2014款宝马i8高电压蓄电池单元(三)

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» ，U ：丨：刘玺 ix @m otorchina

刘春晖(本刊编委会委员}

高级工程师/副教授，现任山东华宇工学院机械工程学院汽车服务工程教硏室主任，有多年的一线汽车电气系统、电子控制系统维修工作经验。现从事汽车类专业学生专业课的教学工作。在各级汽车维修类杂志上公幵发表论文30篇，出版汽车维修类图书23部。

2014款宝马丨8高电压蓄电池单元(三}

♦文/山东刘春晖

(接丨•.期>

四、内部结构

1.电气和电子组件

通过图20所示的电路图中可以看出，除汇集在六个电池模块内的电池本身外，宝马i 8的高电压蓄电池单元还包括的电气/ 电子部件有：

① 蓄能器管理电子装置SME 控制单元；

② 十二个电池监控电子装置(电池监控

09款狮跑电路CSC );

③ 带接触器、传感器和过电流熔丝的

安全盒。

除电气组件外，高电压蓄电池单元还包括制冷剂管路、冷却通道以及电池模块的机械固定元件。

(1>蓓能器 r f fl h U f 装 TT.SME

针对高电压蓄电池使用寿命的要求比较严格(车辆使用寿命丨。为了满足这些要求，不能随意使用高电压蓄电池。而是必须在严格规定的范围内使用高电压蓄电池，从而确保其使用寿命和功率最大化。相关边界条件如下：

①

在最佳温度范围内运行电池(通过

冷却以及根据需要限制电流强度)；

② 根据需要均衡所有电池的充电状态；

③ 在特定范围内用完可存储的蓄电池能量。

为了遵守这些边界条件，在宝马i 8的高电压蓄电池单元内带有一个控制单元即蓄能器管理电子装置SME 。SME 控制单元需要执行以下任务：

①

由电机电子装置EME 根据要求控

制高电压系统的启动和关闭；

②

分析有关所有电池的电压和温度以

及高电压电路内电流强度的测量信号；

1-安全盒（S 盒）；2-电流和电压传感器；3-电池模块；4-电池监控电子装置（电池监控电路C S C );

5-制冷剂管路温度传感器；6-蓄能器管理电子装置S M E ; 7-高电压触点监控电路控制装置；8-车身

域控制器B D C ; 9-高电压安全插头（售后服务时断开连接）；10-带有触发安全型蓄电池接线柱的控制

导线的A C S M ; 11-制冷剂管路关断阀；12-智能型蓄电池传感器旧S ; 13-12V 蓄电池；14-安全型蓄电池接线柱S B K ; 15-前部配电盒。

图20高电压蓄电池单元系统电路图

教练证

MOTOR-CHiNA •

May

1-电池模块1; 1 -电池监控电子装置1-; 1+-电池监控电子装置1 + ; 2-电池模块2; 2 -电池监控电子装置2-; 2+-电池监控电子装置2+; 3-电池模块3; 3 -电池监控电子装置3- ; 3+-电池监控电子装置3+; 4-电池模块4; 4 --电池监控电子装置4-; 4+-电池监控电子装置4+; 5-电池模块5; 5-_电池监控电子装置5-; 5—电池监控电子装置5+; 6-电池模块6; 6-电池监控电

子装置6-; 6+-电池监控电子装置6+; 7-蓄能器管理电子装置SM E ; 8-安全盒(S 盒）。图21电池模块布置方式

③ 控制高电压蓄电池单元冷却系统；④

确定高电压蓄电池的充电状态

(SoC )和老化状态(SoH )。

⑤

确定高电压蓄电池的可用功率并根

据需要对电机电子装置提出限制请求；

⑥

安全功能(例如电压和温度监控、高

哪吒gt

电压触点监控，绝缘监控)；

⑦

识别出故障状态，存储故障代码存

储器记录并向电机电子装置发送故障状态。

原则上SME 控制单元可通过诊断系统做出响应并进行编程。进行故障查询时必须清楚，在SM E 控制单元的故障代码存储器内不仅可存储控制单元故障，而且还可查阅高电压蓄电池单元内其他组件的故障记录。这些故障代码存储器记录根据严重程度和尚可提供的功能分为不同类型。

①

立即关闭高电压系统：因出现故障

影响高电压系统安全或产生高电压蓄电池损坏危险时，就会立即关闭高电压系统并断开电动机械式接触器触点。之后驾驶员可让车辆滑行并停在路面上。通过12V 车载网络提供能量确保转向助力、制动助力和DSC 调节。

