X1020电动汽车维修国轩电池系统.docx
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X1020电动汽车维修国轩电池系统
电池系统
一、维修注意事项
1.维修前,首先断开电池箱体上维修开关。
2.电池箱体上下时注意安全,以防砸伤和摔坏电池箱体。
3.插拔高低压连接器时,轻拔轻插,不能折弯,以防接插件损坏。
4.连接器和电源线插好后,需用扎带紧固,以防晃动脱落。
5.检修后所有电池箱体的脚位固定螺丝必须紧固牢固,以防电池箱体被甩出。
二.电池系统功能及组成
电动汽车用动力电池的主要功能是为驱动电机提供电能,并通过充电装置存储外部电网及车载发电装置的电能,整车制动能量回收,同时配备电池管理系统,保证电池系统的可靠性和安全性。
电池组主要包括电池模块、电池箱体、风扇、冷却风道等。
其中电池模块有单体电芯通过串并联方式组合而成;电池箱体是电池模块的载体,内部还包括电池管理系统(BMS)、数据采集装置、电池自动切断装置(BDU)等。
设计电池箱体时要考虑安装空间的限制、机械强度要求、冲击、振动、耐腐蚀、防尘以及绝缘要求,易于组装、拆卸、维修。
冷却风扇和电池管理系统的数据采集单元布置在电池箱体内部/或外部。
三、电池系统结构
电池组为304V/62.5Ah电池组,由国轩高科单体容量12.5Ah的磷酸铁锂电池经过5并95串组合而成,其中每个62.5AH电池由5个12.5Ah的单体并联组成。
电源管理系统根据电池组的分布设计成分布式串联结构,共有2个从板BMU,一个BMS,其中2个BMU控制55串电池单体和40串电池单体。
2个BMU通过CAN总线进行级联,主机同样通过CAN总线实现对2个从机的通信及控制。
BMS可以通过对BDU(BatteryDisconnectUint)内高压直流接触器的控制实现对电池的充放电控制。
四、电池组性能要求
供应商
国轩高科
电池类型
LFP
电压范围
200V--304V--350V
总能量(KWh)(1/3C放电,25℃)
19
容量(Ah)
62.5
串并联方式
95串5并(单体12.5Ah)
环境温度范围(℃)
-20~45℃
环境相对湿度
0-95%
SOC窗口范围
≥0.8
循环寿命(DOD80%)
总容量≧初始容量的80%
1/3C-Charge/1C-Discharge≥2000次
最大充放电电流要求(25℃、SOC窗口范围)
充电
≥60A持续(≥120Afor20s)
放电
≥60A持续(≥180Afor20s)
功率范围(25℃、SOC窗口范围)
充电
≥17kW持续(≥32kWfor20s)
放电
≥17kW持续(≥38kWfor20s)
荷电保持能力(常温下搁置28天,25℃,SOC≥85%)
≥95%
绝缘电阻出厂测试值(M欧姆)
≥10
重量(不含冷却液)(kg)
≤200kg
冷却方式
风冷
五、电池管理系统主要功能及原理
5.1基本功能介绍
(1)系统自检
在电源接通时,对系统自检,若一切正常,发出可以正常工作信号,若有问题,发出故障信号,并切断强电开关。
系统自检信息包括:
无任何一级和二级故障。
BMS各执行器(控制器的各输出端口信号自诊断)和传感器无故障。
(2)充电保护、放电保护、热保护(温度过高/温度差异大)、过流保护、安全线保护在电池(包括系统整体和各个模块)发生过流、过压、欠压、单体电池电压不平衡、温度过高、温度差异大时,通知给电池管理系统,请求关断充放电回路,当一定时间后要求不被允许时,自行将电池组的充放电回路切断。
当被保护电池的保护因素消失,则保护功能取消。
监测安全线状态,当安全线状态为低电平时,主动切断高压接触器。
(3)蓄电池SOH失效判断和处理
