电池组能够提高工作效率,确保正常运转并达到最佳状态,避免发生电池的过充电和过放电,能够有效延长电池的寿命,以及对动力电池组的安全管理和保洁等。电池组管理子系统主要包括下列几个方面。
①电池的技术性能。不同类型和不同型号、不同使用程度的电池均具有不同的性能,包括电池的容量、工作电压、终止电压、质量、外形尺寸和电池特性(包括记忆特性)等,所以要对动力电池组建立技术档案,实际上即使是同一型号、同一批次的电池,由于制造原因、电解质的浓度差异和使用情况的不同,性能也不尽相同,若将性能差异较大的电池组合在一起,会给整个动力电池组的性能带来影响。因此,在安装电池组之前,需对每个电池进行认真检测,将性能差异不大的电池组成动力电池组②电池状态的管理。混合动力汽车的动力电池组由多个单节电池组成,其基本状态包括在充电与放电时双向作业时的电压、电流、温度、SOC的比例等。在正常情况下动力电池组的电压、电流、温度、SOC的比例等应可以进行双向计算和显示。
因为多种原因在动力电池组中个别电池会出现性能的改变,使动力电池组在充电时无法充足,而在放电时很快将电能放尽,这就要求电池管理系统应能够随时自动检测各个单节电池的状态,当检测出某节电池出现损坏状态时,及时报警,以便将“坏”电池剔出、更换。
③动力电池组的安全管理。动力电池组的总电压能够达到90~400V,如此高的电压对人体会造成危害,应采取有效的隔离措施,通常是将动力电池组与车辆的乘坐区分离,将动力电池组安装在地板下面或车架的两侧,在正常情况下,车辆停止使用时,一般会自动切断电源,只有在混合动力汽车启动时才接通电源,当混合动力汽车发生碰撞或倾覆时,电池管理系统应能迅速切断电源,防止高压电引起的人身事故及火灾,并防止电解液造成的伤害,以确保人身安全。
(3)线路管理子系统 动力电池组是很多节单节电池串联组成的,铅酸蓄电池需要8~32节12V的单节电池串联起来,其他电池需要使用更多单节电池串联而成,为了能够分别安装在混合动力汽车的不同位置处,一般动力电池组上分为多个小的电池组分散进行布置,这样有助于电池组的机械化安装、拆卸和检修。
线路管理子系统管理电池与电池、电池组与电池组之间的线路。当动力电池组的总电压较高时,导线的截面积较小,有助于电线束的连接和固定,但高电压要求有更可靠的防护。
当动力电池组的总电压较低时,电流比较大,线路损耗也非常大,需要的导线截面积也比较大,安装较不方便。在各个电池组之间还需要安装连接导线将各个电池组串联起来,通常在电池组与电池组之间,装有手动或自动断电器,以利于在安装、拆卸和检修时切断电流。此外,在电池管理系统中还有各种传感器线路等,所以在混合动力汽车上有各种各样的电线束,要求电线之间存在可靠的绝缘,并能快速连接。
