项目评审报告-2

新一代电池管理系统报告人：周琦E-mail：[e-mail]2背景简介研究内容实施方案进度安排预期成果与经费预算Page3背景简介：能源危机和环境污染问题的日益加剧使得电动汽车的研究成为汽车研究的重要方向。而电动汽车动力电池的电池管理系统作为电动汽车的核心部件,也成为了电动汽车领域的一个研究重点。电池管理系统(BMS)通过对动力电池总电压、总电流、单体电压、温度和绝缘电阻等物理参数的实时测量以及控制,实现对动力电池的实时监控,为电动汽车稳定安全运行提供保障,同时也是提高动力电池的使用效率和使用寿命的保证。电池管理系统作为连接车载电池和电动汽车以及与用户的重要纽带，成为研制、开发的重要环节之一。Page4背景简介研究内容实施方案进度安排预期成果与经费预算Page5研究内容：通过电池管理系统(BMS)中的关键技术的研究为BMS集成系统的开发提供技术保障与支撑。从而进一步提高电池管理系统运行的稳定性、安全性和可靠性。在现有量产电池管理系统技术和上述关键技术研究的基础上，开发新一代电动汽车锂动力电池管理系统(BMS)。进一步完善电池管理系统功能，提高电池状态估计的精度和鲁棒性，优化产品的性能。Page6BMS关键技术研究：研究适应不同环境工况下的电池SOC估算方法，提高SOC估计的精度和鲁棒性。研究车载动力电池组健康状态（SOH）的估计方法和实现技术。研究基于主动均衡电路的控制策略与算法实现。研究与规范电池管理系统测试与标定技术。Page7BMS集成系统开发：BMS集成系统的开发是在上述关键技术研究的基础上，完成电池管理系统的硬件与软件开发，通过软件硬件联合调试，测试并完善系统功能，最终实现满足系统功能需求新一代电池管理系统。Digitalcore温度检测全局时钟电压检测电流检测绝缘检测电源模块通信模块人机交互数据存储模块热管理模块均衡模块故障检测SOC估计SOH估计Page8背景简介研究内容实施方案进度安排预期成果与经费预算Page9实施方案：设计要求电池管理系统主从式结构BMS集成系统开发BMS关键技术研究可行性分析项目成员分工Page10实施方案（设计要求）：性能指标：1供电电压额定工作电压：24V；工作电压范围：直流18V～36V。2单体电压采集BMS单体电压采集范围：0V～5V；电压值0V～2V（含2V），误差绝对值≤5.0%F.S.R（即≤100mV）；电压值2V～5V，误差绝对值≤0.2%F.S.R（即≤10mV）。3总电压采集电压检测范围：0V～400V；电压值为0V～200V时，误差绝对值≤1%F.S.R(即≤2V)；电压值为200V～400V时，误差绝对值≤0.25%F.S.R(即≤1V)。4温度采集BMS温度采集范围：-40℃～125℃；误差绝对值≤1℃；测量精度±0.5℃。5电流采集BMS电流采集范围：-400A～400A；电流绝对值0A～200A（含200A），误差绝对值≤0.5%F.S.R(即≤1A)；电流绝对值200A～400A，误差绝对值≤0.5%F.S.R(即≤2A)。6SOC估算精度符合QC/T897-2011电动汽车用电池管理系统技术条件4.2.4要求，同时SOC测试工况下：80%SOC30%时，精度要求≤8%；SOC≥80%或SOC≤30%时，精度要求≤6%。分辨率≤0.1%。Page11实施方案（设计要求）：7均衡电流主动均衡电流不小于2A，被动均衡电流不小于200mA。8工作电流BMS在继电器断开情况下，BMS的工作电流≤1A。9初始化时间BMS从上电到发出有效的整车CAN通信信号，初始化时间≤350ms。10通信接口终端电阻CAN终端电阻要求：整车通讯、诊断CAN无终端电阻（PCB板上设计但不焊接）；直流充电CAN带120Ω终端电阻；内部的INCAN无终端电阻（PCB板上设计但不焊接）。11通讯速率RS485:9600bps；CAN:250kbps。12数据存储记录周期范围：2s~10s；记录内容：单体电压、温度、电流、总压、SOC等关键历史数据。Page12实施方案（设计要求）：可靠性指标1防护等级满足GB/T4942.2要求。2抗震等级满足GB/T18488.2-2001要求。3电池及管理系统高压安全性符合GB-T18384的规定要求。具有过压，过流及短接和反接保护。耐电压满足GB/T18488.1-2001。4绝缘电阻，绝缘耐压，防火阻燃符合GB4943有关要求等安全性能。5电磁兼容性要求满足GB/T18655-2002，GB/T17619-1998，GB/T21437.2-2008的要求。环境指标1存储环境温度存储环境温度范围：-40℃～90℃。2工作环境温度工作环境温度范围：-40℃～85℃。3工作湿度工作湿度范围：≤90%，不结露。