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文檔簡(jiǎn)介
1、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)書(整體方案設(shè)計(jì))項(xiàng)目編號(hào):項(xiàng)目名稱:電池管理系統(tǒng) BMSV0.01V0.01文檔版本:批準(zhǔn)審核校對(duì)設(shè)計(jì).技術(shù)部2015年7月1日管理編號(hào)版本履歷版本日期變更者變更章節(jié)變更內(nèi)容變更理由管理編號(hào) TOC o 1-5 h z 前言4 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 名詞術(shù)語(yǔ)5 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 概要6 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 系統(tǒng)原理框圖7 HYPERLINK l bookmark13 o Current Docu
2、ment 產(chǎn)品規(guī)格8 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 與同類產(chǎn)品的比較 9 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 主芯片選型10 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 電池管理系統(tǒng)的要求 11 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 控制策略的要求及設(shè)想 12 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想 13 HYPERLINK l bookmar
3、k25 o Current Document 電氣設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想 15 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求及設(shè)想 20 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 后 記21參考資料22管理編號(hào)/、乙刖 己開發(fā)電動(dòng)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(cè)精度高。管理編號(hào)名詞術(shù)語(yǔ)BMS電池管理系統(tǒng)BCU電池用管理單元BMU電池檢測(cè)單元LDM絕緣檢測(cè)模塊HCS強(qiáng)電控制系統(tǒng)SOC:電池荷電狀態(tài)管理編號(hào)概要電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)(BMS),管理系統(tǒng)狀態(tài)用于監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車的
4、動(dòng)力電池的工作狀態(tài), 從而采集動(dòng)力電池的狀態(tài)參數(shù),實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(guò)CAN總線與整車控制器、智能充電器、儀表進(jìn)行通訊,對(duì)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(dòng)力電池的工作狀態(tài),對(duì)電池組 SOC進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計(jì),通過(guò)霍爾電流傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)充放電回 路電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),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、溫度、故障代碼、控制指令等信息;BMU的功能是通過(guò)對(duì)各個(gè)單體電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、 對(duì)箱體溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),通過(guò)CAN總線將電池組內(nèi)各單體的電壓
5、、箱體溫度以及其他信息傳 送到BCU,通過(guò)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(duì)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(duì)電池進(jìn)行主動(dòng)式冷熱管理, 保護(hù)電池使用壽命,延長(zhǎng)電池壽命。管理編號(hào)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(jí)管理體系,由一個(gè)電池用管理單元( BCU)和多個(gè)電池 檢測(cè)單元(BMU)、顯示屏(LCD)、絕緣檢測(cè)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模塊通過(guò)CAN總線與多個(gè)BMU模塊及LDM(絕緣檢測(cè)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(guò)電流傳感器
6、采集充放電電流,動(dòng)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(guò)獨(dú)立的CAN總線分別與VCU、充電機(jī)等智能交互,并可通過(guò)繼電器控制實(shí)現(xiàn)對(duì)充放電的二級(jí)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Vmin EKF算法,對(duì)電池組SOC進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計(jì) 電流檢測(cè)通過(guò)霍爾電流傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)充放電回路電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)。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。管理編號(hào)產(chǎn)品規(guī)格電池管理系統(tǒng),是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)的重要組成部分,采用分布式兩級(jí)管理體系, 對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)
7、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(dòng)汽車電池管理系統(tǒng):電池用管理單元;電池檢測(cè)單元;顯示屏;絕緣檢測(cè)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(dòng)汽車運(yùn)行環(huán)境的要求,比如:工作溫度、相對(duì)濕度、抗震性、EMC性能、防護(hù)等級(jí)、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(cè)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。管理編號(hào)與同類產(chǎn)品的比較國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上電池管理系統(tǒng)的代表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
8、過(guò)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(cè)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。管理編號(hào)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(chǎng),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(chǎng)包括汽車安全、混合動(dòng)力和全 電動(dòng)汽車、下一代無(wú)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(dòng)器件等。a.飛思卡爾半導(dǎo)體(FreescaleSemiconducto配全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司,專注于嵌入式處理 解決方案。MK
9、E06P80M48SF0RM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)。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。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)。10管理編號(hào)電池管理系統(tǒng)的要求電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)采用了分布式兩級(jí)管理體系,由一個(gè)電池用管理單元( BCU)和 多個(gè)電池檢測(cè)單元(BMU)、顯示屏(LCD)、絕緣
10、檢測(cè)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(dòng)力電池為本公司生產(chǎn)的 PL151V220電池系統(tǒng)。動(dòng)力電池系統(tǒng)的匹配以滿足整車動(dòng)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。11管理編號(hào)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 Matlab 9.0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 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
11、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)劃分為電池用管理單元,電池檢 測(cè)單元,絕緣檢測(cè)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(chǔ)。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。12管理編號(hào)驅(qū)動(dòng)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(dòng)軟件的開發(fā)環(huán)境為 TASKING VX
12、-toolset for TriCore v3.41 。B.交、直流充電樁匹配設(shè)計(jì)依照標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)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:電頭供捎非車甄充電機(jī)非車就充 電機(jī)控制 裝置檢兩點(diǎn)L 1_i圖2電頭供捎非車甄充電機(jī)非車就充 電機(jī)控制 裝置檢兩點(diǎn)L 1_i圖2硬件設(shè)計(jì)有CC信號(hào)、CP信號(hào)及CC1信號(hào)的接入。軟件依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)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13管理編號(hào)C.特殊要求對(duì)于各種輸入的傳感器信號(hào)和輸出的控制信號(hào),可以進(jìn)行在線標(biāo)定,方便集成調(diào)試。D.其它要求設(shè)
13、計(jì)Canape工程,方便測(cè)試與調(diào)試。1414管理編號(hào)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 0B.電氣設(shè)計(jì)要求表4電氣設(shè)計(jì)要求編R要求范圍主控單元從控單元絕緣檢測(cè)1工作電壓DC9V18VDC9V55V-2工作電流w 2Aw 20mA0 1A3電壓米集0485V05V-4電壓米集精度工 0.5%& 5mV-5電沉米集500A-6休眠電流& 1mA 500uA500uA7SOC古算誤差8%-8均衡電流-300mA-9絕緣電阻檢測(cè)-0-500K Q10溫度采集-40125 C-11溫度米集精度2C-12振動(dòng):頻率 10400Hz振幅 0.21mm13煙霧-14
14、防護(hù)等級(jí)IP6515EMCW 護(hù)EN 50081-2:1993GJB 151A-199716沖擊8g 11ms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15管理編號(hào)V5.0_ISO_1CAN_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(cè)開關(guān)1待測(cè)開關(guān)2待測(cè)開關(guān)316管理編號(hào)
15、V5.0_ISO_2(來(lái)自徵充電機(jī))GND_ISO_2( 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_Out12.0V17管理編號(hào)12.0VHall_Discharge_Out-12.0VNTC1 +車身地CPCC俞出CC2俞出車身地車身地主正觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)輸出主正觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(hào)/ACC充電槍喚醒信號(hào)/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.C
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