在电池组使用过程中,随时记录单体电池及电池组实时参数,通过一定的数学模型判断单体电池及电池组的有效性,若发现系统中有电池失效、将要失效、与其它电池不一致性增大,通过CAN总线通讯方式通知到远程监控系统,进行蓄电池组维护。
某节或多节单体电池在充电过程中电池电压抬升较快,在放电过程中电池电压下降较快;
某个或多个温度探点附近的单体电池,工作过程中相对温升高;
SOH定义主要分两种状态,一是蓄电池组的容量衰减过快,二是蓄电池组中个别蓄电池容量衰减过快。
(4)故障预警和处理
在电池组使用过程中,监控BMS系统的相关参数,通过故障判定条件来判定蓄电池组系统的当前状态并上报远程监控系统。
(5)充电控制
通过监测单体电池电压及实时的充电电流,并通过CAN通信网络与充电器进行信息交付,从而达到恒压恒流的充电模式控制。
(6)绝缘电阻测量和高压电预警管理
能够实时测量蓄电池组对外壳(车身)的绝缘电阻,并根据绝缘电阻的大小,判断系统绝缘强度是否符合要求。
(7)动力母线预充电功能
整车上电时,需要蓄电池系统给高压母线的电容进行充电,在一定时间内,根据判断蓄电池组端电压与动力母线电压的差距来确认预充电是否成功。
(8)CAN总线通讯
采用CAN总线的方式分别与子系统模块、电机控制器及充电器进行通讯。
(9)蓄电池组电压和电流测量/可标定
能够实时测量蓄电池组的当前工作电压和工作电流,同时根据采集的电池组电压电流数据以及蓄电池组的SOC,计算当前能够输出的最大放电功率及允许接受的最大充电功率。
电池组电压测量精度±0.5V;
电池组充放电电流在-50A~200A范围内,电流测量精度0.1%FS+0.1%RD;
(10)SOC预估
在实时充放电过程中,能在线监测电池组容量,能随时给出电池组整个系统的剩余容量。
(11)系统低功耗
能够根据BMS系统的实际情况,接通或关闭子系统的电源;在判断均衡完成的基础上,能进入自关闭的超低功耗模式。
(12)单体电池电压测量
通过模拟测量电路,实时测量每节单体电池电压,供BMS系统进行分析。
单体电池电压测量精度±5mV。
(13)BMS系统内部多点温度测量
通过模拟测量电路,实时测量BMS内部温度,供BMS系统进行分析和热均衡控制。
温度测量范围-40~+125℃;温度测量精度±0.5℃。
(14)热均衡功能
采用开放式风冷,通过对内部温度的分析,与整车空调一体化,进风和排风控制散热风扇,保证BMS系统内部的温度均衡。
每个电池包保证4个温度探点.
5.2电池管理系统原理
六、机械结构
电池组由后座椅电池组(55串)和行李箱电池组(40串)两个部分组成,其中行李箱电池分为上下两层,上层为电器箱,内部安装电池管理系统BMS,BMU,高压接触器、保险丝、维修开关等;下层为45串电池组。
后座椅电池布置在后座椅下面,类似传统内燃机车的油箱位置,行李箱电池布置在行李箱内部,类似于传统内燃机车备胎位置,如图2所示。
两个电池组均采用托盘式设计,利用托盘将电池组固定车身上,固定方式为螺栓连接,行李箱电池组和后备箱电池组机械结构如图3、图4所示:
图2电池组布置位置
图3后座椅电池组
图4行李箱电池组
七、电池安装
7.1电池系统装配总则
(1)电池系统的装配应按电池模块与电池管理系统两部分,部件总成图进行。
(2)装配前电池系统必须按图纸技术要求或国家行业标准检验合格,不合格不得进行装配。
(3)装配前,必须保持电池清洁,避免沾染铁屑,油污等危险因素。
切勿接近火源或热源。
(4)装配前,应进行电池部件的绝缘检测,佩戴高压绝缘手套。
(5)装配过程中,手动工具分类放置整齐;应有车辆举升机操作人员协同配合。
(6)装配中,所有接插件必须防护,电池端子高压保护套禁止拆卸,避免带电工作。
7.2后座椅电池模块总成(2101110X1020)的装配
(1)电池吊装方式
后座椅电池吊装采用专用吊具,借用后座椅电池托盘孔进行吊装。
(具体指导见工艺工程院装配文件)
(2)电池安装前准备
