Автомобиль / Силовая установка / Электрическая силовая установка / Высоковольтная батарея электромобиля

Высоковольтная батарея электромобиля

Высоковольтная батарея электромобиля накапливает электрическую энергию для тягового электродвигателя, инвертора, систем отопления, кондиционирования и других высоковольтных потребителей. Она состоит из отдельных ячеек, объединенных в модули и общий батарейный пакет, системы управления BMS, датчиков температуры и тока, высоковольтных контакторов, предохранителей, сервисного разъединителя, силовых шин, системы охлаждения или подогрева и прочного герметичного корпуса.

Образец правильного английского перевода: высоковольтная батарея электромобиля - High-Voltage Battery; тяговая батарея - Traction Battery; батарейный пакет - Battery Pack; батарейная ячейка - Battery Cell; батарейный модуль - Battery Module; система управления батареей - Battery Management System; состояние заряда - State of Charge; состояние здоровья батареи - State of Health; балансировка ячеек - Cell Balancing; внутреннее сопротивление - Internal Resistance; силовой контактор - High-Voltage Contactor; цепь предзаряда - Precharge Circuit; сервисный разъединитель - Service Disconnect; сопротивление изоляции - Insulation Resistance; система теплового управления - Battery Thermal Management System.

Эта страница является частью кластера «Электрическая силовая установка» и связана со страницами «Тепловое управление батареей», «Зарядная система», «Проверка состояния тяговой батареи SOH», «Проверка высоковольтной изоляции электромобиля», «Диагностика - Электрическая силовая установка», «Неисправности - Электрическая силовая установка», «Обслуживание - Электрическая силовая установка» и «Ремонт - Электрическая силовая установка».

Для жидкостных и низковольтных контуров батареи могут быть релевантны охлаждение и отопление, охлаждающие жидкости, дистиллированная вода, электрические водяные насосы, патрубки системы охлаждения, датчики управления и реле. Но тяговую батарею, модуль, контактор или электронный блок не подбирают только по внешнему виду: нужны VIN, оригинальный номер, химический тип ячеек, конфигурация пакета, программная совместимость и процедура производителя.

Главный принцип: состояние тяговой батареи не определяют по одному показателю запаса хода или SOH. Нужно оценить доступную энергию, напряжения и температуры всех групп ячеек, их поведение под зарядом и нагрузкой, внутреннее сопротивление, балансировку, изоляцию, охлаждение и историю диагностических событий.

Не открывайте корпус высоковольтной батареи без специальной подготовки и процедуры производителя.
Не прикасайтесь к оранжевым кабелям, сервисному разъединителю, контакторам и силовым шинам.
Не считайте батарею обесточенной только из-за выключенного зажигания или отсутствия режима Ready.
Не работайте с батареей после ДТП, затопления, перегрева, появления дыма, шипения или резкого химического запаха.
Не измеряйте напряжение батарейного пакета обычным мультиметром и неподходящими щупами.
Не замыкайте контакторы и не обходите цепь межблокировки.
Не устанавливайте модуль или ячейку другого типа без проверки характеристик и совместимости.
Не используйте неподходящую охлаждающую жидкость в контуре батареи.

Содержание

Назначение тяговой батареи
Устройство батарейного пакета
Батарейные ячейки
Химические типы ячеек
Модули и последовательное соединение
Корпус и защита батареи
Система управления батареей BMS
Контакторы, предзаряд и предохранители
Что такое SOC
Что такое SOH
Балансировка ячеек
Температура и тепловое управление
Зарядка батареи
Отдача мощности и рекуперация
Деградация батареи
Признаки неисправности
Уменьшение запаса хода
Ограничение мощности
Перегрев батареи
Батарея и режим Ready
Сопротивление высоковольтной изоляции
Влияние батареи 12 В
Диагностика тяговой батареи
Основные параметры сканера
Обслуживание
Ремонт и замена модулей
Совместимость и подбор батареи
С чем нельзя путать неисправность батареи
Базовый алгоритм проверки
Контроль после ремонта
Типичные ошибки
Товарные группы TESMA
Частые вопросы

Назначение тяговой батареи

Тяговая батарея является основным накопителем энергии электромобиля. Во время движения она передает энергию инвертору, который питает электродвигатель. При рекуперативном торможении часть энергии возвращается в батарею.

