第三节 动力蓄电池系统的工作原理

动力蓄电池系统的工作原理包括动力蓄电池内部充电原理、动力蓄电池内部放电原理以及BMS的结构与功能三部分内容。

一、动力蓄电池内部充电原理

动力蓄电池内部充电原理分为如下三种情况。

1．充电之前加热

（1）充电之前加热原理 在充电初期，由从控盒监测到每个动力蓄电池组的温度，并反馈给主控盒。主控盒根据接收到的从控盒反馈来的实时温度，计算出其最大值和最小值，当监测到电芯温度低于设定值时，主控盒便控制加热继电器闭合，通过加热元件与加热熔断器接通加热电路对电池进行加热。

（2）慢充路线 充电桩→车载充电机→高压插接件→加热继电器→加热元件→加热熔断器→高压插接件→车载充电机→充电桩，形成充电回路，进行加热，如图2-2中箭头所示。

（3）快充路线 非车载充电机→高压插接件→加热继电器→加热元件→加热熔断器，形成充电回路，进行加热。

2．充电初期预充电

（1）充电初期预充电原理 在充电初期，整车控制器唤醒BMS，BMS进行自检与初始化，自检与初始化完成后，上报给整车控制器。整车控制器控制主负继电器闭合，BMS控制预充继电器闭合，对各个单体电芯进行预充电。当确定各个单体蓄电池无短路后，BMS将断开预充继电器，预充完成。

（2）慢充路线 充电桩→车载充电机→高压插接件→预充继电器→预充电阻→动力蓄电池组→主熔断器→紧急开关→动力蓄电池组→电流传感器→主负继电器→高压插接件→车载充电机→充电桩，形成充电回路，进行预充，如图2-3中箭头所示。

（3）快充路线 非车载充电机→预充继电器→预充电阻→动力蓄电池组→主熔断器→紧急开关→动力蓄电池组→电流传感器→主负继电器→非车载充电机，形成充电回路，进行预充。

3．充电

（1）充电原理 当预充完成后，BMS断开预充继电器并闭合主正继电器，对动力蓄电池组正式进行充电。

（2）慢充路线 充电桩→车载充电机→高压插接件→主正继电器→动力蓄电池组→主熔断器→紧急开关→动力蓄电池组→电流传感器→主负继电器→高压插接件→车载充电机→充电桩，形成充电回路，进行慢充，如图2-4中箭头所示。

（3）快充路线 非车载充电机→主正继电器→动力蓄电池组→主熔断器→紧急开关→动力蓄电池组→电流传感器→主负继电器→非车载充电机，形成充电回路，进行快充。

二、动力蓄电池内部放电原理及绝缘监测

1．动力蓄电池内部放电原理

放电初期需要对各个控制器内部的电容进行预充。整车控制器唤醒BMS，BMS进行自检与初始化，自检与初始化完成后上报给整车控制器。整车控制器发出高压供电指令，BMS开始按顺序控制继电器的闭合与断开。由于电路中的电机控制器和空调压缩机控制器等部件均含有电容（若不对电容进行预充，则电容可能在高压下被击穿），故在放电模式初期，需要BMS控制预充继电器闭合，对各个控制器的电容进行低压与小电流预充，而当电容两端的电压接近动力蓄电池的总电压时，BMS断开预充继电器。

预充路线：动力蓄电池组正极端→紧急开关→主熔断器→电池组正极→预充电阻→预充继电器→高压插接件→车载充电机→电机及辅助读取元件。

2．动力蓄电池的绝缘监测

动力蓄电池BMS具有高压回路的监测功能，即监测动力蓄电池组与箱体及车体等之间的绝缘情况，如图2-5所示。其监测路径是：

1）动力蓄电池组正极端→绝缘监测电阻→绝缘继电器→搭铁。

2）动力蓄电池组负极端→绝缘监测电阻→绝缘继电器→搭铁。

放电路线：非车载充电机→主正继电器→动力蓄电池组→主熔断器→紧急开关→动力蓄电池组→电流传感器→主负继电器→非车载充电机，形成充电回路，进行快充。

三、动力蓄电池系统的基本结构

动力蓄电池模组放置在一个密封且屏蔽的动力蓄电池箱内，动力蓄电池系统使用可靠的高压插接件与高压控制盒相连。

动力蓄电池输出的直流电通过电机控制器转变为三相交流高压电，驱动电机工作。

四、BMS的功能与拓扑结构

1．BMS的功能

动力蓄电池系统的关键部件是电池管理系统（BMS）。BMS的功能是实时采集各个电芯的电压、各温度传感器的温度值、动力蓄电池系统的总电压与总电流值等数据，实时监控动力蓄电池的工作状态；并通过低压插接件与CAN总线相连，从而与整车控制器或车载充电机进行通信，并对动力蓄电池系统进行充放电等综合管理。

2．BMS的拓扑结构

图2-6所示是一种典型的BMS拓扑结构，BMS由主控模块和从控模块组成。通过内部CAN总线实现各模块间及与外部设备间通信。

基于各个模块的功能，BMS能够实时检测动力蓄电池的电压、电流和温度等参数。

BMS还能计算动力蓄电池剩余电量、充放电功率及蓄电池容量、健康度、性能状态（state of health，SOH）从而实现对动力蓄电池包的热管理、均衡管理及安全保护（过电流保护、过充过放保护、过热保护及绝缘监测）等功能。