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電池管理系統(tǒng)設(shè)計方案,電池管理系統(tǒng)設(shè)計方案,德龍微電科技(深圳)有限公司 -蔣濤編著,目錄,目的 主要功能和指標(biāo) 電池管理系統(tǒng)整體設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計 故障診斷及保護(hù)控制策略 結(jié)語,主要功能和指標(biāo),電池管理系統(tǒng)主要有三個功能: (1)實(shí)時監(jiān)測電池狀態(tài)。通過檢測電池的外特性參數(shù)(如電壓、電流、溫度等),采用適當(dāng)?shù)乃惴ǎ瑢?shí)現(xiàn)電池內(nèi)部狀態(tài)(如容量和SOC等)的估算和監(jiān)控,這是電池管理系統(tǒng)有效運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵; (2)在正確獲取電池的狀態(tài)后進(jìn)行熱管理、電池均衡管理、充放電管理、故障報警等; (3)建立通信總線,向顯示系統(tǒng)、整車控制器和充電機(jī)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。,設(shè)計指標(biāo)(部分),電池管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸圖,電池管理系統(tǒng)整體設(shè)計 主控模塊,主控模塊包括繼電器控制、電流測量、總電壓與絕緣檢測和通訊接口等電路 。,電池管理系統(tǒng)整體設(shè)計 從控模塊,從控模塊主要實(shí)現(xiàn)電壓測量、溫度測量、均衡管理、熱管理和通訊等電路。,模塊功能描述,電源模塊:給各種用電器件提供穩(wěn)定電源 MCU模塊:采集、分析數(shù)據(jù)、收發(fā)控制信號 繼電器控制模塊:控制繼電器的吸合、斷開來控制電池組是否向外供電 電流檢測模塊:采集電池組充放電過程中的充放電電流 電壓檢測模塊:測量電池組各個模塊電壓 溫度檢測模塊:檢測電池組充放電過程中電池組溫度 均衡控制模塊:對電池均衡進(jìn)行控制 總電壓與絕緣檢測模塊:監(jiān)測動力電池組總電壓以及電池組與車體之間的絕緣是否符合要求 CAN收發(fā)模塊:進(jìn)行其他控制器與MCU間的數(shù)據(jù)通信及程序的標(biāo)定與診斷,協(xié)調(diào)整車控制系統(tǒng)與MCU之間的通信 RS232收發(fā)模塊:用于進(jìn)行電池組管理系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、程序的標(biāo)定、參數(shù)的修正,實(shí)物圖片主控模塊,主控模塊,電源及其處理電路,CAN通信處理電路,繼電器,MC9S 12DT128,實(shí)時時鐘芯片,存儲器,總電壓隔離運(yùn)放,絕緣檢測電路,電流測量電路,實(shí)物圖片從控模塊,從控模塊,電源處理電路,CAN通信電路,9S08 DZ32,隔離 光耦,電壓檢測芯片,電壓檢測芯片,繼電器,溫度檢測電路,實(shí)物圖片顯示終端,硬件設(shè)計 主控制器,(1)主控制器(Main Control Unit,MCU),MCU控制器具備以下主要參數(shù): 主控模塊采用型號為9S12DT128的MCU,工作頻率:24MHz,128k片內(nèi)FLASH,4K片內(nèi)RAM,3路CAN控制器,112腳封裝。從控模塊采用型號為9S08DZ32的MCU,工作頻率16MHz,32k片內(nèi)FLASH, 2K片內(nèi)RAM,1路CAN控制器,32腳封裝。,硬件設(shè)計 電源模塊,(2)系統(tǒng)電源模塊設(shè)計,本電池管理系統(tǒng)使用到的供電電源為車載24V轉(zhuǎn)變成5V。 采用隔離電源模塊得到電壓檢測、電流檢測、絕緣監(jiān)測、溫度檢測用供電電源。 在電源輸入前端加入二極管完成反向保護(hù),兩級濾波電路有利于系統(tǒng)的抗干擾性。,硬件設(shè)計 主回路控制模塊,(3)主回路控制模塊設(shè)計,動力總成控制系統(tǒng)給繼電器提供驅(qū)動電源,MCU輸出高低電平控制信號來控制驅(qū)動繼電器閉合與斷開,實(shí)現(xiàn)主回路繼電器的吸合與開啟。串行互鎖控制方式,提高控制可靠性,硬件設(shè)計 電流采集,(4)電流采集電路設(shè)計,電池組在整車的實(shí)際工況中,電流的變化范圍為-200A 至 +500A(精度:1A)之間,為了保證電流采集的精度,采用全范圍等精度較高的分流器檢測電池組總電流。信號經(jīng)調(diào)理后送高速AD進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和電流積分運(yùn)算,數(shù)字信號經(jīng)光耦隔離后輸入MCU進(jìn)行處理。