Батарея также может питать:

высоковольтный компрессор кондиционера;
электрический отопитель салона;
тепловой насос;
нагреватель батареи;
DC/DC-преобразователь;
электрические насосы системы охлаждения;
другие высоковольтные вспомогательные системы.

BMS постоянно определяет, какую мощность батарея может безопасно отдать или принять. Поэтому номинальная мощность электродвигателя не означает, что она будет доступна при любой температуре, уровне заряда или состоянии ячеек.

Устройство батарейного пакета

отдельные электрохимические ячейки;
батарейные модули или интегрированная безмодульная структура;
силовые шины и межмодульные соединения;
датчики температуры;
датчик тока;
модули контроля напряжения ячеек;
центральный блок BMS;
главные положительный и отрицательный контакторы;
контактор или реле предзаряда;
высоковольтный предохранитель;
сервисный разъединитель;
высоковольтный распределительный блок;
система жидкостного или воздушного охлаждения;
прочный герметичный корпус;
вентиляционные или аварийные защитные элементы.

Батарейные ячейки

Ячейка является наименьшим электрохимическим элементом батареи. Она имеет определенное номинальное напряжение, емкость, допустимый ток, температурный диапазон и внутреннее сопротивление.

цилиндрические ячейки;
призматические ячейки;
пакетные ячейки типа pouch;
ячейки, интегрированные непосредственно в корпус батареи.

Даже небольшая разница характеристик отдельной группы может ограничить весь пакет. При зарядке процесс завершается, когда самая высокая ячейка достигает верхнего предела. При разряде мощность ограничивается, когда самая слабая группа приближается к нижнему пределу.

Химические типы ячеек

NMC

Ячейки на основе никеля, марганца и кобальта обеспечивают высокую удельную энергию и широко применяются в тяговых батареях.

NCA

Химия на основе никеля, кобальта и алюминия также имеет высокую энергетическую плотность и требует точного контроля температуры и напряжения.

LFP

Литий-железо-фосфатные ячейки обычно имеют меньшую удельную энергию, но отличаются продолжительным циклическим ресурсом и стабильной химией. Особенности кривой напряжения затрудняют определение SOC только по мгновенному напряжению.

Ячейки разной химии, емкости, внутреннего сопротивления или программной конфигурации нельзя произвольно объединять в одном батарейном пакете.

Модули и последовательное соединение

Ячейки объединяют параллельно для увеличения емкости и последовательно для повышения напряжения. Группы могут формировать отдельные сменные модули или быть частью интегрированной конструкции.

напряжение каждой группы;
разницу напряжений между группами;
температуру в разных точках;
внутреннее сопротивление;
способность отдавать и принимать ток;
состояние соединительных шин;
признаки коррозии или перегрева;
соответствие конфигурации BMS.

Корпус и защита батареи

Корпус защищает ячейки от механического удара, воды, пыли, дорожных реагентов и деформации кузова. Он также является частью системы теплового управления и электрической изоляции.

вмятины и трещины корпуса;
повреждение креплений;
следы утечки охлаждающей жидкости;
повреждение высоковольтных разъемов;
нарушение герметичности;
ошибки изоляции;
разницу температур модулей;
аварийный статус после столкновения.

Система управления батареей BMS

измерение напряжения групп ячеек;
контроль температуры;
измерение тока батареи;
расчет SOC;
оценка SOH;
управление балансировкой;
управление контакторами;
контроль предзаряда;
ограничение зарядного и разрядного тока;
контроль изоляции;
регистрация перегрева, перенапряжения и глубокого разряда;
обмен данными с зарядной системой, инвертором и тепловым управлением.

