汽车电池管理系统

电池管理系统（BMS）介绍资料1/12电池管理系统（BMS）介绍资料浙江科畅电子有限公司电池管理系统（BMS）介绍资料2/12目录一、浙江科畅电子BMS系统主要功能...................................3二、浙江科畅电子BMS系统设计指标...................................4三、浙江科畅电子BMS系统组成........................................41、主控模块与采样模块的MCU.........................................42、电池管理系统整体设计（主控模块）.................................53、电池管理系统整体设计（采样模块）.................................64、主控模块和采集模块功能...........................................65、硬件设计▬电源模块................................................76、系统软件设计▬主控模块............................................87、故障诊断及保护控制策略...........................................98、车载监控显示.....................................................99、车载监控显示-主界面..............................................910、车载监控显示-单体电池电压显示..................................1011、车载监控显示-最高及最低电压模组显示............................1012、车载监控显示-最高及最低温度模组显示............................1113、车载监控显示-故障报警显示......................................11结束语.............................................................12电池管理系统（BMS）介绍资料3/12电池管理系统(BMS)介绍BMS是BATTERYMANAGEMENTSYSTEM的第一个字母简称组合，称之谓电池管理系统。俗称之为电池保姆或电池管家。电池管理系统'BMS(主要就是为了智能化监控及管理电池的状态，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，延长电池的使用寿命，保证用电设备的正常运行。一、浙江科畅电子BMS系统主要功能1、电池端电压的测量:整个系统采用了完全的模块化设计，电路板对外接信号全部采用光电隔离措施，保证了单元模块的抗干扰能力及数据采集精度。2、单体电池间的能量均衡：由于单体电池离散性的差异，电池在使用中，容量一致性会愈来愈差。系统在静置过程中自动进行能量均衡，即为单体电池均衡充电，以使电池模组中各个电池都达到均衡一致的状态。3、电池单元总电压测量与电池单元总电流测量。4、SOC计算：准确估测电池的荷电状态（SOC）即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤。5、动态监测电池单元的工作状态：在电池充放电过程中，实时采集电池模电池管理系统（BMS）介绍资料4/12组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。系统具有单只电池低电压和总电池组低电压报、SOC临界及过低报警功能。实时监测各电池模组的温度，控制电池模组的通排风风扇，保证电池模组内部的热均衡。6、实时数据显示：主控制模块与显示终端共同构成了控制与人机交互系统。显示终端使用了带触摸按键的5真彩色LCD屏，实时显示电池组的总电流、总电压、SOC，实时显示各节电池的电压及电池模组温度测量点的温度，实时显示电池模组中的最高电压、最低电压及所在电池模组编号，实时显示电池模组中的最高温度、最低温度及所在电池模组编号。二、浙江科畅电子BMS系统设计指标项目技术要求说明最高可测量电池768节最大可测量电池500A根据电流变送器可调整SOC估算误差（%）≤8%单体电压测量精度≤±3mv在可测量电压范围内电流测量精度≤1%按电流传感器满量程计算温度测量精度≤±1℃工作温度范围-25℃到-85℃高于电池工作温度要求CAM通讯满足整车控制要求符合国标《商用车控制系统局域网络(CAN总线)通信协议》规范故障诊断对电池故障进行诊断报警在线监测与调试功能满足整车要求三、浙江科畅电子BMS系统组成1、主控模块与采样模块的MCU★高速、流水线结构具兼容的内核可达（25MIPS）可在工业温度范围（-45℃到+85℃）工作，工作电压为2.7~3.6V。100脚封装。★完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有59个数字I/O引脚。★2个16位、1Msps的ADC，带DMA控制器。★控制器局域网（CAN2.0B）控制器，具有32个消息对象，每个消息对象电池管理系统（BMS）介绍资料5/12有其自己的标识掩码。★全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）。★10位、200ksps的ADC，带8通道模拟多路开关。★两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。★64KB可在系统编程的FLASH存储器。★4352（4K+256）字节的片内RAM。★可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口。★硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口。★5个通用的16位定时器。