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動(dòng)力鋰離子電池PACK總成由什么系統(tǒng)組成?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2564次  |  2021年08月17日  

在講動(dòng)力鋰離子電池PACK制造技術(shù)之前,我們可以簡(jiǎn)單了解下,動(dòng)力鋰離子電池PACK總成由什么系統(tǒng)組成,每個(gè)系統(tǒng)又由什么零件組成?


目前,汽車用動(dòng)力鋰離子電池基本上由以下5個(gè)系統(tǒng)組成:


1)動(dòng)力鋰離子電池模塊;


2)結(jié)構(gòu)系統(tǒng);


3)電氣系統(tǒng);

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

4)熱管理系統(tǒng);


5)bMS;


為了讓大家更直觀的了解電池PACK,以?shī)W迪A3Sportback-etron混合動(dòng)力車的PACK為例。


因?yàn)樾履茉磩?dòng)力鋰離子電池這個(gè)圈子太小,筆者自家的電池PACK就不(害)要(羞)秀了。


因此,在產(chǎn)品開發(fā)前期,E-bOM中的零件層級(jí)就是按照上述幾個(gè)系統(tǒng)分類的。

無人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

說到E-bOM,筆者簡(jiǎn)單講解下E-bOM和M-bOM兩者的差別(很多工程師分不清)。


1)E-bOM:Engineer-billofmaterial工程零件清單,緊要是產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門將總成做成爆炸圖,且炸到零件的最小層級(jí),然后將子零件進(jìn)行分類后逐一編制零件號(hào),最后形成的一張清單。


一般公司工程部都有專門的E-bOM工程師,因?yàn)楫a(chǎn)品零件由于各種原由(比如產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn),VAVE等),常常要更改零件號(hào),維護(hù)零件狀態(tài),并告知相關(guān)部門,因此要專門的工程師來維護(hù)E-bOM。


2)M-bOM:Manufacture-billofmaterial制造零件清單,緊要是制造部門依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的總成裝配情況,確定要什么實(shí)物零件(參考E-bOM中的零件),然后將實(shí)物零件進(jìn)行匯總,形成的一張清單。


通常M-bOM由工藝工程師來負(fù)責(zé)編制,維護(hù)及更新。物流部門的物料拉動(dòng)是依據(jù)M-bOM來拉動(dòng)的。


M-bOM來源于E-bOM,但是不等同于E-bOM。


說到這,估計(jì)有的人還是有點(diǎn)懵。別急,筆者拿模組舉個(gè)栗子之后,就清楚了。


總而言之,E-bOM關(guān)注的是產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的零件,而M-bOM關(guān)注的是制造現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物。以上述模塊系統(tǒng)為例,在E-bOM中其實(shí)是有4個(gè)零件,4個(gè)零件號(hào),但是倘若模塊系統(tǒng)全部由模塊供應(yīng)商供應(yīng),那么在M-bOM中就惟有1個(gè)總成零件,1個(gè)零件號(hào)。倘若上述的CMU和螺栓均是在電池PACK廠完成裝配,那么PACK的M-bOM中就有3種零件,3個(gè)零件號(hào)。


不多扯了,有點(diǎn)跑題了。回到本文的正題。


1)動(dòng)力鋰離子電池模塊系統(tǒng)


這個(gè)不用多說,倘若把電池PACK比作一個(gè)人體,那么模塊就是“心臟”,負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和釋放能量,為汽車供應(yīng)動(dòng)力。


2)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)


結(jié)構(gòu)系統(tǒng)緊要由電池PACK上蓋、托盤、各種金屬支架、端板和螺栓組成,可以看作是電池PACK的“骨骼”,起到支撐、抗機(jī)械沖擊、機(jī)械振動(dòng)和環(huán)境保護(hù)(防水防塵)的用途。


3)電氣系統(tǒng)


電氣系統(tǒng)緊要由高壓跨接片或高壓線束、低壓線束和繼電器組成。高壓線束可以看作是電池PACK的“大動(dòng)脈血管”,將動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)心臟的動(dòng)力不斷輸送到各個(gè)要的部件中,低壓線束則可以看作電池PACK的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”,實(shí)時(shí)傳輸測(cè)試信號(hào)和控制信號(hào)。


4)熱管理系統(tǒng)


熱管理系統(tǒng)緊要有4類:風(fēng)冷、水冷、液冷、相變材料。以水冷系統(tǒng)為例,熱管理系統(tǒng)緊要由冷卻板,冷卻水管、隔熱墊和導(dǎo)熱墊組成。熱管理系統(tǒng)相當(dāng)于是給電池PACK裝了一個(gè)空調(diào)。


有的人會(huì)問,為甚么電池要熱管理系統(tǒng)?其實(shí)很簡(jiǎn)單,因?yàn)殡姵爻浞烹姷倪^程實(shí)際上就是化學(xué)反應(yīng)的過程,化學(xué)反應(yīng)會(huì)釋放大量的熱量,要將熱量帶走,讓電池處于一個(gè)合理的工作溫度范圍內(nèi),以提高電池的壽命和可靠性。