,硬件設(shè)計 溫度采集,(5)電壓采集電路設(shè)計,在整車實(shí)際工況中,隨著電池組充放電的進(jìn)行,電池組的電壓不斷變化,單體電池之間電壓的一致性也會大大影響電池組的性能,所以也有必要檢測每個單體電池的電壓。采用專用的電壓采集芯片對單體電池電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后,通過光耦將數(shù)字信號傳至MCU。單體電池電壓的檢測精度為10mV,硬件設(shè)計 溫度采集,(6)溫度采集電路設(shè)計,電池組溫度也是影響電池組性能的重要參數(shù),電池組溫度過高或過低會造成電池組不可逆轉(zhuǎn)破壞。本系統(tǒng)采用數(shù)字式溫度傳感器,把每個溫度傳感器的地線、數(shù)據(jù)線、電源線進(jìn)行合并,采用一根數(shù)據(jù)總線來進(jìn)行通信,溫度檢測精度為1。,硬件設(shè)計 絕緣模塊,(7)絕緣模塊電路設(shè)計,絕緣檢測模塊用來測試判定動力電池組與車體絕緣是否達(dá)標(biāo),通過測量直流母線與電底盤之間的電壓,計算得到系統(tǒng)的絕緣電阻值。,硬件設(shè)計 CAN收發(fā)模塊,(8)CAN收發(fā)模塊電路設(shè)計,采用CAN收發(fā)器來進(jìn)行MCU與動力總成控制系統(tǒng)及其他控制器之間CAN通信。CAN通信采用了共模扼流圈濾波等技術(shù),通信抗干擾能力強(qiáng),通信比較穩(wěn)定。CAN通信能夠用于動力總成控制系統(tǒng)與MCU間的數(shù)據(jù)通信及程序的標(biāo)定與診斷。CAN收發(fā)器波特率為250kbps,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)展幀(29位ID值)。,硬件設(shè)計 RS232收發(fā)模塊,(9)RS232收發(fā)模塊電路設(shè)計,RS232收發(fā)模塊采用芯片MAX232轉(zhuǎn)換電平,采用標(biāo)準(zhǔn)電路進(jìn)行通信。 RS232收發(fā)模塊,用于進(jìn)行電池組管理系統(tǒng)程序的標(biāo)定、參數(shù)的修正。 RS232收發(fā)模塊波特率為19.2kbps,系統(tǒng)軟件設(shè)計主控模塊,主控模塊,系統(tǒng)上電后,首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化,對一些重要的參數(shù)進(jìn)行賦值,對相關(guān)的外設(shè)進(jìn)行配置和初始化。初始化完成后,進(jìn)入主循環(huán),在主循環(huán)里循環(huán)執(zhí)行電流檢測和SOC計量,總電壓與絕緣檢測,數(shù)據(jù)處理與故障判斷,數(shù)據(jù)存儲,232通訊、CAN0通訊、CAN1通訊和CAN2通訊這些子程序。,系統(tǒng)軟件設(shè)計數(shù)據(jù)處理與SOC估算,數(shù)據(jù)處理與SOC估算,承擔(dān)了電池管理系統(tǒng)核心的計算工作,包括電池組的SOC,最高、最低溫度,最大、最小充放電功率,最大、最小充放電電流,最大、最小模塊電壓等數(shù)據(jù)的分析計算。 SOC的估算在安時計量方法的基礎(chǔ)上,采用電池的OCV-SOC曲線對SOC進(jìn)行修正。,系統(tǒng)軟件設(shè)計從控模塊,從控模塊,上電后先完成系統(tǒng)初始化,對一些重要的參數(shù)進(jìn)行賦值,對相關(guān)的外設(shè)進(jìn)行配置和初始化。初始化完成后,在主循環(huán)里執(zhí)行電壓檢測、均衡控制、溫度檢測、熱管理等子程序。,故障診斷及保護(hù)控制策略,結(jié) 語,我們對電池管理系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了專門設(shè)計,對其軟件進(jìn)行了程序編寫,在此基礎(chǔ)上對電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)臺架匹配測試及整車運(yùn)行驗(yàn)證,證明本電池管理系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計要求,性能可靠。 Best Regards 蔣濤(Vic) 德龍微電科技(深圳)有限公司 http:/www.BMTP 全國免費(fèi)電話 (86)-400-777-3328 TELFAX:0755-2264 8183 Mobile:+86

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