①后座椅电池采用吊装方式安放在电池举升设备工装上后,预先进行电池绝缘处理(具体检测方法有专有文件指导说明),合格方可进行下一步;
②安装后座椅电池组密封垫(2101115U8180);
③后座椅电池盖顶部粘贴密封泡沫(2101118U8180);
④在安装后座椅电池前,确保电池箱体已安装行李箱进风管。
(具体装配指导在热管理系统硬件安装中介绍)。
后座椅电池箱体安装
①将车辆举升到安装位置,将后座椅电池用工装送到电池安装区。
如图7.1所示:
图7.1
②目测电池摆放位置,缓慢上升举升设备(注意:
电池与线束在上升过程中禁止与车身干涉)。
依靠定位销定位,直至电池底板翻边与四周身板件距贴合相差5~8mm时停止。
如图7.2所示:
图7.2
③自下而上对角安装固定螺栓组件(Q1840830),先预安装。
全部螺栓组件预安装完毕后,再按照规格及拧紧力矩要求(45~55Nm)拧紧。
7.3行李箱电池组的装配
(1)电池吊装方式
行李箱电池组用专用工具进行吊装。
具体装配方式由工艺工程院具体指导。
(2)电池安装前准备
行李箱电池采用吊装方式安放在电池举升设备工装后,预先进行电池检测和绝缘处理(具体检测方法有专有文件指导说明),合格方可进入下一步(装配工序)。
(3)电池组在工装上的安装
①将行李箱电池底板(2101124X1020)安放在工装之上;
②安装行李箱电池组密封垫(2101115U8180);
③行李箱电池安放要求满足电池与底板的相对位置准确(电池左右面距底板左右面各41mm;前部安装支架面与底板面齐平)。
(4)电池组安装
①将车辆举升到安装位置,将行李箱电池用工装送到电池安装区。
如图7.3所示:
图7.3
②目测电池摆放位置,缓慢升高举升设备(注意:
电池在上升过程中禁止与车身干涉),依靠定位销定位,直至电池底板翻边与四周车身板件距贴合相差5~8mm时停止。
如图7.4所示:
图7.4
③行李箱电池左右车身与底板螺栓安装
对角安装固定螺栓组件(Q1840820),先预安装。
全部螺栓组件预安装完毕后,再按照规格及拧紧力矩要求(45~55Nm)拧紧。
如图7.5所示:
图7.5
④前后车身与底板螺栓(Q1840820)连接安装
底板螺栓自后往前安装,先预打紧;后部螺栓自下向上安装。
安装完毕后,再按照规格及拧紧力矩要求(45~55Nm)拧紧。
如图7.6所示:
图7.6
⑤行李箱电池箱与底板安装固定
安装完行李箱前部螺栓后,安装电池尾部行李箱电池与底板固定螺栓,从底板由下至上安装螺栓(Q1400620S),按照规格及拧紧力矩要求(9~11Nm)拧紧扭矩。
如图7.7所示:
图7.7
⑥行李箱电池前部螺栓安装
将电池从后往前推至预设位置(与前固定件贴合),由前向后安装螺栓(Q1840812),按照规格及拧紧力矩要求(25~35Nm)拧紧扭矩。
如图7.8所示:
图7.8
(4)热管理系统部件安装
①行李箱电池组进风口支架(2101123X1010)安装
进风口支架应在行李箱电池底板安装后、行李箱电池没有前推安装前部螺栓前进行安装。
②行李箱电池组进风管(2101127X1010)安装
先将行李箱电池组进风管(2101127X1010)与后座椅电池组出风口凸焊螺栓用螺母安装到位,同时开口方向垂直向上。
螺母先预打紧,再按照规格及拧紧力矩要求(7~9Nm)拧紧。
在后座椅电池安装好后,弯折行李箱电池组进风管(2101127X1010),对接在行李箱电池组进风口支架(2101123X1010)法兰面凸焊螺栓上。
如图7.9所示:
图7.9
连接后,将螺母先预打紧,再按照规格及拧紧力矩要求(7~9Nm)拧紧。
1主风扇组件(2101180X1020)安装
在主风扇组件未装入后备箱前先将行李箱电池组出风管(2101170X1020)用螺母固定在主风扇组件(2101180X1020)凸焊螺栓上。
