BMS電池管理系統(tǒng)資料

1、1一、項目研發(fā)的目標(biāo)和范圍一、項目研發(fā)的目標(biāo)和范圍電池管理系統(tǒng)BMS2概 述 電動汽車電池管理系統(tǒng)BMS主要用于對電動汽車的動力電池參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控、故障診斷、SOC估算、行駛里程估算、短路保護(hù)、漏電監(jiān)測、顯示報警，充放電模式選擇等，并通過CAN總線的方式與車輛集成控制器或充電機(jī)進(jìn)行信息交互，保障電動汽車高效、可靠、安全運(yùn)行。3l 實時跟蹤電池運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)檢測實時跟蹤電池運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)檢測：實時采集電池充放電狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)有電池總電壓，電池總電流，每個電池箱內(nèi)電池測點溫度以及單體模塊電池電壓等。由于動力電池都是串聯(lián)使用的，所以這些參數(shù)的實時，快速，準(zhǔn)確的測量是電池管理系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。l

2、剩余電量估算剩余電量估算：電池剩余能量相當(dāng)于傳統(tǒng)車的油量。荷電狀態(tài)（SOC）的估算是了為了讓司機(jī)及時了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況。實時采集充放電電流、電壓等參數(shù)，并通過相應(yīng)的算法進(jìn)行剩余電量的估計。l 充放電控制充放電控制：根據(jù)電池的荷電狀態(tài)控制對電池的充放電，當(dāng)某個參數(shù)超標(biāo)如單體電池電壓過高或過低時，為保證電池組的正常使用及性能的發(fā)揮，系統(tǒng)將切斷繼電器，停止電池的能量供給和釋放。項目研發(fā)目標(biāo)4熱管理熱管理：實時采集每個電池箱內(nèi)電池測點溫度，通過對散熱風(fēng)扇的控制防止電池溫度過高。均衡控制均衡控制：由于電池個體的差異以及使用狀態(tài)的不同等原因，電池在使用過程中不一致性會越來越嚴(yán)重，系統(tǒng)應(yīng)能判斷并自動進(jìn)行均衡處

3、理。故障診斷故障診斷：電動汽車電池的工作電壓一般都比較高（90V-700V），系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測供電短路，漏電等可能對人身和設(shè)備產(chǎn)生危害的狀況。電池狀況預(yù)測和報警電池狀況預(yù)測和報警：通過對電池參數(shù)的采集，系統(tǒng)具有預(yù)測電池組中單體電池性能、故障診斷和提前報警等功能，以便對電池進(jìn)行維護(hù)和更換，以保證安全。信息監(jiān)控信息監(jiān)控：電池的主要信息在車載顯示終端進(jìn)行實時顯示。參數(shù)標(biāo)定參數(shù)標(biāo)定：由于不同車型使用的電池類型、數(shù)量，每個電池箱容量和數(shù)量不同，因此系統(tǒng)應(yīng)具有對車型、車輛編號、電池類型和電池模式等信息標(biāo)定的功能。項目研發(fā)目標(biāo)5二、系統(tǒng)組成二、系統(tǒng)組成6采集單元采集單元均衡單元均衡單元顯示單元主控單元充電機(jī)BMS

4、系統(tǒng).內(nèi)部CAN總線系統(tǒng)框圖7采集單元：采集單元：每個采集單元可測量19節(jié)電池端電壓及6個測量點溫度和1路風(fēng)扇控制，安裝在每個電池箱內(nèi)。電池均衡控制模塊：電池均衡控制模塊：當(dāng)電池箱內(nèi)電池電壓不一致超過規(guī)定值時，在充電電流小于一定值后，可自動對電池進(jìn)行均衡。主控單元：主控單元：主控單元完成對電池組總電壓、總電流的檢測，并通過CAN總線與采集單元、均衡模塊、顯示單元或車載儀表系統(tǒng)及充電機(jī)等通信。顯示單元：顯示單元：用于電池組的狀態(tài)以及SOC等各種參數(shù)的顯示、操作等，并可保存相關(guān)數(shù)據(jù)。 整個項目中，即在1個電池箱內(nèi)按裝1個采集單元或加入1個電池均衡模塊，若干個采集單元（+若干個均衡模塊）+1個主控單

