鉅大LARGE | 點擊量:1627次 | 2020年08月10日
動力鋰電池PACK總成由什么系統(tǒng)組成?
在講動力鋰電池PACK制造技術(shù)之前,我們可以簡單了解下,動力鋰電池PACK總成由什么系統(tǒng)組成,每個系統(tǒng)又由什么零件組成?
目前,汽車用動力鋰電池基本上由以下5個系統(tǒng)組成:
1)動力鋰電池模塊;
2)結(jié)構(gòu)系統(tǒng);
3)電氣系統(tǒng);
4)熱管理系統(tǒng);
5)BMS;
為了讓大家更直觀的了解電池PACK,以奧迪A3Sportback-etron混合動力車的PACK為例。
因為新能源動力鋰電池這個圈子太小,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中的零件層級就是按照上述幾個系統(tǒng)分類的。
說到E-BOM,筆者簡單講解下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,重要是產(chǎn)品設(shè)計部門將總成做成爆炸圖,且炸到零件的最小層級,然后將子零件進行分類后逐一編制零件號,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,因為產(chǎn)品零件由于各種原因(比如產(chǎn)品質(zhì)量改進,VAVE等),經(jīng)常要更改零件號,維護零件狀態(tài),并告知相關(guān)部門,因此要專門的工程師來維護E-BOM。
2)M-BOM:Manufacture-Billofmaterial制造零件清單,重要是制造部門根據(jù)現(xiàn)場的總成裝配情況,確定要什么實物零件(參考E-BOM中的零件),然后將實物零件進行匯總,形成的一張清單。
通常M-BOM由工藝工程師來負責(zé)編制,維護及更新。物流部門的物料拉動是根據(jù)M-BOM來拉動的。
M-BOM來源于E-BOM,但是不等同于E-BOM。
說到這,估計有的人還是有點懵。別急,筆者拿模組舉個栗子之后,就清楚了。
總而言之,E-BOM關(guān)注的是產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)中的零件,而M-BOM關(guān)注的是制造現(xiàn)場的實物。以上述模塊系統(tǒng)為例,在E-BOM中其實是有4個零件,4個零件號,但是假如模塊系統(tǒng)全部由模塊供應(yīng)商供應(yīng),那么在M-BOM中就只有1個總成零件,1個零件號。假如上述的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個零件號。
不多扯了,有點跑題了?;氐奖疚牡恼}。
1)動力鋰電池模塊系統(tǒng)
這個不用多說,假如把電池PACK比作一個人體,那么模塊就是“心臟”,負責(zé)儲存和釋放能量,為汽車供應(yīng)動力。
2)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
結(jié)構(gòu)系統(tǒng)重要由電池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、抗機械沖擊、機械振動和環(huán)境保護(防水防塵)的用途。
3)電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)重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“大動脈血管”,將動力鋰電池系統(tǒng)心臟的動力不斷輸送到各個要的部件中,低壓線束則可以看作電池PACK的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”,實時傳輸檢測信號和控制信號。
4)熱管理系統(tǒng)
熱管理系統(tǒng)重要有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)重要由冷卻板,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裝了一個空調(diào)。
有的人會問,為何電池要熱管理系統(tǒng)?其實很簡單,因為電池充放電的過程實際上就是化學(xué)反應(yīng)的過程,化學(xué)反應(yīng)會釋放大量的熱量,要將熱量帶走,讓電池處于一個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”。重要由CMU和BMU組成。
CMU:CellmonitorUnit單體監(jiān)控單元,負責(zé)測量電池的電壓、電流和溫度等參數(shù),同時還有均衡等功能。(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。
負責(zé)評估CMU傳送的數(shù)據(jù),假如數(shù)據(jù)異常,則對電池進行保護,發(fā)出降低電流的要求,或者切斷充放電通路,以防止電池超出許可的使用條件,同時還對電池的電量、溫度進行管理。根據(jù)先前設(shè)計的控制策略,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,最終傳達給駕駛?cè)藛T。
順帶說下:
為何Tesla短短幾年就能站在新能源汽車行業(yè)的巔峰?其出身既非電池生產(chǎn)商,又不是傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)商。很大的原因就在于其強大的軟件和電子工程團隊開發(fā)的BMS。
從新款沃藍達BMS架構(gòu)看未來BMS發(fā)展趨勢
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,越來越困難,BMS必須走精細化管理才能在在這個白熱化市場堅持下來。
從板重要功能:
·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
主板的重要功能:
·SOx估算
·熱管理
·繼電器控制及診斷
·絕緣檢測
·HVIL檢測
·電池保護
在youtube上一直關(guān)注weberstate的內(nèi)容,最近更新了一個2018款沃藍達電池高壓系統(tǒng)的講解視頻,有很多有意思的內(nèi)容,兩個多小時。個人對BMS的電氣系統(tǒng)比較感興趣,將其中的一些內(nèi)容做了一個簡單的筆記。下面這個圖是Volt的BMS控制器,GM叫做BatteryEnergyControlModule(BECM)。GM的BECM有8個連接器,#1-6接入電芯采樣信號(2018款Volt電池包2p96s,采樣線路采用柔性線路板);#7連接器接入電流采樣信號及7個溫度采樣信號;#8連接器接入整車CAN,GMLine,12Vpower/Gound,鑰匙點火信號。
下面這張圖是BECM在電池包中的位置
下圖是batteryrealyassembly的正面,校長在他的一篇文章里面有詳細的介紹。這里我談?wù)劦蛪旱男盘柦涌冢钕乱慌呕疑倪B接器的輸入信號有所有繼電器的控制信號,整車CAN信號,高壓互鎖信號(HVIL)。這個連接器與Volt混合動力控制器HPCM(hybirdpowertraincontrolmodule)相連。
黑色的連接器的輸入信號有GMLine,12Vpower/ground,auxiliaryheater控制信號(這個auxillaryheater阻值17.2歐姆,直接用355V電池包供電,加熱功率大概7kW左右)。
這個是batteryrealyassembly背面,下面的黑色連接器有電流采樣,溫度采樣,最下面的一個連接器與BECM連接。
GM的這個BMS架構(gòu),將部分傳統(tǒng)BMS功能集成了HPCM中,如繼電器控制,絕緣檢測還有HVIL檢測等,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。從這個視頻中,還沒有看到繼電器等高壓采樣信號是由BECM負責(zé)還是HPCM負責(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是怎么處理這部分功能的。
站在更高的角度看,主機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力控制器,不同的主機廠集成能力不相同,考慮問題的角度也不相同。