然后在行李箱电池安装好后将主风扇组件(2101180X1020)放入后备箱中,先将行李箱电池组出风管(2101170X1020)和行李箱出风口支架法兰面用螺栓连接上,然后将主风扇组件(2101180X1020)固定在车身上,最后将主风扇出风管组件(2101190X1020)法兰面与主风扇组件(2101180X1020)法兰面配合上(所有连接均有螺栓螺母固定)。
如图1.6.10所示:
图7.10
(5)电池管理系统的装配
电池管理系统固定在行李箱电池箱体上方,与后备箱电池一体安装。
使用紧固螺栓将电池管理系统(2101200X1020)固定在行李箱电池箱体上(电池厂家提供电池时已经安装完毕)。
如图7.11所示:
图7.11
(6)电池模块之间连接线的装配
在安装完两组电池模块后,需进行电池模块间线束的连接,主要包括模块间高压及加热线组件(2101233U8180~2101238U8180)的连接。
①模块间高压线缆组件(2101233U8180、2101234U8180)的连接
后座椅电池与行李箱电池组所有硬件安装完毕后,进行模块间高压连接件的连接。
(接插前要求:
维修开关断开)
首先,将后座椅电池端口保护件去除,将后座椅电池高压连接线正极端子(2101233U8180)插入行李箱电池组模块间高压正极端子(端子有防错功能),并锁止(有锁死提示)。
后座椅电池组接插件布置如图7.12所示:
图7.12
行李箱电池右侧接插件布置如图7.13所示:
图7.13
负极连接也如正极连接进行操作。
②模块间加热线缆组件(2101160U8180)连接
电池热管理在两个电池模块之间用线束相连。
操作步骤如下:
①后座椅电池箱加热/风机电源连接到行李箱电池组加热/风机电源插座,并拧紧,后座椅电池组左侧接插件布置如图7.14所示:
图7.14
②模块间通讯线线束连接,如图7.12所示。
③12V电源线输出两根线束:
一根与整车线束接插件连接,另一根与主风扇(2101181U8180)连接。
八、电池维修保养
8.1、目的
规范纯电动轿车电池的维护保养工作,排除隐患,确保电池各项性能良好,保证纯电动轿车良好运行。
8.2、适用范围
适用于纯电动轿车电池的维护保养工作。
8.3、职责
1、技术副总负责审核《纯电动轿车电池维护保养年度计划》并检查该计划执行情况。
2、售后服务部主管负责组织制定《纯电动轿车电池维护保养年度计划》并组织、监督该计划的执行。
3、售后服务部维修技术人员负责纯电动轿车电池的日常维护保养。
8.4、程序要点
1、《纯电动轿车电池维护保养年度计划》的制定
(1)每年的xx月xx日之前,由售后服务部电池维保主管组织维修技术人员一起研究、制定《纯电动轿车电池维护保养年度计划》并上报公司审批。
(2)制定《纯电动轿车电池维护保养年度计划》的原则:
①纯电动轿车运行的平均里程数;
②纯电动轿车电池的运行状况(故障隐患);
③合理的时间(避开节假日、特殊活动日等)。
(3)《纯电动轿车电池维护保养年度计划表》应包括如下内容:
①维护保养项目及内容;
②具体实施维修保养的时间;
③预计费用;
④备品、备件计划。
2、纯电动轿车电池维护保养
(1)维护保养周期:
2000-3000Km为一个周期
(2)维护保养项目:
①电池箱体清洁、密封以及电池绝缘性能检测;
②电池检测板性能检测以及精度调校;
③电池模块正负极串联螺丝的紧固;
④电池箱体侧压螺丝的紧固并加防滑螺帽。
⑤模块电压均衡
(3)电池模块电压均衡操作方法
①电池组整体充电
充电设备:
320V/2KW车载充电机
参数设置:
电压上限370V;充电电流6A
在充电过程中监控最高电压变化情况,在最高电压达到3.9V时立即关闭充电机,以防单体模块发生过充。
②电池模组整体充电
充电设备:
110V/100A测试柜
参数设置:
电压上限3.65V×n(串数);充电电流15A;充电截止电流1A.
