电动汽车动力电池技术入门指南: BMS软硬件功能/组件/特性要求、功能安全/网络安全分析方法、电池验证策略与认证过程

文摘   汽车   2024-12-28 06:46   安徽  

- 关于「SysPro|技能培训」专栏内容
- 主题:「汽车电池工程师基础培训」

- 本篇为课程介绍及电池基础内容的部分解释,完整版在知识星球发布


导语:电动汽车电池技术是电动汽车领域的核心组成部分,它涵盖了从电池管理系统(BMS)高压继电器功能安全网络安全,以及电动道路车辆测试电池认证等多个方面。
本次介绍中,我们将首先深入探讨电池管理系统(BMS)的功能、组件、特性和要求,包括其硬件和软件功能,让您全面了解BMS如何确保电池的安全、高效运行
接着,我们将介绍高压继电器的主要功能功率电子的控制策略,这是电动汽车动力系统中不可或缺的一部分。随后,我们将带您走进电池功能安全的世界,了解如何执行危害分析与风险评估(HARA)以及ASIL等级、目标故障率(FIT)及目标诊断覆盖率等关键概念,还有FMEA/FMEDA的定义,这些都是确保电动汽车安全性的重要环节。
此外,随着电动汽车的普及,网络安全问题也日益受到关注。我们将介绍如何根据ISO 21434执行威胁与风险分析(TARA)探讨电池在汽车中可能造成的典型损坏场景,并教您如何使用TARA进行电池系统测试,以确保电动汽车的网络安全
最后,我们将分享电动道路车辆测试的典型策略,以及制定测试规范的不同来源,如ISO 12405和美国先进电池联盟(USABC)的标准。同时,我们还将介绍汽车认证过程的基础知识,以及应用于汽车电池系统认证和发布的特定规范,帮助您全面了解电动汽车电池技术的认证流程和要求
以上培训内容会在知识星球「SysPro|技能培训(视频/课件)」专栏中发布,详见「汽车电池工程师基础培训」。本篇为培训课程介绍,以及电池技术基础的部分解释,完整版在知识星球发布。

「汽车电池工程师基础培训」总览
课程概览
1. 电池基础概念
1.1 汽车架构中的电池概念介绍(视频)
  • 1.1.1 汽车电池的历史
  • 1.1.2 汽车电池的供应链情况
  • 1.1.3 电池在汽车架构中的应用
  • 1.1.4 汽车中电池和电池单元的原理说明
1.2 电池行业影响(视频)
1.3  电池市场概况(视频)
2. 电池系统工程
2.1 电池管理系统(视频)
  • 2.1.1 电池管理系统(BMS)的功能
  • 2.1.2 BMS的组件、特性和要求
  • 2.1.3 BMS的硬件功能
  • 2.1.4 BMS的软件功能
2.2 高压继电器(视频)
  • 2.2.1 高压继电器的主要功能
  • 2.2.2 功率电子的控制策略
2.3 功能安全(视频)
  • 2.3.1 如何执行危害分析与风险评估(HARA)
  • 2.3.2  ASIL等级、目标故障率(FIT)及目标诊断覆盖率的概念
  • 2.3.3 FMEA/FMEDA的定义
2.4 网络安全(视频)
  • 2.4.1 如何根据ISO 21434执行威胁与风险分析(TARA)
  • 2.4.2 电池在汽车中可能造成的典型损坏场景
  • 2.4.3 如何使用TARA进行电池系统测试
2.5  电动道路车辆测试(视频)
  • 2.5.1 针对汽车应用的锂离子电池包和系统的典型测试策略
  • 2.5.2 制定测试规范的不同来源,如ISO 12405和美国先进电池联盟(USABC)
3 电池认证(视频)
  • 3.1.1 汽车认证过程的基础知识
  • 3.1.2 了解应用于汽车电池系统认证和发布的特定规范


一、汽车电池的历史

随着汽车行业的发展,车辆中的电池经历了从12V铅酸电池到400V/800V高压电池的转变。传统铅酸电池主要用于启动车辆和供电,而新型高压电池则旨在驱动车辆动力总成,满足长距离行驶需求。这些高压电池电压超过400V,容量高达100kwh,并需配备交流/直流转换器进行充电。
然而,高压电池的引入也带来了安全挑战。底盘上的高故障电压可能危及生命,而电压故障影响12V板网则可能摧毁电子控制单元,引发事故。此外,锂离子电池单元平衡不当或过载可能导致过热和爆炸。随着技术进步和创新,电池技术不断面向更安全、高效、环保方向发展。


