電池管理系統(tǒng)BMS系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)書

1、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)書（整體方案設(shè)計(jì)）項(xiàng)目編號：項(xiàng)目名稱：電池管理系統(tǒng)BMS文檔版本：V0.01批準(zhǔn)審核校對設(shè)計(jì)技術(shù)部2015年7月1日管理編號:25版本履歷目錄1. 前言42. 名詞術(shù)語53. 概要64. 系統(tǒng)原理框圖75. 產(chǎn)品規(guī)格86. 與同類產(chǎn)品的比較97. 主芯片選型108. 電池管理系統(tǒng)的要求119. 控制策略的要求及設(shè)想1210. 驅(qū)動設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想1311. 電氣設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想1512. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想2013. 后記2114. 參考資料221.前言開發(fā)電動汽車電池管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有良好的電池均衡性能，檢測精度高。2.名詞術(shù)語BMS：電池管理系統(tǒng)BCU:電池

2、串管理單元BMU：電池檢測單元LDM：絕緣檢測模塊HCS:強(qiáng)電控制系統(tǒng)SOC:電池荷電狀態(tài)3.概要電動汽車電池管理系統(tǒng)(BMS),管理系統(tǒng)狀態(tài)用于監(jiān)測電動汽車的動力電池的工作狀態(tài)，從而采集動力電池的狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動力電池的SOC狀態(tài)、溫度、充放電電流和電壓的監(jiān)控。電池管理系統(tǒng)主要是BMS通過CAN總線與整車控制器、智能充電器、儀表進(jìn)行通訊，對電池系統(tǒng)進(jìn)行安全可靠、高效管理。電池管理系統(tǒng)包括BCU和BMU，BCU主要作用是：根據(jù)動力電池的工作狀態(tài)，對電池組SOC進(jìn)行動態(tài)估計(jì)，通過霍爾電流傳感器，實(shí)現(xiàn)對充放電回路電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測，保護(hù)電池系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)與BMU、整車控制器、充電機(jī)等進(jìn)行通信，交互電壓

3、、溫度、故障代碼、控制指令等信息；BMU的功能是通過對各個(gè)單體電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測、對箱體溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過CAN總線將電池組內(nèi)各單體的電壓、箱體溫度以及其他信息傳送到BCU，通過與智能充電樁交互數(shù)據(jù)信息，充電期間實(shí)時(shí)估算電池模塊SOC，對電芯進(jìn)行充電均衡，提高單節(jié)電芯的一致性，提高整組電池使用性能，對電池進(jìn)行主動式冷熱管理，保護(hù)電池使用壽命，延長電池壽命。4. 系統(tǒng)原理框圖圖1系統(tǒng)原理圖電池系統(tǒng)典型應(yīng)用了分布式兩級管理體系，由一個(gè)電池串管理單元（BCU）和多個(gè)電池檢測單元（BMU）、顯示屏（LCD）、絕緣檢測模塊（LDM）、強(qiáng)電控制系統(tǒng)（HCS）、電流傳感器（CS）以及線束組成。系統(tǒng)中BCU模塊

4、通過CAN總線與多個(gè)BMU模塊及LDM（絕緣檢測模塊）實(shí)時(shí)通信，獲取單體電壓、箱體溫度、絕緣阻值等系統(tǒng)參數(shù)，通過電流傳感器采集充放電電流，動態(tài)計(jì)算SOC。BCU計(jì)算分析得出電池組綜合信息后，仲裁進(jìn)行系統(tǒng)管理，通過獨(dú)立的CAN總線分別與VCU、充電機(jī)等智能交互，并可通過繼電器控制實(shí)現(xiàn)對充放電的二級保護(hù)，滿足客戶多樣化的安全控制需求，保障系統(tǒng)穩(wěn)定高效地運(yùn)行。SOC計(jì)算采用VminEKF算法，對電池組SOC進(jìn)行動態(tài)估計(jì)電流檢測通過霍爾電流傳感器，實(shí)現(xiàn)對充放電回路電流的實(shí)時(shí)檢測。通信功能外帶3路CAN接口，可實(shí)現(xiàn)與BMU、整車控制器、充電機(jī)等進(jìn)行通信，交互電壓、溫度、故障代碼、控制指令等信息。5. 產(chǎn)