Неисправность BMS или потеря связи с одним из модулей контроля может заблокировать зарядку, режим Ready или полную тяговую мощность даже при исправных ячейках.

Контакторы, предзаряд и предохранители

положительный главный контактор;
отрицательный главный контактор;
контактор предзаряда;
резистор предзаряда;
высоковольтный предохранитель;
пиротехнический разъединитель после ДТП;
датчик тока;
контроль вспомогательных контактов.

Если контактор не замыкается, сварился или предзаряд не завершается, автомобиль может не перейти в режим Ready. Причина также может быть в слабой батарее 12 В, разомкнутой цепи блокировки, неисправном инверторе или активном аварийном запрете.

Что такое SOC

SOC показывает расчетный уровень заряда батареи. Это вычисляемый параметр, а не простое отношение текущего напряжения к максимальному.

учет тока заряда и разряда;
напряжение ячеек;
температура;
история использования;
калибровочные модели конкретной химии;
контрольные точки после полного отстоя или зарядки.

Что такое SOH

SOH является оценкой остаточного состояния батареи по сравнению с расчетным новым состоянием. В зависимости от системы он может основываться на доступной емкости, внутреннем сопротивлении, максимально допустимой мощности или сочетании нескольких параметров.

Один показатель SOH не показывает:

разброс отдельных ячеек;
локальный перегрев модуля;
поведение батареи при быстрой зарядке;
кратковременную просадку напряжения под нагрузкой;
состояние изоляции;
герметичность корпуса;
исправность контактов и системы охлаждения.

Балансировка ячеек

Балансировка уменьшает разницу уровня заряда между группами ячеек. Чаще всего BMS постепенно разряжает группы с более высоким напряжением, чтобы остальные могли приблизиться к ним.

нормальное небольшое отклонение;
временный разбаланс после неполных циклов;
устойчивый разброс из-за разной емкости;
дефект измерительной цепи;
повышенное внутреннее сопротивление отдельной группы;
реально поврежденная ячейка.

Балансировка может выровнять уровень заряда, но не восстанавливает потерянную емкость или повышенное внутреннее сопротивление изношенной ячейки.

Температура и тепловое управление

Температура непосредственно влияет на доступную мощность, скорость зарядки, рекуперацию и срок службы батареи. Система теплового управления батареей может использовать жидкостное охлаждение, воздушный поток, электрический подогрев, холодильный контур или тепловой насос.

батарея слишком холодная;
температура слишком высокая;
отдельный модуль горячее остальных;
насос не создает нужную циркуляцию;
в контуре есть воздух;
уровень охлаждающей жидкости недостаточный;
неисправен клапан или теплообменник;
датчик температуры передает неправильные данные.

Зарядка батареи

При AC-зарядке ток преобразует бортовое зарядное устройство. При быстрой DC-зарядке внешняя станция подает постоянный ток непосредственно в высоковольтную сеть под контролем BMS.

SOC;
температура батареи;
напряжение самой высокой ячейки;
разброс напряжений;
внутреннее сопротивление;
мощность зарядного оборудования;
состояние разъема и кабеля;
работа охлаждения;
наличие диагностических ограничений.

Отдача мощности и рекуперация

батарея почти полностью заряжена;
ячейки холодные;
батарея перегрета;
есть большой разброс напряжений;
одна группа быстро достигает верхнего предела;
активна ошибка BMS, ABS или инвертора;
снижен допустимый зарядный ток.

Деградация батареи

длительное нахождение при очень высоком SOC;
частый перегрев батареи;
длительное хранение в разряженном состоянии;
регулярный глубокий разряд;
частая быстрая зарядка без надлежащего охлаждения;
эксплуатация с неисправным тепловым управлением;
высокий ток при низкой температуре;
повреждение или загрязнение охлаждающего контура;
внутренний дефект отдельной ячейки.