二、汽车电池供应链

汽车电池是一个多层集成的系统,每层通常由不同的供应商提供,并需要集成。汽车制造商作为集成商,负责将各层组件整合到电池系统中。电池包由多个电池单元组成,每个单元包含约2.7至3.2V的电压,并通过电子电路实现负载均衡和温度、电压控制。此外,电池管理系统(BMS)负责监控电池状态,并与车辆总线系统通信。

三、电池在汽车中的应用

电池系统已应用于多种车辆架构中,包括纯电动汽车(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)、增程式电动汽车(REV)、燃料电池电动汽车(FCEV)以及轮毂电机电动汽车(IWEV)。每种架构都有其独特的电池需求和系统配置,但共同点是都依赖于高效的电池管理系统来确保电池的安全和性能。

BEV整车架构与关键要素

REEV整车架构与关键要素

四、电池在电动车电力传动系统中的作用

高压电池通过高压线缆供给能量给电力电子设备,并通过三个高低侧开关控制三相电流,进而控制电机的三个线圈(和磁场),这些半导体元件的控制基于场定向控制器(FOC)模块中实现。这个过程中,车辆控制器将加速踏板输入、速度等转换为需求扭矩,并发送给电机电子控制单元(ECU),ECU则测量转子当前速度,计算当前扭矩,并控制开关以驱动线圈/磁场达到目标扭矩。


五、汽车电池的原理

汽车电池是电动动力总成的一部分,为牵引电机提供直流电。电池管理系统负责监控电池的状态,包括电池电量状态(SoC)和健康状态(SoH)。SoC表示电池的当前电量相对于其总容量的百分比,而SoH则反映了电池相对于其理想条件的性能。电池单元基于氧化还原反应工作,包含阴极、阳极和电解质,锂离子在阴阳极之间流动以产生电流。


六、电池市场及其参与者

随着欧洲绿色协议对碳排放目标的定义以及电动汽车行业的复兴和发展,电池市场预计将在未来几年稳步增长。尽管我们经历的COVID-19疫情对市场造成了一定阻碍,但随着技术的进步和规模的扩大,电池价格有望下降,从而推动电动汽车的普及。电池市场的参与者包括原材料供应商、电池制造商、汽车制造商以及电池回收企业等,形成了一个复杂的价值链。


以上是「汽车电池工程师基础培训」第1.1章节培训内容总结的节选完整版培训在知识星球「SysPro|技能培训(视频/课件)」 专栏发布,欢迎查阅、学习。课程目录:

1. 电池基础概念
1.1 汽车架构中的电池概念介绍(视频)
  • 1.1.1 汽车电池的历史
  • 1.1.2 汽车电池的供应链情况
  • 1.1.3 电池在汽车架构中的应用
  • 1.1.4 汽车中电池和电池单元的原理说明
1.2 电池行业影响(视频)
1.3  电池市场概况(视频)
2. 电池系统工程
2.1 电池管理系统(视频)
  • 2.1.1 电池管理系统(BMS)的功能
  • 2.1.2 BMS的组件、特性和要求
  • 2.1.3 BMS的硬件功能
  • 2.1.4 BMS的软件功能
2.2 高压继电器(视频)
  • 2.2.1 高压继电器的主要功能
  • 2.2.2 功率电子的控制策略
2.3 功能安全(视频)
  • 2.3.1 如何执行危害分析与风险评估(HARA)
  • 2.3.2  ASIL等级、目标故障率(FIT)及目标诊断覆盖率的概念
  • 2.3.3 FMEA/FMEDA的定义
2.4 网络安全(视频)
  • 2.4.1 如何根据ISO 21434执行威胁与风险分析(TARA)
  • 2.4.2 电池在汽车中可能造成的典型损坏场景
  • 2.4.3 如何使用TARA进行电池系统测试
2.5  电动道路车辆测试(视频)
  • 2.5.1 针对汽车应用的锂离子电池包和系统的典型测试策略
  • 2.5.2 制定测试规范的不同来源,如ISO 12405和美国先进电池联盟(USABC)
3 电池认证(视频)
  • 3.1.1 汽车认证过程的基础知识
  • 3.1.2 了解应用于汽车电池系统认证和发布的特定规范

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