②

限制功率：高电压蓄电池无法继续

提供最大功率或全部能量时，为了保护组

件会限制驱动功率和可达里程。此时驾驶

员可在驱动功率明显降低的情况下继续行

驶较短距离，可行驶至最近的宝马维修站

点，或将车辆停放在所选地点。③

对客户没有直接影响的故障：例如 SME 或CSC 控制单元之间的通信短时受

到干扰时，不表示功能受限或危及高电压系统安全。只会产生一个故障代码存储器记录，必须由宝马维修站点通过诊断系统对该记录进行分析。在此不显示检查控制信息。不会影响客户所使用的功能。

从高电压蓄电池单元外部无法接触到SM E 控制单元。为在出现故障时更换

SM E 控制单元，必须事先打开高电压蓄

电池单元。

SM E 控制单元的电气接口是：SME

栏目编辑：刘M lx@motorchinacom 鑭

控制单元12V 供电(车内配电盒的总线端 30F 和总线端31)；接触器12V 供电(总线端30碰撞信号)；PT -CAN 2；局域CAN 1 和2；车身域控制器BD C 唤醒导线；高电

压触点监控输入端和输出端；制冷剂循环

回路内的截止和膨胀组合阀控制导线；制

冷剂温度传感器。

由一个专用的12V 导线为高电压蓄电

池单元内的接触器供电，该导线称为总线

端30碰撞信号，简称为总线端30C 。总线

端名称中的C 表示发生事故(碰撞)时关闭

该12V 电压。该导线是安全型蓄电池接线

柱的一个(第二个)输出端，即触发安全型蓄电池接线柱时也会断开该供电导线。

此外该导线穿过高电压安全插头，因此关闭高电压系统供电时也会关闭接触器供电。因此在上述两种情况下，高电压蓄电池单元内的两个接触器会自动断开。

局域C A N 1使SM E 控制单元与电池监控电子装置CSC 相互连接(另见下章)。局域CAN 2用于实现SME 控制单元与S 盒之间的通信，通过该总线可传输测量的电流强度等信息。

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(2)电池模块

如图21所示，高电压蓄电池单元由六个串联连接的电池模块构成，每个电池模块都分配了两个电池监控电子装置。电池模块自身由十六个串联连接的电池构成，每个电池的额定电压为3.7V ，额定电容量为20A h 。电池模块的顺序是固定的，从前部下方开始。

电池监控电子装置名称中的“+”或表示电池监控电子装置安装在电池模块的正极侧或负极侧。

注意：更换电池模块时必须按顺序进行，因为该顺序存储在诊断系统内用于将来进行分析。

(3>电池监控

每个高电压蓄电池单元内都带有电池监控电子装置(图22)。为确保宝马i 8所用锂离子电池正常运行，必须遵守特定边界条件：电池电压和电池温度不允许低于或高于特定数值，否则可能导致电池持续损坏。因此高电压蓄电池单元带有十二个研发名称为电池监控短路C S C 的电池监控电子装置。

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2021/05 •親组觸藏 77

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载或有电气故障。出现以上一种情况时必须立即降低电流强度或完全关闭高电压系统，以免电池进一步损坏。此外，测得的温度还用于控制冷却系统，以便电池始终在工作性能和使用寿命最佳的温度范围内运行。由于电池温度是一个重要参数，因此每个电池模块装有六个NTC 温度传感器，其中三个是另外三个的冗余装置。

高电压蓄电池单元局域CAN 电路原理图如图23所示，电池监控电子装置通过局域CAN 1传输其测量值。该局域CAN 1 使所有电池监控电子装置相互连接并与

SME 控制单元相连。在SME 控制单元内

对测量值进行分析并根据需要做出相应反应(例如控制冷却系统)。

拜腾新能源汽车局域C A N 1和2的传输速度均为 500kBit /s 〇与采用相同传输速度的CAN 总线一样，总线导线采用绞线形式。此外，两个局域CAN 端部采用终端形式。用于局域CAN 1两端分另0120 Q 的终端电阻位于

SME 控制单元内。

用于局域CAN 2两端分别120C 2的终端电阻位于SME 控制单元内和S 盒控制单元内。

在查询故障期间测量局域CAN 上的电阻时，在所有总线设备已连接且终端正

宝马i 8高电压蓄电池单元内的每个电池模块都有两个电池监控电子装置。这样做是为了确保一个电池

监控电子装置最多可监控八个电池。因此装有两个电池监控电子装置，每个电池监控电子装置负责一个电池模块的八个电池。

电池监控电子装置执行的任务包括： ①测量和监控每个电池的电压；②测量和监控电池模块多处的温度；③将测量参数传输给SMS 控制单元；④执行电池电压补偿过程。

在此以较高扫描率(每20m s 测量一次)测量电池电压。通过电压测量可以识別出充电和放电过程结束。温度传感器安装在电池模块上，根据其测量值可确定各电池的温度。借助电池温度可以识別是否过

