电动汽车BMS测试培训(公开版)

电动汽车BMS测试培训部门研发5部汽车测试组编撰王银峰日期2017-08-18江苏博强新能源科技股份有限公司上海博强微电子有限公司上市代码870607目录页STARTTENENDABCDE电池管理系统由来电池管理系统设计电池管理系统功能电池管理系统测试总结02STARTTENENDA电池管理系统的由来电池管理系统由来03BCDE04电池管理系统的由来随着科学技术的高速发展，人类对能源的不断需求，从而产生了二次电池（锂离子池），然而二次电池在循环使用过程中，可能会因为过充，电池热稳定性的影响，发生电芯失效，鼓包，爆炸，起火。为了能够提高二次电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，引发电芯爆炸，起火，而研发出电池管理系统BMS（BATTERYMANAGEMENTSYSTEM）为啥需要电池管理系统05定义：电池系统=电芯+电池管理系统电芯失效原理&分析电芯热稳定性电池内热问题是影响电池安全性能的一大因素，如果失效产生的热不能够迅速释放出去，电池温度将不断升高，持续上升的温度又加剧电池内部活性物质及电解液等组分间的化学、电化学反应，产生更大量的热量与气体，最终导致电池热失控，直至发生冒烟，着火，爆炸等安全事故。正负极材料比电池正负极材料比是影响电池安全性能的另一大因素。正极量过大，造成金属锂的析出，金属锂与电解液、粘结剂之间的反应放出大量的热，使得锂离子电池的安全性能发生恶化。电池管理系统能做什么在电池充放电过程中，实时采集电动汽车动力电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术06准确估测动力电池组当前的荷电状态(StateofCharge，即SOC）建立通讯总线，向显示系统、整车控制器和充电机等之间实现数据交换STARTTENENDA电池管理系统设计电池管理系统设计07BCDE电池管理系统由来电池管理系统设计08热量管理电流电压预测充电管理继电器控制高压互锁均衡黏连检测保护诊断校准引导程序STARTTENENDA电池管理系统功能电池管理系统设计09BCDE电池管理系统由来电池管理系统功能电池管理系统功能10编号功能模块1继电器控制1.继电器闭合2.继电器断开3.继电器状态4.继电器故障5.继电器黏连6.带载切断2充电管理1.交流充电2.直流充电3.剩余充电时间3绝缘监测1.绝缘测量2.绝缘报警4CAN通讯1.内部通讯2.整车通讯3.充电通讯电池管理系统功能11编号功能模块5限值算法1.放电电流限值2.充电电流限值3.单体电压限值4.温度限值5.总电压限值6数据测量1.电压、温度、电流测量周期及精度2.电压数据可靠性监测3.电流数据可靠性监测4.温度数据可靠性监测5.数据统计7SOC估计1.显示SOC2.SOC修正3.SOC报警4.SOC估算5.SOC使用6.SOC标定电池管理系统功能12编号功能模块9功能安全1.高压互锁2.熔断器3.保险丝4.撞车信号5.预充电短路6.24(12)V电源跌至0V10均衡1.一致性诊断2.多路开关式主动均衡3.异常电芯补电4.电阻放电均衡（被动均衡）5.均衡模式11程序1.程序刷写2.程序升级电池管理系统功能13编号功能模块12故障管理1.故障响应2.故障等级13热管理1.加热系统开启2.加热系统关闭3.加热系统状态4.冷却系统开启5.冷却系统关闭6.冷却系统状态14功率预测1.充电功率预测2.放电功率预测15能量预测1.可用能量估计2.剩余可用能量估计3.容量预测16BMS状态1.I/O接口2.BMU工作模式3.初始化STARTTENENDA电池管理系统测试电池管理系统设计14BCDE电池管理系统由来电池管理系统功能电池管理系统测试电池管理系统测试15产品测试电池包测试电池模组测试电芯测试BMS测试电池管理系统测试16为什么需要BMS测试电池管理系统(BMS)是电池系统的一个重要组成部分，它直接检测及管理电池运行的全过程，包括电池充放电过程、SOC估计、电池温度、单体电池电压、单体电池间的均衡、电池组的总压、工作电流、电池组热平衡管理、电池状态分析与在线报警、电池故障诊断等方面。