在充电过程中监控整箱每个电池模块电压变化情况,在最高电压达到3.9V时立即关闭测试柜,以防单体模块发生过充。
③单个模块补充电
单体模块电压低于3.34V的需要进行补充电
充电设备:
5V/100A测试柜
参数设置:
电压上限3.65V;充电电流15A;充电截止电流1A.
④单个模块放电
单体模块电压高于3.60V的需要进行放电,放电分两个过程。
过程1:
放电。
放电设备:
5V/100A测试柜
参数设置:
电压下限3.2V;放电电流15A;
静止10分钟
过程2:
充电。
充电设备:
5V/100A测试柜
参数设置:
电压上限3.65V;充电电流15A;充电截止电流1A.
(4)电池电压采集系统调试
①每个箱体电池组信号线排插插入检测板插针,打开检测板开关,指示灯亮。
关闭检测板开关,指示灯灭。
②打开纯电动轿车低压系统,从第一个箱体开始接插电压采集光纤和24V电源接插件(接插方法:
先把24V电源线插入检测板对应插孔,检测板指示灯亮。
再把有红灯在闪烁的光纤插入靠近检测板电源插孔的光纤插孔内,另一光纤插孔内开始有红灯闪烁,然后再把无灯光闪烁的一根光纤插入第二个光纤插孔内)
③依次类推,把其他箱体光纤和电源插好
④检查大巴管理系统仪表盘有无电压显示
⑤把每个箱体单个模块的显示电压与模块实际电压进行比较,如误差超过50mV,则调节对应箱体的检测板上的电位调节器,使之趋于接近。
(5)电池组高压上电
①电池箱体正负极KS端子对插前,把回路中的维修开关拉下,以防短路打火。
②所有箱体正负极串联完毕后,连接好CAN卡和上位机监控软件,打开点火开关,然后启动电池管理系统,检查电池系统参数是否正常。
③启动纯电动轿车,检查有无异常
九、维保记录
对于上述的所有维修保养工作都应清晰、完整、规范地记录在《纯电动轿车电池维修保养记录表》内,并于每次维修保养后的3天内由维修技术人员将记录交售后服务部存档,长期保存。
十、电池管理系统安装维护
10.1.电池管理系统技术参数说明
技术指标
☞电压检测误差:
≤0.5%
☞温度测量误差:
≤±1℃(-40--125℃)
☞电流测量精度:
≤0.5%(-300A—300A)
☞SOC测量误差:
:
≤8%
☞工作温度:
-40-85℃
10.2、BMS安装
2.1主控盒安装在高压箱内。
2.2分流器安装在高压箱内。
2.3从控盒1安装在电池箱内,从控盒2安装在高压箱内。
2.4电压采样线及温度线安装方式如下图所示:
2.5主从电源及CAN通讯通过连接器对接。
10.3.BMS故障及维护
3.1故障维护注意事项:
1)对BMS单元维护前,将钥匙打到OFF档,等待5分钟,按下维修开关,确认高压电池断开后,方可进行检修;
2)对BMS单元进行维护时,打开车辆尾部反盖板(主控),将位于车后的低
压开关断开,严禁在上电状态下对手动开关进行任何操作,在操作时严禁用手或其他物品接触高压开关柜的高压装置
3)不允许任何工具和物件放置在不固定的位置,滑入电池组中;
4)不允许BMS中任何线头或接插件搭接在电池组上,防止电池和BMS发生短路;
5)对所用到的工具进行必要的绝缘防护;
6)维护人员必须佩带绝缘手套,手指和衣服中不可带过大或过长的金属饰
品;
7)如果工具进入电池组中间,请用绝缘工具进行取出。
8)在对维修人员对故障车辆维修或更换BMS前,条件满足的情况下需使故
障再现以便更准确的发现问题所在位置。
9)在对故障在现的过程中,需记录采取何种操作方式须保证人员的安全,并
在操作过程中记录故障发生的前后的数据,以便后期问题的分析和修理.