M im n t-C H IN A ■ May

1 -电池模块1; 2-电池模块2; 3-电池模块3; 4-电池模块4; 5-电池模块上的温度传感器；6-电池电压测量；7-电池监控电子装置4+; 8-电池监控电子装置4-; 9-蓄能器管理电子装置SM E ; 10- 电池模块5; 11-电池模块6; 12-安全盒（S 盒）；13-高电压安全插头（售后服务时断开连接）；14- 智能型蓄电池传感器B S ; 15-12V 蓄电池；16-安全型蓄电池接线柱S B K ; 17-前部配电盒。

图22

电池监控电子装置

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1-电池监控电子装置；2-用于测量电池电压的传感器；3-放电电阻；4-用于某个电池放电的闭合（启用）S 4点；5-电池模块；6-通过放电使电池电压下降的电池；7-未放电的电池；8-用于某个电池放电的断开（未启用）触点。

图24电池电压平衡原理电路图

常的情况下会得到大约60 0的数值。

如果一个或多个电池的电压明显低于其他电池，高电压蓄电池的可用能量含量就会因此受限。因此放电时由最弱的电池决定何时停止释放能量：如果最弱电池的电压降至放电限值，即使其他电池还存有充足能量也必须结束放电过程。如果仍继续放电过程，就会因此造成最弱电池损坏。因此可通过一项功能使电池电压调节至几乎相同的水平。该过程也称为电池对称。

为此SME 控制单元将所有电池电压进行相互比较。在此过程中对电压明显高于其余的电池进行有针对性地放电。SME 控制单元通过局域CAN 1将相关请求发送至这些电池的电池监控电子装置，从而启动放电过程。为此每个电池监控电子装置都针对各电池带有一个欧姆电阻，相应电子触点闭合后放电电流就会流过该电阻。启动放电过程后由电池监控电子装置负责执行该过程，或在期间主控控制单元切换为休眠模式的情况下继续执行该过程。

电池电压平衡原理电路图如图24所示，通过与总线端30F 直接相连的蓄能器管理电子装置为CSC 控制单元供电来实现这一点。所有电池的电压处于规定的较小范围内时，放电过程就会自动结束。电池对称继续进行，直至所有电池达到相同电压水平。

平衡电池电压的过程会造成损失，但损失的电能非常小(小于0.1%S 〇C )。而优势在于可使可达里程和高电压蓄电池使用寿命最大化，因此总体而言平衡电池电压非常有利而且十分必要。当然只有车辆静止时才会执行该过程。

平衡电池电压的具体条件包括：总线端15关闭且车辆或车载网络处于休眠状态，且高电压系统已关闭，且电池电压或各电池SoC 的偏差大于相应限值，且高电压蓄电池的总SoC 大于相应限值。云南车展

如果满足所述条件，就会自动进行电池电压平衡。因此客户既看不到检查控制

信息，也无需为此进行特殊操作。即使更换电池模块后，SME 控制单元也会自动识别出电池电压平衡需求。

如果电池电压的偏差过大或电池电压平衡未顺利进行，就会在SME 控制单元内生成一个故障代码存储器记录。通过一条检查控制信息提醒客户注意这种车辆状态。之后必须通过诊断系统对故障代码存储器进行分析并进行相应修理工作。

(4>安仝盆(S 盒）

每个高电压单元内都有带独立壳体的接口单元，该单元称为开关盒或简称为

S 盒。

安全盒内集成的组件包括：蓄电池负极电流路径内的电流传感器，蓄电池正极电流路径内的熔丝，两个电动机械式接触器(每个电流路径一个开关触点)，用于缓慢启动高电压系统的预充电电路，用于监

控开关触点、测量蓄电池总电压和监控绝缘电阻的电压传感器。(5>导线束

在高电压蓄电池单元内带有两个导线束：用于连接CSC 与SME 控制单元的导线束，用于连接S 盒与外围设备的导线束，用于连接SME 与12V 车载网络接口的导线束。不允许对导线束进行维修，如果电缆与插头之间的连接损坏或松动，必须更换整个导线束。2.机械组件

(未完待续)E

2021/05 •蘇

雛9蘇 79

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