5、元+顯示單元，所有模塊都通過車內(nèi)CAN總線相連，組成BMS系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖概述8型號命名TBMS- 設(shè)計序號 (依次用A、B、C英文字母表示) 最大采集路數(shù) 電壓測量量程（V） 泰坦BMS產(chǎn)品TBMS- 設(shè)計序號 (依次用A、B、C英文字母表示) I：主控單元 D：顯示單元 泰坦BMS產(chǎn)品 9采集單元10采集單元11采集單元l主要技術(shù)參數(shù) 型 號：TBMS0519-A 供電電源：DC24V30% 電壓測量范圍及精度：0 - +5V，0.2% 最大檢測周期：0.2S 檢測電池只數(shù)：23節(jié) 溫度檢測路數(shù)及精度：6路，1 風(fēng)扇控制：1路（可驅(qū)動DC24V/0.15A風(fēng)扇6個） 通信口：1路CAN，1路

6、232 運(yùn)行溫度：-25 - +70 12主控單元13主控單元l主要技術(shù)參數(shù) 型 號：TBMS-I-A 供電電源：DC24V30% 電壓測量范圍及精度：0-750V（可選），0.2% 電流測量范圍及精度：-300A - +300A，0.5% SOC估算精度：8% 正負(fù)極對地絕緣監(jiān)測：0-999.9K 通信口：2路CAN，1路RS485 運(yùn)行溫度：-25 - +7014顯示單元15 顯示單元選用7”帶觸摸屏真彩顯示，系統(tǒng)采用SAM9263B為主芯片的ARM9方案，重新設(shè)計電源；CAN總線以及與上位PC機(jī)之間通訊用485總線系統(tǒng)采用光耦隔離；主板和核心板分開設(shè)計，以及采用汽車級別的相關(guān)芯片，系統(tǒng)穩(wěn)

7、定性高，保證該系統(tǒng)能在汽車這樣的惡劣環(huán)境下工作。顯示單元16l 主要技術(shù)參數(shù) 型 號：TBMS-D-A 供電電源：DC24V30% 顯示屏尺寸： 7吋（分辨率800X480） 鍵盤：最大外擴(kuò)64鍵，支持觸摸屏輸入 語音：最大輸出功率1W 通信口：1路CAN，1路RS485，1路以太網(wǎng) 運(yùn)行溫度：-25 - +70顯示單元17三、軟、硬件設(shè)計18u 采集單元l CPU選用集成了CAN控制器模塊的dsPIC30F系列芯片；l CAN收發(fā)器選用MCP2551，通過CAN總線與其他控制系統(tǒng)進(jìn)行通信；l 電池電壓采樣選用12位精度的ADS7841進(jìn)行差分取樣，消除干擾，同時差分輸入保證了電池組與檢測電路

8、不共地；l 溫度測量選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，采集電池箱內(nèi)測試點溫度；l 由于電動汽車用電環(huán)境復(fù)雜，有很強(qiáng)的電磁干擾！從而影響信號在線檢測與控制系統(tǒng)的正常工作。為了減小電磁干擾采取如下措施： 1）在CPU和CAN收發(fā)器之間加入高速光耦隔離器，并增加瞬變二極管，共模電感，熱敏電阻等保護(hù)措施； 2）單片機(jī)工作電源與車輛電源地線隔離，消除地線竄擾的可能； 3）數(shù)字溫度傳感器使用屏蔽電纜封裝，并將屏蔽地搭鐵，CAN總線選用屏蔽雙絞線； 4）PCB板制作盡量加大線間距，以降低導(dǎo)向間的分布電容并使其導(dǎo)向垂直，以減小磁場耦合，減小電源線走線有效面積及選用性價比高的器件等。.硬件設(shè)計特點19硬件設(shè)計特

