BMS的设计技术框架

BMS设计技术框架2014-12-17电池管理系统•功能–实时监测电池状态•外特性内部状态–获取电池状态热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障报警–数据交换•通信总线–显示系统、整车控制器和充电机等实现设计指标示例项目技术要求最高可测量总电压450VDC最大可测量电流500ASOC估算误差（％）≤6单体电压测量精度≤0.5%FS电流测量精度≤1%FS温度测量精度≤±1℃工作温度范围－30℃-85℃CAN通讯满足整车控制要求故障诊断对电池故障进行诊断报警故障记忆功能统计、记录故障时电池状态信息在线监测与调试功能满足整车要求BMS框架整车控制器电机控制器……电池管理系统主控模块从控模块1从控模块2从控模块3从控模块4从控模块5从控模块6从控模块7从控模块8充电机车载监控系统高速CAN1高速CAN2内部CAN总线车辆充电插头从控模块9从控模块10电流总电压与绝缘BMS框架—主机隔离隔离隔离隔离隔离中央处理器RS232模块存储设备硬件看门狗总电压与绝缘检测CAN2模块继电器控制24V绝缘检测线CAN0模块电流检测安时计量电流检测线CAN1模块电源变换系统时钟BMS框架—从机隔离隔离隔离隔离中央处理器电源变换存储设备硬件看门狗温度检测电压检测风机控制24V电压检测线温度检测线CAN模块系统时钟均衡控制芯片选型参数主控模块从控模块型号9S12DT1289S08DZ32工作频率24MHz16MHzFLASH128k32kRAM4K2KCAN控制器311封装11232各模块•电源模块隔离电源滤波电路•回路控制模块串行互锁控制方式•电流采集电路分流器|D光耦隔离MCU•电压采集电路光耦隔离•温度采集电路SW•绝缘模块测量直流母线与底盘之间的电压•CAN收发模块波特率|数据结构•RS232MAX232|波特率软件—主控•算法–安时计量–OCV-SOC修正入口初始化系统电流检测与SOC计量总电压与绝缘检测处理CAN0(内部通信)处理CAN1（整车控制器）处理232通讯数据存储数据处理与故障判断处理CAN2监控终端、充电机•电压检测•均衡控制•温度检测•热管理初始化系统均衡控制温度检测热管理数据计算处理与故障判断232通信CAN通信数据存储电压检测软件—从控故障诊断及保护控制策略•故障–BMS温度控制系统失效–BMS故障绝缘等级低–单体或总电压过高–SOC偏低–充电电流过大–放电电流过大–充电温度过低•控制策略–故障警告、发送断电控制命令、降低电流输出BMS厂商•深圳中聚电池有限公司•宁德新能源科技有限公司•杭州高特电子设备有限公司•合肥国轩高科动力能源股份•先进储能材料国家工程研究中心•惠州市亿能电子BMS设计知识领域•工业控制自动化–检测设备–仪器仪表•电力电子–汽车电子–开关电源软件工程师—底层软件•单片机开发–8/16或32位单片机（freescale、ST、C51、ARM、DSP、PIC）–VHDL或VerilogHDL，CPLD–TIDSP•嵌入式操作系统–理解RTOS（WINCE、Linux、uCOS-II）等–外设芯片的驱动开发（模型概念、MCAL）•代码–MISRAC–汇编,C–优化,集成–MATLAB/RTW自动代码生成技术软件工程师—底层软件(续)•总线–USART、IIC、SPI、CAN、以太网、RS485、Modbus、Profibus等；•汽车电子软件架构–Auto-Spice–Autosar（RTE）•底层配置工具–Vector、CanOe软件工程师—上位机•VB,VC,C#,LabVIEW•IBMRational•软件集成•软件工程思想：高质量编程–软件模块化和参数化软件工程师—算法•软件编制测试标定应用验证•流行的算法–熟悉SOC,SOH算法–功率估算–内阻估算–电池模型–kalman滤波•控制理论•软件：MATLAB,DSPACE,CanOe,Vector软件工程师—策略•控制策略和监控策略–制定&优化•整车功能进行联调工作步骤•Modelinloop(MIL)迭代周期很快非实时–控制器和被控设备都使用Simulink建模和仿真–修改控制模型并迅速修改测试•Softwareinloop(SIL)迭代周期稍微变慢非实时–控制器模型被转换（人工或者自动）为C/C++/HDL代码，进行仿真–检查代码错误•Processorinloop(PIL)迭代周期显著变慢实时外部环境–代码运行在微处理器/FPGA中，使用JTAG或其他连接到被控设备模型–查找执行方面的问题执行时间•Hardwareinloop(HIL)迭代周期非常慢–控制器通过真实IO与被控设备连接–被控设备由实时终端实现，欺骗控制器，使其认为是真实的被控对象–长用于软件验证而非开发，这一环境由于更加逼近真实情况而暴露出更多的问题目标：控制器验证（MBD）•ModelBasedDesign(MBD)–基于需求设计被控设备的控制器•验证：对应的测试用例是否输出期望结果•实际使用的工具–Mathworks：SimulinkVerificationandValidation–NIVeriStand•MathworksModelNIreal-timehardware–Matlab/SimulinkLabVIEW–xPCtarget•lhpsoftware.com•Simulinkadd-in–NIhardwarexPC硬件工程师-电子•PCBA设计、画板、打样、SMT、调试•模拟电路和数字电路–模拟信号调理与采集电路（高压隔离采集）•电压、电流采集、温度–基于微处理器的数字电路设计•PCB–布局、模拟电路布线–工具：AltiumDesigner、PADS、Protel、Cadence,CR5000•信号分析和单板调试–电磁兼容–电路可靠性预计、电路故障树分析、电路失效模式分析、电路热分析、潜在路径分析、最坏情况分析–工具:Pspice,Ansys•汽车电子元器件的应用测试工程师—电池相关•电池特性（外特性）–锂系电池充放电曲线，镍氢动力电池；•电池工艺设计知识•电化学•电池试验要求，根据试验数据获取电池模型参数测试工程师—整车•测试内容–主要考虑国标和对应企标要求比如安全、功能、性能、可靠、失效等方面–测试台架需求制定–测试案例有效性制定–从整车系统功能上.对BMS系统进行全面测试–制定产品测试流程.并及时反馈测试异常并跟踪.直至测试全部通过标准、专利•本专业设计和试验标准、国家相关法规，研究设计技术和方法。–编写有关的技术标准的能力–科技专利Tesla,丰田–编写技术资料。•标准–ISO26262•定位在汽车行业中特定的电气器件、电子设备、可编程电子器件等功能安全基本标准。派生于IEC61508系统功能设计师—电池管理系统•BMS原理–技术指标，系统架构和模块功能–均衡充放电、电池热管理•匹配–电动汽车工作原理–电机控制器的原理和各项性能指标–安规要求•经验要求–大功率动力电池管理系统控制原理–300节动力锂电管理充放电系统设计经验–了解竞争对手产品技术水平相关群体•电动汽车用动力蓄电池与电机技术国际研讨会•国家“863电动汽车专项课题