Признаки неисправности

электромобиль не переходит в режим Ready;
появляется предупреждение высоковольтной системы;
зарядка не начинается или прерывается;
батарея не заряжается до привычного уровня;
резко уменьшился запас хода;
мощность ограничена;
рекуперация стала слабой;
быстрая зарядка стала медленнее;
SOC изменяется скачками;
после нагрузки быстро падает уровень заряда;
одна группа ячеек существенно отличается по напряжению;
один модуль перегревается;
появилась ошибка высоковольтной изоляции;
постоянно работают насосы или охлаждение;
под корпусом видна жидкость или механическое повреждение.

Уменьшение запаса хода

Резкое уменьшение запаса хода электромобиля не всегда вызвано деградацией батареи.

температура окружающего воздуха;
потребление отопления и кондиционера;
скорость и стиль движения;
давление в шинах;
заклинивание тормозных механизмов;
фактический расход энергии;
доступная емкость батареи;
SOH;
разброс ячеек;
паразитное потребление во время стоянки;
корректность прогноза после изменения условий эксплуатации.

Ограничение мощности

низкий SOC;
низкая температура ячеек;
перегрев батареи;
большой разброс напряжений;
просадка слабой группы под нагрузкой;
повышенное внутреннее сопротивление;
ошибка датчика тока;
ошибка изоляции;
неисправность системы охлаждения;
аварийный режим после столкновения.

Перегрев батареи

Перегрев тяговой батареи может ограничить зарядку, мощность и рекуперацию.

температуры всех модулей;
уровень и спецификацию охлаждающей жидкости;
работу электрического насоса;
положение клапанов;
наличие воздуха в контуре;
работу теплообменника и холодильного контура;
датчики температуры;
неравномерный нагрев отдельного модуля;
внутреннее сопротивление ячеек;
следы утечки или механического повреждения.

Батарея и режим Ready

недостаточное напряжение батареи 12 В;
ошибка BMS;
отсутствие связи с модулем контроля ячеек;
ошибка изоляции;
разомкнутый сервисный разъединитель;
неисправный контактор;
неудачный предзаряд;
срабатывание пиротехнического предохранителя;
активный аварийный статус после ДТП;
ошибка другого высоковольтного компонента.

Сопротивление высоковольтной изоляции

вода в корпусе батареи;
повреждение кабеля;
утечка охлаждающей жидкости;
коррозия разъема;
дефект электрического нагревателя;
неисправность компрессора кондиционера;
повреждение инвертора или электродвигателя;
внутренний дефект батарейного модуля.

Проверку высоковольтной изоляции электромобиля выполняют специальным оборудованием по процедуре производителя. Общий код изоляции не доказывает, что источник проблемы расположен внутри батареи.

Влияние батареи 12 В

автомобиль не переходит в Ready;
появляются многочисленные коды связи;
контакторы не замыкаются;
предзаряд прерывается;
не начинается зарядка;
панель и блоки перезагружаются;
не работает блокировка зарядного разъема.

Диагностика тяговой батареи

Зафиксировать жалобу и условия появления.
Проверить батарею 12 В.
Осмотреть днище и корпус батареи.
Считать BMS, инвертор, зарядную систему и тепловое управление.
Сохранить коды и стоп-кадры.
Проверить SOC и SOH.
Сравнить напряжения всех групп ячеек.
Сравнить температуры модулей.
Оценить ток и просадку напряжения под нагрузкой.
Проверить разрешенные токи заряда и разряда.
Проверить контакторы и предзаряд.
Проверить данные контроля изоляции.
Оценить работу охлаждения и подогрева.
Сравнить поведение при AC- и DC-зарядке.
Выполнять внутренние измерения только после безопасного обесточивания.

Основные параметры сканера

общее напряжение батареи;
ток заряда или разряда;
SOC;
SOH;
доступная энергия;
напряжение каждой группы ячеек;
минимальное и максимальное напряжение;
разница напряжений;
температуры модулей;
минимальная и максимальная температура;
разрешенный зарядный ток;
разрешенный разрядный ток;
статус балансировки;
статус контакторов;
статус предзаряда;
состояние сервисного разъединителя;
расчетное сопротивление изоляции;
история перегрева и критических событий.