BMS的主要功能是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。对于电动汽车来说，BMS系统肩负着很重要的责任，是电池的核心管家。BMS系统在保障电动汽车电池在使用过程中最大化的发挥经济效益及车辆安全运行中起到了关键作用。电池管理系统测试17序号BMS测试目的1电气性能测试评估BMS的供电环境变化情况下的可靠性2EMC测试评估BMS电磁兼容的可靠性3软件功能测试评估BMS软件功能策略是否实现4环境可靠性测试评估BMS在各种温湿度环境下的可靠性5HiL测试评估BMS仿真真实使用情况下的可靠性电池管理系统测试18序号电气性能测试目的1长期过压测试模拟行驶过程中，因发电机调节器失效引起的发电机输出电压高于正常电压2短时过压模拟电气系统中关掉负载和“踩油门”导致发动机转速加快，使得电压暂时升高的情况3瞬态欠压电气系统中由于开启负载导致的瞬态欠压4电压跃变模拟汽车的外部启动，外加供电电源的情况，最大电压来自外加的电源电压5抛负载（甩负荷）在与蓄电池（放电状态）连接的情况下，断开电气负荷，由于发电机性能而导致一种高能的浪涌脉冲6叠加交流电模拟发动机整个的运转周期均有可能存在叠加的交流电压，交流电压有可能叠加于地板线束上7电压缓升缓降模拟汽车中蓄电池的缓慢放电和缓慢充电的过程8电压缓降快升模拟蓄电池逐渐放电至0V，急速加蓄电池电压的情况，例如通过施加外部启动电源，导致电压快速上升9复位模拟和监测部件在其环境中的复位特性10组合的短时中断监测样品在不同间隔的中断下的性能电池管理系统测试19序号电气性能测试目的11中断信号线中断/连接器中断/电源线中断12供电电压瞬间下降模拟另一电路内的常规熔断器元件熔化时造成的影响13反接模拟当使用辅助启动装置时，测试样品对蓄电池反向连接的抵御能力，同时必须说明可以多次产生极性变换而不会导致部件的损坏14电压偏移如存在两条或多条供电线路时，本试验用于检验组件的可靠运转情况。比如一个组件的电源接地与信号接地的参考点可能不一致，在各个供电点之间可能形成电位差，必须保证部件接地电位差在±1V内不影响部件功能15信号线短路和负载短路对所有的电器输入端和输出端以及在负荷电路中模拟短路16绝缘电阻确保避免测试样品的绝缘电路和传导部件间的电路所必须的最小阻抗，用于检验系统和材料的绝缘特性17击穿强度确保电介质的绝缘耐压能力，检验绝缘材料承受因断开感性负载而产生高电压的能力18静电流检测测量静电流，即在休眠的工作模式下的电量消耗19反馈测试测试在断开BMS唤醒开关时，电源上反馈到该线路上的电压不能超过1V，且反馈的电压应该在20ms内终止（如果反馈到该线路上的电压过大，时间过久，可能唤醒该部件的其他功能，造成部件的其他功能的误动作）20过流测试测试样品内部机械开关/电子输出和触点的过流保护功能电池管理系统测试20测试分类测试项目国外标准国家标准目的发射测量辐射发射测量CISPR12GB14023抑制发射，保护车外接收机CISPR25GB-T18655抑制发射，保护车载接收机SAEJ551-5GB-T18387限制电动车磁场发射抗扰度测试辐射抗扰度测试ISO11451-2N/A增强整车的抗扰度静电放电测试ISO10605GB-T19951增强整车的静电抗扰度和抗破坏性电池管理系统测试21测试分类测试项目国外/车企标准国家标准目的发射测量传导发射-电压法CISPR25GB-T18655抑制发射，保护车载接收机传导发射-电流探头法CISPR25GB-T18656抑制发射，保护车载接收机瞬态传导发射ISO7637-2GB-T21437.2抑制发射，保护车载电子零部件电场辐射