具有高耐压全温度采集的电池管理系统设计.pdf
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1、 客 车 技 术 与 研 究第 5 期 BUS&COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.5 2023收稿日期:2023-05-09。第一作者:雷代良(1979),男,工程师;主要从事动力电池系统及电池管理系统的开发与研究工作。E-mail:27318345 。具有高耐压全温度采集的电池管理系统设计雷代良(中车时代电动汽车股份有限公司,湖南 株洲 412007)摘 要:由于电气化公路车辆的电池系统直接与超高压线网连接,因此需要设计对绝缘耐压及可靠性要求更高的电池管理系统来满足整车的需求。本文设计一种高电压、高可靠性的动力电池管理系统,其具有高耐压、全温度采集的功能。关键
2、词:电气化公路车辆;高耐压;全温度采集;电池管理系统中图分类号:U463.63 文献标志码:A文章编号:1006-3331(2023)05-0019-04Design of Battery Management System with High Withstanding Voltage and Full Temperature CollectionLEI Dailiang(CRRC Electric Vehicle Co.,Ltd.,Zhuzhou 412007,China)Abstract:The battery system of electrified highway vehicles
3、is directly connected to the wired network of su-per high voltage,so it is necessary to design the battery management system with higher requirements for in-sulation withstanding voltage and reliability to meet the demands of the vehicle.This paper designs a high-voltage and high-reliability power b
4、attery management system with high withstanding voltage and full tem-perature collection.Key words:electrified highway vehicle;high withstanding voltage;full temperature collection;battery man-agement system 公路货运汽车由于载重大、运距长,若单靠动力电池驱动(纯电动)实现电动化,车辆需要配置的电池电量太大,既挤占运货空间,又增加电池成本,同时还需停车充电,续驶里程受限,影响运输效率。而采用
5、电气化公路这种新型的公路货运方式,则能解决以上问题。电气化公路货车相比纯电动货车具有电池容量小(如某同吨位的纯电动货车的电池容量为 900 kW h,电气化公路货车只需配置 190.51 kWh 的电池)、电压高、动力电池及其他电气与专用线网直接连接实现边走边充电、线网与大地存在耦合等效电容等特点,因此对相关系统的绝缘耐压和可靠性提出了更高要求。1 电气化公路货车介绍我国首条电气化公路示范线在湖南省株洲市,实现了重载公路货运新方式。电气化公路货车如图 1所示,该车为半挂牵引车,整车尺寸为 7 435 mm2 550 mm3 805 mm,整备质量 11 t,总质量49 t。动力电池配置为 55
6、0.62 V/346 Ah/190.51 kW h。电气化公路货车是通过在公路上方架设专用的直流线网进行供电1-2,车辆的动力来源于两部分(如图 2 所示):一部分是通过受电弓获取上方专用直流线网(本系统 1 500 V)的电,经过非隔离 DC/DC变压至 500600 V 供电机控制器驱动电机,同时可给车上的动力电池充电;另一部分是车辆上装载的动91力电池,在没有专用电网或降弓时,动力电池可供车辆短距离行驶。当车辆制动时,动力电池可回收制动能量。图 1 电气化公路货车图 2 电气化货车电气拓扑本文 DC/DC 是非隔离型,可将从受电弓接收到的 1 500 V 电降压至 500600 V 供电
7、气件用电和给电池充电,VCU 根据当前车辆的需求情况通过 CAN发送给 DC/DC 控制当前的输出电流和电压。由于DC/DC 是非隔离型,因此需要对整车所有电气部件的耐压按 1 500 V 进行系统设计。本文旨在设计一款绝缘耐压高(简称高耐压)全温度采集的电池管理系统。高压与车身低压部分之间按耐压 5 750 VAC 进行设计,因电气化公路货车暂无相关标准,而纯电动货车绝缘耐压是按 2 500 VAC进行设计,不满足电气化公路货车的绝缘耐压要求,因此参考 CJ/T 50081993无轨电车试验方法3,按耐压试验电压(AC2.5U+2000)进行设计;电池管理系统对电池包内每一只电芯及电连接点的
8、温度进行监测(简称全温度采集),以提高动力电池系统的安全可靠性。2 高耐压 BMS 方案设计2.1 总体方案因每一级的隔离能力为 2 500 VAC,纯电动货车只需一级隔离即可满足要求4。而电气化公路货车需要满足 5 750 VAC 耐压隔离,所以需设计三级隔离电路来共同实现电池管理系统低压部分(24 V)与高压部分的耐压隔离,其中每一级都为 2 500 VAC。2.2 第一级隔离电路设计第一级隔离电路主要由网络隔离变压器 T1 实现,T1 通过磁感应将信号由原边传递到副边,如图 3所示。T1 两端增加电阻电容起到滤波抗干扰的作用5,T1 的原边连接到电池管理系统采集芯片高压部分的两线制 SP
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