Обслуживание

проверка состояния батареи 12 В;
осмотр защиты днища;
контроль корпуса батареи после удара;
проверка уровня и состояния охлаждающей жидкости;
проверка электрических насосов и клапанов;
поиск утечек в тепловом контуре;
очистка дренажей и воздушных каналов, если они предусмотрены;
проверка зарядного разъема и кабеля;
считывание истории диагностических событий;
обновление программного обеспечения по процедуре производителя.

Ремонт и замена модулей

Ремонт тяговой батареи электромобиля может включать замену модуля, контактора, предохранителя, датчика, блока BMS, уплотнения или элементов охлаждения.

идентичный тип ячеек;
совместимая емкость;
близкий уровень заряда;
сопоставимое внутреннее сопротивление;
правильная механическая конфигурация;
совместимость датчиков и электроники;
герметичная сборка корпуса;
проверка изоляции;
кодирование или адаптация BMS;
контроль теплового контура.

Совместимость и подбор батареи

VIN автомобиля;
оригинальный номер батарейного пакета;
модельный год;
версия привода;
номинальное напряжение;
полная и доступная емкость;
химический тип ячеек;
тип системы охлаждения;
конфигурация высоковольтных разъемов;
версия BMS;
программная совместимость;
необходимость кодирования и привязки.

С чем нельзя путать неисправность батареи

разряженную батарею 12 В с неисправностью тягового пакета;
холодную батарею с деградацией;
нормальное снижение зарядной мощности при высоком SOC с неисправностью BMS;
изменение прогнозируемого запаса хода с реальной потерей емкости;
неисправную зарядную станцию с дефектом батареи;
ошибку инвертора с отказом контакторов батареи;
ошибку другого высоковольтного потребителя с внутренней ошибкой изоляции батареи;
неисправность насоса охлаждения с перегревом ячеек;
ошибку датчика температуры с фактическим перегревом;
низкое давление в шинах с деградацией батареи;
паразитное потребление с потерей емкости.

Базовый алгоритм проверки

Зафиксировать симптом и точные условия его появления.
Проверить батарею 12 В.
Осмотреть корпус батареи, днище и высоковольтные разъемы без разборки.
Считать все блоки управления.
Сохранить коды, стоп-кадры и историю событий.
Проверить SOC, SOH и доступную энергию.
Сравнить напряжения групп ячеек.
Сравнить температуры модулей.
Проверить поведение напряжений под нагрузкой.
Проверить допустимый зарядный и разрядный ток.
Проверить статус балансировки.
Проверить контакторы и предзаряд.
Оценить сопротивление изоляции.
Проверить систему теплового управления.
Проверить AC- и DC-зарядку отдельно.
Сравнить фактическую доступную энергию с данными BMS.
Выполнять внутреннюю диагностику только по высоковольтной процедуре.
После ремонта повторить полный цикл проверок.

Контроль после ремонта

автомобиль стабильно переходит в режим Ready;
контакторы и предзаряд работают без ошибок;
коды BMS не возвращаются;
напряжения групп находятся в допустимом диапазоне;
разброс напряжений стабилен;
температуры модулей равномерны;
нет перегрева под нагрузкой;
AC- и DC-зарядка работают;
доступна рекуперация;
мощность не ограничивается без причины;
изоляция соответствует требованиям;
корпус батареи герметичен;
охлаждающая жидкость не вытекает;
SOC изменяется плавно;
после контрольной поездки нет новых предупреждений.

Типичные ошибки

оценивать батарею только по прогнозу запаса хода;
считать одно число SOH полной диагностикой;
не проверить батарею 12 В;
стереть коды до сохранения стоп-кадров;
не сравнить все группы ячеек;
оценивать напряжения только без нагрузки;
игнорировать разницу температур модулей;
путать разбаланс с потерей емкости;
пытаться восстановить поврежденную ячейку только балансировкой;
считать любую ошибку изоляции дефектом батареи;
не проверить охлаждение;
устанавливать несовместимый модуль;
открывать корпус без безопасного обесточивания;
не выполнить проверку герметичности после ремонта;
не провести адаптацию или программирование BMS.