5、品規(guī)格電池管理系統(tǒng)，是電動汽車動力電池系統(tǒng)的重要組成部分，采用分布式兩級管理體系，對電動汽車動力電池系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)全面監(jiān)控，保證電池的正常工作和安全性。電動汽車電池管理系統(tǒng)：電池串管理單元；電池檢測單元；顯示屏；絕緣檢測模塊；強(qiáng)電控制模塊，電流傳感器等組成。另外實(shí)現(xiàn)故障診斷與處理的功能。產(chǎn)品的性能：a. 滿足電動汽車運(yùn)行環(huán)境的要求，比如：工作溫度、相對濕度、抗震性、EMC性能、防護(hù)等級、抗沖擊、可靠性等。b. 與傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)相比，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)精度提升，故障與保護(hù)及時(shí)反饋，電池安全性能更好的保障。c. 外觀尺寸合理，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，安裝方便。6. 與同類產(chǎn)品的比較國內(nèi)市場上電池管理系統(tǒng)的代表

6、廠家是惠州億能電子有限公司/哈爾濱冠拓電源設(shè)備有限公司，與之相比，系統(tǒng)可以考慮在如下方面進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到或超過同類產(chǎn)品。a. 實(shí)現(xiàn)完善的溫度、電流、單體電壓等功能監(jiān)測控制。b. 強(qiáng)化系統(tǒng)SOC估算，數(shù)據(jù)采樣精度。c. 外觀尺寸設(shè)計(jì)合理，安裝方便。7. 主芯片選型選用飛思卡爾的MKE06P80M48SF0RM作為電池管理系統(tǒng)的主芯片，飛思卡爾面向汽車、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)和消費(fèi)電子市場，提供的技術(shù)包括微處理器、微控制器、傳感器、模擬集成電路和連接。飛思卡爾的一些主要應(yīng)用和終端市場包括汽車安全、混合動力和全電動汽車、下一代無線基礎(chǔ)設(shè)施、智能能源管理、便攜式醫(yī)療器件、消費(fèi)電器以及智能移動器件等。a. 飛思卡爾半

7、導(dǎo)體(FreescaleSemiconductor)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，專注于嵌入式處理解決方案。b. MKE06P80M48SF0RM工作頻率48MHz，具有ESD/EMC性能和CAN，以及模擬，通信定時(shí)和控制外設(shè)，以及不同容量的內(nèi)存和引腳數(shù)。c. MKE06P80M48SF0RM是飛思卡爾產(chǎn)品中的價(jià)值優(yōu)化產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益較好。d. MKE06P80M48SF0RM的時(shí)鐘頻率為80/133MHz，具有高端微控制器的性能和DSP功能，完全可以滿足實(shí)時(shí)性的要求。e. 公司有MKE06P80M48SF0RM的全套開發(fā)工具，并且研發(fā)人員有使用該芯片的經(jīng)驗(yàn)。8. 電池管理系統(tǒng)的要求電動汽車電池管理系

8、統(tǒng)采用了分布式兩級管理體系，由一個(gè)電池串管理單元（BCU）和多個(gè)電池檢測單元（BMU）、顯示屏（LCD）、絕緣檢測模塊（LDM）、強(qiáng)電控制系統(tǒng)（HCS）、電流傳感器（CS）以及線束組成。動力電池為本公司生產(chǎn)的PL151V220電池系統(tǒng)。動力電池系統(tǒng)的匹配以滿足整車動力性、經(jīng)濟(jì)性為原則。通訊方面基于CAN2.0，要求制定整車CAN通訊協(xié)議，電池系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)滿足整車CAN通訊協(xié)議要求。9. 控制策略的要求及設(shè)想A. 開發(fā)及仿真的軟硬件環(huán)境控制策略開發(fā)環(huán)境為Matlab9.0和Targelink3.2,使用simulink和Stateflow編寫控制策略,simulink中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，然后基于

