比亞迪e5電動汽車動力電池及其控制技術(shù)淺析

卞云松

（江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 225101)

隨著機(jī)動車數(shù)量大幅增加，帶來了能源緊張及空氣污染等嚴(yán)重問題。純電動汽車能實現(xiàn)行駛過程的零排放和低能耗，因此汽車的電動化已成為汽車工業(yè)發(fā)展的一個方向。本文以比亞迪e5車型為例，介紹純電動汽車動力電池組及其控制技術(shù)[1]。

1 動力鋰電池種類及優(yōu)缺點

鋰電池的比容量及使用壽命等指標(biāo)要好于鉛酸蓄電池和鎳氫電池，可有效降低動力電池組的質(zhì)量，在純電動汽車上得到廣泛使用。鋰電池發(fā)展經(jīng)歷了由鈷酸鋰和錳酸鋰階段，直到現(xiàn)在常用的磷酸鐵鋰和三元聚合物鋰電池，安全性和穩(wěn)定性得到大幅提高。如表1所示為各類鋰電池性能比較表。

表1 各類鋰離子電池性能比較

特斯拉電動汽車主要使用的是三元聚合物鋰電池，是使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池。與磷酸鐵鋰電池相比，三元鋰電池的比能量要高很多，但其熱穩(wěn)定性、安全性較磷酸鐵鋰電池差，對電池管理系統(tǒng)要求較高。

比亞迪e5純電動汽車，采用磷酸鐵鋰電池供電。磷酸鐵鋰電池的正極材料是磷酸鐵鋰，負(fù)極是石墨，隔膜由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）材料構(gòu)成，形成PP/PE/PP三層隔膜，其間充滿六氟磷酸鋰有機(jī)電解溶液（電解液對人具有腐蝕性并且可燃）。磷酸鐵鋰電池主要優(yōu)點在于循環(huán)使用壽命相對較長、發(fā)熱量低、熱穩(wěn)定性好、成本較低及安全性好[2]。

2 比亞迪e5動力電池結(jié)構(gòu)簡介

比亞迪e5動力電池由13個電池模組串聯(lián)而成，每個模組內(nèi)部有單體電池，每個單體電池的標(biāo)稱電壓是3.2 V，電池總電壓可以達(dá)到633.6 V，容量為75 Ah。動力電池供電，續(xù)航里程可達(dá)250～300 km，0～100 km/h加速小于14 s，最高車速可以達(dá)到130 km/h。

動力電池組高壓正負(fù)極，分別由13號電池模組的正極和1號電池模組的負(fù)極引出。內(nèi)部還有4個接觸器（正極接觸器、負(fù)極接觸器以及2個分壓接觸器）、2個熔絲以及動力電池信息采集器BIC等。電池信息采集器主要功能是電池溫度采樣、電壓采樣、電池均衡和采樣線異常檢測等。動力電池采樣線的主要功能是連接電池管理控制器和電池信息采集器，實現(xiàn)二者之間的通訊及信息交換。

3 高壓電控總成

比亞迪e5高壓電控總成主要由電機(jī)控制器、高壓配電箱、高壓直流電轉(zhuǎn)化低壓直流電的DC-DC、車載充電機(jī)和漏電傳感器組成。高壓電控總成外部組成部分為：交流、直流充電輸入高壓線；到永磁同步電動機(jī)的三相交流輸出高壓線；電動空調(diào)高壓線；動力電池包高壓直流輸入；64PIN和33PIN低壓接插件；冷卻水管進(jìn)出口等（圖1）。內(nèi)部組成部分為：銅排連接片；接觸器；漏電傳感器；預(yù)充電阻等[3]。接觸器主要組成部分為：直流充電接觸器；交流充電接觸器；預(yù)充接觸器；主接觸器。均由動力電池管理器控制，進(jìn)行有效和安全地充放電。

其主要功能為：控制高壓交流與直流電雙向逆變，驅(qū)動永磁電機(jī)運轉(zhuǎn)（VTOG）；由動力電池管理器控制，實現(xiàn)充、放電功能（車載充電器）；實現(xiàn)高壓直流電轉(zhuǎn)化低壓直流電(DC-DC)，為整車低壓電器系統(tǒng)蓄電池提供13 V充電電壓；實現(xiàn)整車高壓回路配電功能以及高壓漏電檢測功能（高壓配電箱和漏電傳感器控制單元）；直流充電升壓功能；CAN通信、故障處理紀(jì)錄、在線CAN燒寫以及自檢等功能。

圖1 比亞迪e5高壓電控總成外觀

4 動力電池管理系統(tǒng)BMS

動力電池管理控制器英文名稱為Batty Management system，簡稱BMS。BMS的主要功能有充放電管理、接觸器控制、功率控制、動力電池異常狀態(tài)報警和保護(hù)、預(yù)測動力電池的荷電(存電)狀態(tài)SOC和剩余行駛里程、自檢以及通訊等。BMS的主要工作原理是，數(shù)據(jù)采集電路首先采集動力電池、高壓電路等狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，傳送給BMS電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，對系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能控制單元和執(zhí)行部件發(fā)出控制指令，并向外界傳遞信息[4]。

BMS與高壓電控總成配合，通過控制高壓電控總成和動力電池包內(nèi)部多個接觸器，實現(xiàn)對巨大電流有效、安全的控制。通過BMS可以實現(xiàn)多重高壓安全保護(hù)，比如漏電斷高壓保護(hù)、碰撞斷高壓電保護(hù)、高壓互鎖保護(hù)、主動泄放保護(hù)、5 s內(nèi)把預(yù)沖電容電壓降到≤60.0 V的迅速釋放危險電能以及被動泄放保護(hù)（作為主動泄放失效的二重保護(hù)）。

高壓互鎖保護(hù)是確保在高壓系統(tǒng)某部分被斷接或暴露的情況下，車輛高壓系統(tǒng)能夠立刻斷開，防止由于連接松動或斷路造成人員與車輛出現(xiàn)安全事故[5]。比亞迪e5的高壓互鎖保護(hù)工作原理是通過在低壓電路中串聯(lián)互鎖常閉觸點，常閉觸點在高壓插接件內(nèi)。在某路高壓電插接件松動或脫落時，高壓斷路，低壓常閉觸點斷開，串聯(lián)回路也跟著斷開。這樣BMS檢測到后，通過控制多路接觸器，主動斷開高壓電路，確保人員與車輛安全（圖2）。

圖2 高壓互鎖電氣原理圖

5 結(jié)束語

純電動汽車中所使用的動力電池組工作電壓高，停車斷電后，電池組內(nèi)仍有高壓電存在。因此，技術(shù)人員在操作時一定要做到熟悉高壓電路、正確使用防護(hù)設(shè)備并按標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行操作。在對電動汽車高壓電系統(tǒng)和動力電池包修理過程中，從診斷、維修、拆卸、搬運、儲存和廢棄處理等過程，相關(guān)人員一定要一絲不茍，小心謹(jǐn)慎，避免觸電或造成動力電池組及車輛的損壞。