電池管理系統(tǒng)BMS系統(tǒng)方案設計書

1、系統(tǒng)方案設計書（整體方案設計）項目編號:項目名稱:電池管理系統(tǒng) BMSV0.01V0.01文檔版本:批準審核校對設計.技術部2015年7月1日管理編號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 TOC o 1-5 h z 前言4 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 名詞術語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想 12 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 驅(qū)動設計的要求及設想 13 HYPERLINK l bookmar

3、k25 o Current Document 電氣設計的要求及設想 15 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 機構(gòu)設計的要求及設想 20 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 后 記21參考資料22管理編號/、乙刖 己開發(fā)電動汽車電池管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)的全面實時監(jiān)控，具有良好的電池均衡性 能，檢測精度高。管理編號名詞術語BMS電池管理系統(tǒng)BCU電池用管理單元BMU電池檢測單元LDM絕緣檢測模塊HCS強電控制系統(tǒng)SOC:電池荷電狀態(tài)管理編號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

4、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、儀表進行通訊，對電 池系統(tǒng)進行安全可靠、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進行動態(tài)估計，通過霍爾電流傳感器，實現(xiàn)對充放電回 路電流的實時監(jiān)測，保護電池系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與 BMU、整車控制器、充電機等進行通信，交 互電壓、溫度、故障代碼、控制指令等信息；BMU的功能是通過對各個單體電壓的實時監(jiān)測、 對箱體溫度的實時監(jiān)測，通過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,通過與智能充電樁交互數(shù)據(jù)信息，充電期間實時估算電池模塊SOC,對電芯進行充電均衡，提高單節(jié)電芯的一致性，提高整組電池使用性能，對電池進行主動式冷熱管理， 保護電池使用壽命，延長電池壽命。管理編號系統(tǒng)原理框圖圖1系統(tǒng)原理圖電池系統(tǒng)典型應用了分布式兩級管理體系，由一個電池用管理單元（ BCU）和多個電池 檢測單元（BMU）、顯示屏（LCD）、絕緣檢測模塊（LDM）、強電控制系統(tǒng)（HCS）、電流傳感 器（CS）以及線束組成。系統(tǒng)中BCU模塊通過CAN總線與多個BMU模塊及LDM（絕緣檢測模塊）實時通信，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

6、采集充放電電流，動態(tài)計算 SOC。BCU計算分析得出電池組綜合信息后，仲裁進行系統(tǒng)管理，通過獨立的CAN總線分別與VCU、充電機等智能交互，并可通過繼電器控制實現(xiàn)對充放電的二級保護，滿足客戶多 樣化的安全控制需求，保障系統(tǒng)穩(wěn)定高效地運行。SOC計算采用Vmin EKF算法，對電池組SOC進行動態(tài)估計 電流檢測通過霍爾電流傳感器，實現(xiàn)對充放電回路電流的實時檢測。通 信功能外帶3路CAN接口，可實現(xiàn)與BMU、整車控制器、充電機等進行通信，交互電壓、 溫度、故障代碼、控制指令等信息。管理編號產(chǎn)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

7、行實時全面監(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)：電池用管理單元；電池檢測單元；顯示屏；絕緣檢測模塊；強 電控制模塊，電流傳感器等組成。另外實現(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、防護等級、抗沖擊、可靠性等。b.與傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)相比，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)精度提升，故障與保護及時反饋，電池安全 性能更好的保障。c.外觀尺寸合理，滿足結(jié)構(gòu)強度要求，安裝方便。管理編號與同類產(chǎn)品的比較國內(nèi)市場上電池管理系統(tǒng)的代表廠家是惠州億能電子有限公司/哈爾濱冠拓電源設備有限公司，與之相比，系統(tǒng)可以考慮在如下方面進行優(yōu)化，達到或超

8、過同類產(chǎn)品。a.實現(xiàn)完善的溫度、電流、單體電壓等功能監(jiān)測控制。b.強化系統(tǒng)SOC估算，數(shù)據(jù)采樣精度。c.外觀尺寸設計合理，安裝方便。管理編號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、工業(yè)和消費電子市場，提供的技術包括微處理器、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、下一代無線基礎設施、智能能源管理、便攜式醫(yī)療器件、消費電器以及智能 移動器件等。a.飛思卡爾半導體（FreescaleSemiconducto配全球領先的半導體公司，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 信定時和控制外設，以及不同容量的內(nèi)存和引腳數(shù)。MKE06P80M48SF0RM是飛思卡爾產(chǎn)品中的價值優(yōu)化產(chǎn)品，經(jīng)濟效益較好。MKE06P80M48SF0RM的時鐘頻率為80/133MHz,具有高端微控制器的性能和 DSP功 能，完全可以滿足實時性的要求。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。10管理編號電池管理系統(tǒng)的要求電動汽車電池管理系統(tǒng)采用了分布式兩級管理體系，由一個電池用管理單元（ BCU）和 多個電池檢測單元（BMU）、顯示屏（LCD）、絕緣

10、檢測模塊（LDM）、強電控制系統(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管理編號控制策略的要求及設想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中進行仿真驗證，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想首先定義工作狀態(tài)，按控制功能劃分各個模塊，初步規(guī)劃分為電池用管理單元，電池檢 測單元，絕緣檢測模塊，強電控制系統(tǒng)，電流傳感器，顯示屏等，基于各個工作環(huán)境實現(xiàn)任 務功能的調(diào)度。D.特殊要求策略中包含故障診斷和處理的功能，控制器不僅要負責自身的故障處理，同時要接收各 子系統(tǒng)的故障信息，一方面做出整車的協(xié)調(diào)響應，另一方面進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)絡進行通訊，符合相關協(xié)議的要求。12管理編號驅(qū)動設計的要求及設想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 TASKING VX

12、-toolset for TriCore v3.41 。B.交、直流充電樁匹配設計依照標準電動汽車傳導充電用連接裝置第 2及關于交 流充電裝置連接界面與控制引導原理，以及第3及關于直流充電裝置連接界面與控制引導原理，如圖2所示：電頭供捎非車甄充電機非車就充 電機控制 裝置檢兩點L 1_i圖2電頭供捎非車甄充電機非車就充 電機控制 裝置檢兩點L 1_i圖2硬件設計有CC信號、CP信號及CC1信號的接入。軟件依據(jù)標準電動汽車電池管理系統(tǒng)與非車載充電機之間的通信協(xié)議設計各階段流程及通訊協(xié)議13管理編號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，可以進行在線標定，方便集成調(diào)試。D.其它要求設

13、計Canape工程，方便測試與調(diào)試。1414管理編號電氣設計的要求及設想A.開發(fā)及調(diào)試的軟硬件環(huán)境Protel99、AutoCAD 0B.電氣設計要求表4電氣設計要求編R要求范圍主控單元從控單元絕緣檢測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-0-500K Q10溫度采集-40125 C-11溫度米集精度2C-12振動：頻率 10400Hz振幅 0.21mm13煙霧-14

14、防護等級IP6515EMCW 護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/公共端預充/常開端預充/公共端主正/常開端主正/公共端主負/常開端主負/公共端待測開關1待測開關2待測開關316管理編號

15、V5.0_ISO_2（來自徵充電機）GND_ISO_2（ 自車載充電機）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監(jiān)測輸出主正觸點監(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.C