Товарные группы TESMA

Тепловое управление

Датчики и низковольтное управление

Частые вопросы

Что такое высоковольтная батарея электромобиля?

Это батарейный пакет, который накапливает энергию для тягового электродвигателя и других высоковольтных систем автомобиля.

Из чего состоит тяговая батарея?

Из ячеек, модулей, силовых шин, BMS, датчиков, контакторов, предохранителей, сервисного разъединителя, системы охлаждения и защитного корпуса.

Что означает SOC?

SOC - расчетный уровень заряда батареи. Его определяет BMS по току, напряжению, температуре и другим параметрам.

Что означает SOH?

SOH - оценка остаточного состояния батареи по сравнению с новой. Она может учитывать доступную емкость, внутреннее сопротивление и допустимую мощность.

Достаточно ли SOH для оценки батареи?

Нет. Нужно также проверить разброс напряжений, температуры, внутреннее сопротивление, доступную энергию, изоляцию и поведение под нагрузкой.

Почему запас хода зимой уменьшается?

Холод снижает доступную мощность и эффективность батареи, а отопление салона потребляет дополнительную энергию. Это не обязательно означает необратимую деградацию.

Почему быстрая зарядка стала медленнее?

Причиной могут быть высокий SOC, низкая или высокая температура батареи, ограничение зарядной станции, большой разброс ячеек, неисправность охлаждения или диагностическое ограничение BMS.

Почему рекуперация иногда слабая?

Батарея может быть полностью заряжена, холодная, перегретая или временно не способна принять большой зарядный ток.

Может ли слабая батарея 12 В заблокировать электромобиль?

Да. Она питает блоки управления и контакторы до подключения высоковольтной батареи.

Что означает большой разброс напряжений ячеек?

Это может быть следствием разбаланса, разной емкости, повышенного внутреннего сопротивления, неисправной измерительной цепи или повреждения отдельной группы.

Восстанавливает ли балансировка изношенную ячейку?

Нет. Балансировка выравнивает уровень заряда, но не возвращает потерянную емкость и не устраняет повышенное внутреннее сопротивление.

Можно ли заменить один модуль батареи?

На части конструкций это возможно, но модуль должен быть совместим по химии, емкости, уровню заряда, внутреннему сопротивлению, электронике и программной конфигурации.

Почему возникает ошибка высоковольтной изоляции?

Из-за воды, утечки охлаждающей жидкости, поврежденного кабеля, коррозии, неисправности батареи или другого высоковольтного компонента.

Можно ли самостоятельно открыть корпус батареи?

Нет. Для этого нужны высоковольтная квалификация, средства защиты, специальное оборудование и процедура производителя.

Что подтверждает успешный ремонт?

Стабильный режим Ready, отсутствие повторных кодов, нормальные напряжения и температуры ячеек, исправная зарядка, надлежащая изоляция, герметичность и отсутствие ограничения мощности.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще прочитать по этой теме

Вывод

Высоковольтная батарея электромобиля является сложной системой из ячеек, модулей, BMS, датчиков, контакторов, предохранителей, теплового управления и защитного корпуса. Ее состояние определяет доступный запас хода, мощность, скорость зарядки, рекуперацию и возможность перехода автомобиля в режим Ready.

Правильная диагностика начинается с батареи 12 В, полного сканирования блоков, анализа SOC, SOH, напряжений, температур, внутреннего сопротивления, контакторов, предзаряда и изоляции. Одно число SOH или уменьшение прогнозируемого запаса хода не доказывают неисправность батареи. Открытие пакета, замену модулей и высоковольтные измерения выполняют только по процедуре производителя с соблюдением всех правил безопасности.