★具有6个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。★片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。2、电池管理系统整体设计（主控模块）主控模块包括继电器控制、电流测量、总电压与绝缘检测和CAN通讯接口等电路。电池管理系统（BMS）介绍资料6/123、电池管理系统整体设计（采样模块）采样模块主要实现电压测量、温度测量、均衡管理、热管理和CAN通讯等电路。4、主控模块和采集模块功能☆电源模块:给各种用电器件提供稳定电源。☆MCU模块:采集、分析数据、收发控制信号。☆继电器控制模块:控制继电器的吸合、断开来控制电池组是否向外供电。☆电流检测模块:采集电池组充放电过程中的充放电电流。☆电压检测模块:测量电池组各个模块电压。☆温度检测模块:检测电池组充放电过程中电池组温度均衡控制模块:对电池均衡进行控制。☆总电压与绝缘检测模块：监测动力电池组总电压以及电池组与车体之间的绝缘是否符合要求。☆CAN收发模块:进行其他控制器与MCU间的数据通信及程序的标定与诊断,电池管理系统（BMS）介绍资料7/12协调整车控制系统与MCU之间的通信。5、硬件设计▬电源模块（1）系统电源模块设计本文使用到的供电电源为车载24V转变成5V。采用隔离电源模块得到电压检测、电流检测、绝缘监测、温度检测用供电电源。在电源输入前端加入二极管完成反向保护，两级滤波电路有利于系统的抗干扰性。（2）主回路控制模块设计BMS主控板给继电器提供驱动电源，MCU输出高低电平控制信号来控制驱动继电器闭合与断开，实现主回路继电器的吸合与开启。串行互锁控制方式，提高控制可靠性。（3）电流采集电路设计电池组在整车的实际工况中，电流的变化范围为-500A至+500A（精度:±1A）之间，为了保证电流采集的精度，采用全范围等精度较高的分流器检测电池组总电流。信号经调整后送MCU外扩展的高速AD760进行数模转换，进而实现电流积分运算。（4）电池电压采集电路设计在实际工况中，随着电池组充放电的进行，电池组的电压不断变化，单体电池之间电压的一致性也会大大影响电池组的性能，所以有必要检测每个单体电池的电压。MCU内部的16位高精度ADC对单体电池电压进行模数转换，单体电池电压的检测精度为±3mV。为提高系统的抗干扰能力，模拟信号和数字信号之间全部采用光电耦合器进行隔离。（5）温度采集电路设计电池组温度也是影响电池组性能的重要参数，电池组温度过高或过低会造成电池组不可逆转破坏。系统的采集模块可对8个温度监测点进行测量和监视。本系统采用热敏电阻式温度传感器，温度检测精度为±1℃。（6）绝缘模块绝缘检测模块用来测试判定动力电池组与车体绝缘是否达标，通过测量直流母线与电底盘之间的电压，计算得到系统的绝缘电阻值。电池管理系统（BMS）介绍资料8/12绝缘模块和主控板MCU之间使用CAN进行通讯。CMU根据绝缘电阻值判别直流母线与电底盘之间的绝缘是否达标。(7)CAN收发模块电路设计系统采用CAN收发器来进行MCU与动力总成控制系统及其他控制器之间通信。CAN通信采用了共模扼流圈滤波等技术，通信抗干扰能力强，通信比较稳定。CAN通道采用MUC内部CAN及一个扩展的CAN控制器。两个CAN通道完全支持CAN2.0B协议。系统对上端的CAN数据通讯采用国标《商用车控制系统局域网络(CAN总线)通信协议》规范。CAN收发器波特率为250kbps，数据结构采用扩展帧(29位ID值)。主控模块和采集模块之间采用内部的CAN规约进行通讯，采集板的电池电压和温度信息发送给主控板。6、系统软件设计▬主控模块(1)主控模块系统上电后，首先进行系统的初始化，对一些重要的参数进行赋值，对相关的外设进行配置和初始化。初始化完成后，进入主循环，在主循环里循环执行电流检测和SOC计量、总电压与绝缘检测、数据处理与故障判断、数据存储、CAN0通讯、CAN1通讯和内部CAN通讯。CAN0通讯为整车控制器及外设的通信通道。CAN1通讯为充电机、电池组数据的通讯通道。内部CAN为主控模块与采集模块之间的数据通讯通道。(2)数据处理与SOC估算承担了电池管理系统核心的计算工作，包括电池组的SOC，最高、最低电池电压，最高、最低温度，电池充电策略，电池组异常报警等数据的分析计算。SOC估算在安时计量方法的基础上，采用电池的OCV-SOC曲线对SOC进行修正。(3)采集模块上电后先完成系统初始化，对一些重要的参数进行赋值，对相关的外设进行配置和初始化。初始化完成后，在主循环里执行电压检测、均衡控制、温度、检测、热管理等程序。模块对电池电压的数据采取了软件二次滤波措施，使单节电池电压数据的精确度得到了更稳定、更精准。电池管理系统（BMS）介绍资料9/127、故障诊断及保护控制策略故障名称故障描述故障处理电池电压过高电池总电压或单体电池电压高于标定值报警、停止用电电池电压过低电池总电压或单体电池电压低于标定值报警、切断用电Soc过高剩余电量过高报警、停止充电Soc低剩余电量低于15%报警、需补电过电流电流超过标定允许数值报警温度过高最高温度超过标定值报警、切断用电Soc过低剩余电量低于5%报警、停止用电绝缘1级故障绝缘等级不达标报警绝缘2级故障绝缘等级不达标报警电流均衡故障电流均衡异常报警8、车载监控显示本系统为适应单独使用，特地设计了车载监控显示屏。终端的信息来源为CAN1、CAN2上通道的数据流。主控模块与监控显示终端共同构成了控制与人机交互系统。显示终端使用了5真彩色触摸LCD屏，实时显示电池组的总电流、总电压、SOC，实时显示各节电池的电压及电池单元温度测量点的温度，实时显示个电池单元最高电压、最低电压及所在电池模组编号，实时显示电池单元最高温度、最低温度及所在电池模组编号。显示终端的信息来源为CAN0、CAN1上通道的数据流。9、车载监控显示-主界面电池管理系统（BMS）介绍资料10/1210、车载监控显示-单体电池电压显示在主界面平面触摸图标，便可进入显示各个模组的单节电池电压和最高温度、最低温度显示界面：11、车载监控显示-最高及最低电压模组显示在主界面平面触摸图标，便可进入最高单体电池电压及最低单体电池电压所在电池模组显示：电池管理系统（BMS）介绍资料11/1212、车载监控显示-最高及最低温度模组显示在主界面平面触摸