9、點u主控單元l 與采集單元一樣，硬件設(shè)計增加了多種抗干擾措施，以保證在惡劣電磁環(huán)境下可靠運(yùn)行；l 總電流采樣采樣二檔設(shè)計，以保證在小電流和大電流情況下，測量精度0.5%。u顯示單元l 采用SAM9263B為主芯片的ARM9方案，經(jīng)過重新設(shè)計電源，以及采用汽車級別的相關(guān)芯片，系統(tǒng)穩(wěn)定性高；l CAN總線以及與上位PC機(jī)之間通訊用485總線系統(tǒng)采用光耦隔離，主板和核心板分開設(shè)計；l 顯示選用7”真彩觸摸屏，操作簡單、明了。20 電池電壓采樣采用差分輸入、光耦繼電器切換，光耦隔離，電路簡單，保證測量精度。電池電壓采樣電路21 此為CAN2通訊接口電路，采用瞬變電壓抑制二極管和自恢復(fù)保險絲組成保護(hù)電路

10、，并加入共模電感提高抗干擾能力。通信保護(hù)電路22 溫度取樣部分采用總線方式設(shè)計，簡化了溫度傳感器的接入。并提供了隔離保護(hù)。溫度取樣電路23l 系統(tǒng)軟件均采用模塊化程序設(shè)計；l 多種軟件抗干擾設(shè)計，如數(shù)字濾波算法，冗余，軟件陷阱，看門狗等技術(shù)，防止程序失效，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。l 在SOC的估算上采用現(xiàn)在比較成熟的方法，根據(jù)電動汽車的工作狀態(tài)（行駛，靜置，充電），分別采用安時法、開路電壓法進(jìn)行SOC估計，在采用安時法簡單有效的基礎(chǔ)上，在特定條件下采用加權(quán)安時法進(jìn)行SOC校正，消除安時法帶來的累計誤差，保證SOC精度在8%以內(nèi)；l 顯示監(jiān)測系統(tǒng)使用定制的linux2.6.24操作系統(tǒng)，界面采用QT4

11、.62，上位機(jī)軟件也采用QT4.62進(jìn)行開發(fā)，主要實現(xiàn)：標(biāo)定程序，SOC估算程序，故障分析子程序，信號監(jiān)控與報警子程序，實時數(shù)據(jù)保存，數(shù)據(jù)和曲線顯示，各開關(guān)狀態(tài)顯示等功能；l 由于從操作系統(tǒng)到開發(fā)環(huán)境都自行研發(fā)完成，所以可以方便的制作出客戶需要的介面，而且不存在版權(quán)問題。軟件設(shè)計特點24Windows下標(biāo)定軟件也用QT開發(fā)，不存在版權(quán)問題25自已定制的可視開發(fā)界面26五、項目主要特點27u項目方案的特色l 采用分布式隔離檢測技術(shù)，全系統(tǒng)分為四個主要子系統(tǒng)，即采集單元、均衡模塊、主控單元、顯示單元，四個模塊之間采用CAN總線方式進(jìn)行通訊；l 鑒于汽車內(nèi)工作環(huán)境惡劣，將所有測量單元盡量靠近測量源并

12、采用單獨的測量單元。大大減少環(huán)境對各取樣點的干擾，提高測量精度；l 電池電壓測量采用差分輸入，光耦繼電器切換方式進(jìn)行采樣，在保證電壓測量精度的基礎(chǔ)上，大大簡化了采樣電路，保證了其穩(wěn)定性和可靠性；l 檢測精度高。電壓測量精度0.2%；電流檢測采用二擋自動換擋霍爾傳感器，測量精度在10%Ie及以下和10%-100%Ie時，均能保證0.5%；l 芯片選用汽車級芯片以及高速光耦隔離、瞬變二極管抑制，共模電感，熱敏電阻等保護(hù)措施，可以在強(qiáng)磁場環(huán)境下可靠工作；產(chǎn)品主要特點28產(chǎn)品主要特點l 顯示系統(tǒng)除核心板外，軟、硬件及驅(qū)動程序等都是自行開發(fā)，大大降低了成本；l 功能完善。BMS采用分布式設(shè)計，具備對單體電池狀態(tài)如端電壓、特征點溫度等實時監(jiān)控、充放電控制、故障分析及定位、整組電