9、Targelink3.2轉(zhuǎn)化成C代碼。B. 控制策略的方向考慮整車電量、工作環(huán)境，充電模式和放電模式基于規(guī)則的控制與切換。充電模式下電池組SOC估算。C. 主要工況及策略的設(shè)想首先定義工作狀態(tài)，按控制功能劃分各個(gè)模塊，初步規(guī)劃分為電池串管理單元，電池檢測單元，絕緣檢測模塊，強(qiáng)電控制系統(tǒng)，電流傳感器，顯示屏等，基于各個(gè)工作環(huán)境實(shí)現(xiàn)任務(wù)功能的調(diào)度。D. 特殊要求策略中包含故障診斷和處理的功能，控制器不僅要負(fù)責(zé)自身的故障處理，同時(shí)要接收各子系統(tǒng)的故障信息，一方面做出整車的協(xié)調(diào)響應(yīng)，另一方面進(jìn)行整車所有故障的編碼和存儲E. 其它要求與其他控制器之間采用CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，符合相關(guān)協(xié)議的要求。10. 驅(qū)

10、動設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想A. 開發(fā)及調(diào)試的軟硬件環(huán)境驅(qū)動軟件的開發(fā)環(huán)境為TASKINGVX-toolsetforTriCorev3.41。B. 交、直流充電樁匹配設(shè)計(jì)依照標(biāo)準(zhǔn)電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第2及關(guān)于交流充電裝置連接界面與控制引導(dǎo)原理，以及第3及關(guān)于直流充電裝置連接界面與控制引導(dǎo)原理，如圖2所示：圖2非車載充電機(jī)控制.(r4CC2¥A+檢測點(diǎn)2出硬件設(shè)計(jì)有CC信號、CP信號及CC1信號的接入。軟件依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電動汽車電池管理系統(tǒng)與非車載充電機(jī)之間的通信協(xié)議設(shè)計(jì)各階段流程及通訊協(xié)議。C. 特殊要求對于各種輸入的傳感器信號和輸出的控制信號，可以進(jìn)行在線標(biāo)定，方便集成調(diào)試D. 其它要求設(shè)計(jì)

11、Canape工程，方便測試與調(diào)試。11. 電氣設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想A. 開發(fā)及調(diào)試的軟硬件環(huán)境Protel99、AutoCAD。B. 電氣設(shè)計(jì)要求表4電氣設(shè)計(jì)要求編號要求范圍主控單元從控單元絕緣檢測1工作電壓DC9V18VDC9V55V2工作電流W2AW20mAW1A3電壓采集0485V05V4電壓采集精度W±0.5%W±5mV5電流采集±500A6休眠電流W1mAW500uAW500uA7SOC估算誤差W8%8均衡電流300mA9絕緣電阻檢測0500KQ10溫度采集-40125°C11溫度采集精度±2°C12振動：頻率10400Hz振幅

12、0.21mm13煙霧14防護(hù)等級IP6515EMC防護(hù)EN500812:1993GJB151A199716沖擊8g11ms半正弦C. 接口定義接口名功能描述J112V常電12V常電12V常電FANFANFAN屏蔽層V5.0_IS0_lCAN_H_1CAN_L_1GND_ISO_1J2高壓輸出+高壓輸出-車身地車身地高壓電池總+高壓電池總-J3備用1/常開端備用1/公共端備用2/常開端備用2/公共端快充/常開端快充/公共端慢充/常開端慢充/公共端DC/DC/常開端DC/DC/公共端預(yù)充/常開端預(yù)充/公共端主正/常開端主正/公共端主負(fù)/常開端主負(fù)/公共端待測開關(guān)1待測開關(guān)2待測開關(guān)3V5.0_IS

13、0_2（來自車載充電機(jī)）GND_IS0_2（來自車載充電機(jī)）CAN_H_2CAN_L_2屏蔽層CAN_H_2CAN_L_2屏蔽層CAN_H_2CAN_L_2屏蔽層匹配電阻線J4LCD_RS485+LCD_RS485-12.0V車身地屏蔽層屏蔽層車身地V5.0DTU_RS485+DTU_RS485-車身地降功率輸出-12.0VHall_Charge_Out12.0V12.0VHall_Discharge_Out-12.0VNTC1+車身地CPCC輸出CC2輸出車身地車身地主正觸點(diǎn)監(jiān)測輸出主正觸點(diǎn)監(jiān)測輸出J512V常電12V常電車身地車身地車身地車身地鑰匙喚醒信號/ACC充電槍喚醒信號/CRG表5硬件接口初定的硬件接口如表5所示，具體的接口要策略開發(fā)人員和電氣開發(fā)人員共同決定D.CA