发射CISPR25GB-T18655抑制发射，保护车载接收机磁场辐射发射MiL-STD-461EN/A抑制发射，保护车载电子零部件电磁场测量-人体保护ICNIRPN/A抑制发射，保护乘客Slewrate测量车厂标准N/A抑制发射，保护车载接收机抗扰度测试电源线瞬态传导抗干扰ISO7637-2GB-T21437.2增强电子零部件抗扰度和抗破坏性信号线瞬态传导抗干扰ISO7637-3GB-T21437.3增强电子零部件抗扰度大电流注入BCIISO11452-4N/A增强电子零部件抗扰度和抗破坏性电场辐射抗扰度ISO11452-2N/A增强电子零部件抗扰度磁场辐射抗扰度ISO11452-8N/A增强电子零部件抗扰度GSM设备抗扰度车厂标准N/A增强电子零部件抗扰度静电放电ISO10605GB-T19951增强电子零部件抗扰度和抗破坏性电池管理系统测试22编号测试类别目的1继电器控制测试高压继电器的执行能力2限值计算和监控测试综合环境下充放电过程中电压/电流/温度的限值变化（降功率运行）与监控能力3绝缘监控测试绝缘电阻与告警等级4充电管理测试综合环境下充放电过程中的启动/运行/降功率/截至等机制5SOC估算测试BMS对SOC的估算/精度/修正策略6SOH估算测试BMS对电池SOH（剩余寿命）的估算7热管理测试BMS对电池的加热/冷却的控制管理策略8功率预测测试BMS对电池当前可用功率的估算9能量预测测试BMS对电池当前可用能量的估算10电池均衡测试BMS的电池不一致性产生的均衡模式/行为/效果的评估11告警存储和管理测试BMS对各种条件下告警的管理与等级划分12高压安全功能测试BMS对电能存储系统涉及安全部分的监控与保护能力（高压互锁/CAN通讯/12V/高压问题）13继电器诊断测试BMS诊断主/负/预充继电器状态的能力（开/关/短路/断路/粘连）14历史直方图测试BMS对历史运行数据的记录（如继电器次数/容量/里程/寿命/故障序列/云计算）电池管理系统测试23编号测试类别目的1耐高温性能模拟长时间在高温环境下存储后，必须保证BMS的功能不失效2高温运行模拟长时间在高温环境下运行，必须保证BMS的功能不失效（或无重大功能失效，具备可恢复性）3耐低温性能模拟长时间在低温环境下存储后，必须保证BMS的功能不失效4低温运行模拟长时间在低温环境下运行，必须保证BMS的功能不失效（或无重大功能失效，具备可恢复性）5耐温度变化性能模拟车主在严苛使用环境，长时间反复使整车底盘处于冷热变换的环境下（特殊路况），必须保证BMS的功能不失效（或无重大功能失效，具备可恢复性）6耐盐雾性能模拟长时间在海上或者高盐度环境下存储后，必须保证BMS的功能不失效7耐湿热性能模拟长时间在高温高湿交变的情况下（热带地区或特殊地区仓储）存储后，必须保证BMS的功能不失效8耐振动性能模拟长时间在反复振动/震动的情况下运行，必须保证BMS的功能不失效（或无重大功能失效，具备可恢复性）9跌落模拟在装配/运输/售后过程中意外跌落的情况，必须保证BMS的功能可靠有效10防尘评估BMS的防尘能力11防水评估BMS的防水能力12温升评估在持续大电流充放电过程中，BMS的温升速度电池管理系统测试24硬件在环(hardware-in-the-loop，HIL)硬件在环仿真测试是以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与被测的ECU连接，对被测ECU进行全方面的、系统的测试。在新能源汽车这个全新的领域中，硬件在环仿真测试对于三大核心电控系统：VCU、BMS、MCU是非常重要的。其高精度的实时性要求、大电压大电流的安全性、信号接口的特殊属性、以及系统的可扩展性都使得传统汽车电控系统的硬件在环仿真测试系统无法解决。总结STARTTENENDABCDE电池管理系统由来电池管理系统设计电池管理系统功能电池管理系统测试总结25STOPTHANKS!THEEND