5)bMS


bMS:batterymanagementsystem電池管理系統(tǒng),可以看作是電池的“大腦”。緊要由CMU和bMU組成。


CMU:CellmonitorUnit單體監(jiān)控單元,負(fù)責(zé)測(cè)量電池的電壓、電流和溫度等參數(shù),同時(shí)還有均衡等功能。(上圖的模組圖片右端的綠色電路板即CMU)。當(dāng)CMU測(cè)量到這些數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)通過前面講到的電池“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”傳送給bMU。


bMU:batterymanagementUnit電池管理單元。


負(fù)責(zé)評(píng)估CMU傳送的數(shù)據(jù),倘若數(shù)據(jù)異常,則對(duì)電池進(jìn)行保護(hù),發(fā)出降低電流的要求,或者切斷充放電通路,以戒備電池超出許可的使用條件,同時(shí)還對(duì)電池的電量、溫度進(jìn)行管理。依據(jù)先前設(shè)計(jì)的控制策略,判斷要警示的參數(shù)和狀態(tài),并且將警示發(fā)給整車控制器,最終傳達(dá)給駕駛?cè)藛T。


順帶說下:


為甚么Tesla短短幾年就能站在新能源汽車行業(yè)的巔峰?其出身既非電池加工商,又不是傳統(tǒng)汽車加工商。很大的原由就在于其強(qiáng)大的軟件和電子工程團(tuán)隊(duì)開發(fā)的bMS。


從新款沃藍(lán)達(dá)bMS架構(gòu)看將來bMS發(fā)展趨勢(shì)


目前大部新能源車型,bMS架構(gòu)采用主從結(jié)構(gòu),主板和從板的各自的功能基本同質(zhì)化,想從功能上突出bMS的亮點(diǎn),越來越困難,bMS非得走精細(xì)化管理才能在在這個(gè)白熱化市場(chǎng)堅(jiān)持下來。


從板緊要功能:


·cell單體電壓采集


·Cell單體溫度采集;busbar溫度采集


·均衡


·相關(guān)診斷功能


主板的緊要功能:


·SOx估算


·熱管理


·繼電器控制及診斷


·絕緣測(cè)試


·HVIL測(cè)試


·電池保護(hù)


在youtube上一直關(guān)注weberstate的內(nèi)容,最近更新了一個(gè)2018款沃藍(lán)達(dá)電池高壓系統(tǒng)的講解視頻,有很多有意思的內(nèi)容,兩個(gè)多小時(shí)。個(gè)人對(duì)bMS的電氣系統(tǒng)比較感興致,將其中的一些內(nèi)容做了一個(gè)簡(jiǎn)單的筆記。下面這個(gè)圖是Volt的bMS控制器,GM叫做batteryEnergyControlModule(bECM)。GM的bECM有8個(gè)連接器,#1-6接入電芯采樣信號(hào)(2018款Volt電池組2p96s,采樣線路采用柔性線路板);#7連接器接入電流采樣信號(hào)及7個(gè)溫度采樣信號(hào);#8連接器接入整車CAN,GMLine,12Vpower/Gound,鑰匙點(diǎn)火信號(hào)。


下面這張圖是bECM在電池組中的位置


下圖是batteryrealyassembly的正面,校長(zhǎng)在他的一篇文章里面有具體的解析。這里我談?wù)劦蛪旱男盘?hào)接口,最下一排灰色的連接器的輸入信號(hào)有所有繼電器的控制信號(hào),整車CAN信號(hào),高壓互鎖信號(hào)(HVIL)。這個(gè)連接器與Volt混合動(dòng)力控制器HPCM(hybirdpowertraincontrolmodule)相連。


黑色的連接器的輸入信號(hào)有GMLine,12Vpower/ground,auxiliaryheater控制信號(hào)(這個(gè)auxillaryheater阻值17.2歐姆,筆直用355V電池組供電,加熱功率大概7kW左右)。


這個(gè)是batteryrealyassembly背面,下面的黑色連接器有電流采樣,溫度采樣,最下面的一個(gè)連接器與bECM連接。


GM的這個(gè)bMS架構(gòu),將部分傳統(tǒng)bMS功能集成了HPCM中,如繼電器控制,絕緣測(cè)試還有HVIL測(cè)試等,bMS只保留了基本的功能,cell單體采樣,溫度采樣,電流采樣,SOx等功能。從這個(gè)視頻中,還沒有看到繼電器等高壓采樣信號(hào)是由bECM負(fù)責(zé)還是HPCM負(fù)責(zé),這關(guān)系到繼電器粘連診斷,繼電器狀態(tài)確定等功能,不清楚GM是怎么解決這部分功能的。


站在更高的角度看,主機(jī)廠可以將不同的功能分配給不同的控制器,比如繼電器控制,可以分配給bMS也可以分配給整車控制器或者混和動(dòng)力控制器,不同的主機(jī)廠集成能力不相同,考慮問題的角度也不相同。


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