3.2常见故障现象及处理方法
序号
故障现象
处理方法
处理责任单位
1
从整车仪表显示系统中某一从控模块无电压和温度数据
查找插头是否松动。
电池厂/亿能
2
从监控软件显示电池电压中有某一节电池电压不在正常值范围内
对存在问题的BMS模块进行与电池实际电压的测量,如果与测量值差值大于30mv,则可重新较准该节的零点和增溢
亿能
3
通过监控软件监测或通过车载仪表显示出电流值为0
出现该问题的原因,有可能是电流测量线脱落或者分流器损坏
电池厂/亿能
4
车载仪表无BMS数据显示
打开整车后盖,检查主控模块线束是否有插进,是否有12V工作电压,该模块是否工作正常
电池厂/亿能
5
主从监控时,出现温度不正常
确认温度数设定是否正确,设定正确,则需要BMS厂家进行检修
电池厂/亿能
6
充电机通讯不良
确认充电机CAN线正确连接或CAN协议是否有改动
整车厂
备注:
接插件是BMS连接电池和整车关键零部件,接插件的牢固直接影响到产品整体性能的功能稳定性,检查接插件连接是否松动、外观是否破损、固定螺丝钉是否松动、接线端子是否牢固等等异常情况。
3.3故障再现
车辆在不同的条件下出现的故障是不同的,首先要对车辆发生故障的工作环境以及电池包内电池单体是否存在故障进行确认。
3.3.1静态操作使故障再现
针对持续故障和比较频发而且能在车辆启动前后能直接出现的故障,可用电脑采集数据对电池的电流充放电电流、电压、温度进行分析问题标置位。
如:
温度传感器内部发生短路,在车辆上电后,管理系统采集到的温度值将是错误数值。
3.3.2车辆行驶使故障再现
车辆在行驶过程中出现的故障,断电后重新通电故障消失,无法确定故障原因和具体故障位置,针对此种问题,需要了解到故障在何种条件下产生的,必要时接上记录仪对车辆运行情况以及管理系统的数据进行记录。
10.4.常用的维工具
1)扳手(13mm)(14mm)(17mm)
2)螺丝刀(大小规格)
小螺丝刀
大螺丝刀
3)万用表
4)CAN卡
注意:
所有用的到的工具都要进行用绝缘材料对其进行绝缘处理,以免在更换部件过程中发生工具与电池接触短路,触电和起火等其他危险事故。
10.5.电池包调试:
为确认管理系统硬件及接线无问题必须对电池包进行调试,监控电池的初始状态;确认管理系统各测量模块精度是否满足要求,控制功能模块是否正常。
A:
确认各端口接线无误。
B:
将各接口接入到管理系统(因端口未采用防呆设计,请确认接口正确对应后再接入)。
C:
电池保护参数已进行了初始设定,无需更改。
D:
使用上位机监控软件监控管理系统状态:
上位机监控软件界面如下:
①打开软件后,按电池箱的配置设定电池节数及温度数,数据将自动保存在D/:
data文件夹下。
②如主从板运行正常,则故障码为0,出现故障时,则在故障显示页面显示相应的故障内容。
10.6.维护系统拆卸时注意事项:
1)拆卸完成后不要丢失螺丝,垫圈或其他卸下的零件,对所用到的工具进行必
要的绝缘防护;
2)当使用加热工具时,注意不要损坏线束,电路板和外壳;
3)拆卸过程中不要让BMS中任何一根线头或接插件搭在电池极柱上,防止对
电池和BMS之间产生短路受到损伤;
4)拆卸后,不仅要检查修理过的部分还要检查所有线束连接点。
在操作检查
前还要检查其他相关的部分是否正常工作或存在一定的故障隐患。
十一、纯电动汽车充电注意事项
与传统的内燃机机动车相比,纯电动汽车的
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