Page13实施方案：设计要求电池管理系统主从式结构BMS集成系统开发BMS关键技术研究可行性分析项目成员分工Page14电池管理系统主从式结构（从机）：电压与温度检测芯片LED数码管MCU接插件24VDC/5VDC电源模块滤波电路晶振数字隔离芯片Page15电池管理系统主从式结构（主机）：CAN2MicroSD数据存储MCU电源模块滤波电路接插件纽扣电池SD卡稳压芯片二级运放电流检测基准电压芯片继电器控制晶振CAN1INCANCAN324VDC/12VDC12VDC/5VDCPage16实施方案：设计要求电池管理系统主从式结构BMS集成系统开发BMS关键技术研究可行性分析项目成员分工Page17实施方案（BMS集成系统开发）：熔断器24VDC/DC滤波电路滤波电路24V5V5V从机DC/DC滤波电路滤波电路5V5VCAN通讯模块BMU测量电路其他模块供电熔断器24VDC/DC滤波电路滤波电路24V12V主机DC/DC滤波电路滤波电路12V5V12V5V电流检测电路DC/DC滤波电路滤波电路5V3.3VCCU5V3.3VCAN通讯模块电源模块数据存储模块实时时钟实时时钟其他模块供电电源设计：电源模块的主要功能是为BMS中各模块提供工作所需的电源。考虑到系统的冗余性，新一代BMS拟增加一组备用电池组为电池管理系统电源模块提供电源，使电池组能够在电压过低时切换到备用电池组来维持BMS的正常工作。电源模块Page18实施方案（BMS集成系统开发）：电流、电压与温度检测：电流、电压与温度检测的精度直接影响着电池状态估计的准确性和电池的安全性，新一代电池管理系统将从传感器选型和电路设计两方面考虑，提升电流和电压信号的检测精度，从而进一步提高电池组SOC的估计精度。电压与温度监测芯片数字隔离MCU......电压信号1电压信号2电压信号12SPI温度信号1温度信号2REF3040基准电压芯片5V4.096V运放1运放2电源模块+12V-12V+12V-12VA/D芯片IICMCU电流信息电流检测模块电压与温度检测模块Page19实施方案（BMS集成系统开发）：人机交互与CAN通信：人机交互主要通过CAN分析仪与PC建立连接来对电池管理系统进行参数配置和显示电池的实时状态信息。从而方便用户、电池维护人员以及系统设计人员掌握电池的状态信息。新一代电池管理将开发功能更加强大的电池管理系统的人机交互平台。CAN通信模块人机交互CAN收发器CAN_HCAN通讯CAN_L数字隔离MCUCAN分析仪PCBMUCAN通讯模块CCU人机交互电池组实时状态信息信息配置CANPage20实施方案（BMS集成系统开发）：人机交互Page21实施方案（BMS集成系统开发）：历史数据存储与数据分析：新一代电池管理系统针对电池管理系统SD卡数据，建立数据库存储系统与数据分析系统，为电池行为的预测、电池衰减情况的评估提供数据支撑。高速CAN1USB连接整车信息实时数据历史数据BMUCCU......传感器传感器传感器...BMU传感器传感器传感器...BMU传感器传感器传感器...CAN分析仪SD卡数据库SPI电池信息数据连接设备（BDE）上位机软件整车控制器高速CAN2数据分析与系统评价电池管理系统（BMS）历史数据存储历史数据分析平台实施方案（BMS集成系统开发）：Page23实施方案（BMS集成系统开发）：系统集成：电池管理系统（BMS）应当保证电池工作在最佳的环境下，并将由BMU获取的关于电池状态的相关参数传送给CCU和外部系统（整车控制器、远程通讯系统等），电池热管理系统与电池均衡系统在BMU的控制下共同工作，保证电池在高效、可靠条件下运行。CCU根据BMU的实时数据进行在线诊断（OBD），并将数据进行显示与存储，对异常状态进行故障报警。CCU内部通过高精度估计算法对电池当前的荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）进行估计。BMUCCUSOC估计SOH估计故障诊断数据处理电压检测电路温度传感器阵列绝缘检测电路电压信号绝缘检测信号温度信号电源模块均衡模块热管理模块全局时钟无线通讯模块电源模块直流24V直流24V故障报警霍尔电流传感器电流信号通信模块CAN2上位机CAN1SD卡SPI通信模块Page24BMS集成系统开发（关键技术、难点，可能的解决思路）：关键技术、难点：1）电池信息（包括：电压、电流、温度等信号）的准确获取与信息的可靠传输，即数据采集的可靠性与数据传输的稳定性；2）电池故障分析与在线报警，电池管理系统的自检与相应处理；3）电池管理系统与充电机进行CAN通讯实现协调控制和优化策略；4）电池热管理与电池均衡的实现。可能的解决思路：1）选用精度较高的传感器（特别是电流信号）；通过合理的PCB板布局、布线，设计滤波、隔离电路等方法构建稳定的数据传输与CAN通信网络；2）通过监控软件对电池状态进行实时监控，发现故障及时通知用户，对历史数据进行及时保存和分析，设计相应的自检程序；3）规范控制协议，研究充电优化策略；4）准确获取电池温度信息，合理布局温度探头位置，完善风扇控制策略；设计电池主动均衡电路，研究基于主动均衡电路的均衡控制策略。Page25实施方案（BMS集成系统开发）：方案一：电路调整单片机升级：英飞凌8位单片机升级为飞思卡尔16位单片机，单片机型号为：MC9S08DZ60/MC9S12XEP100。具体任务完成基于飞思卡尔16位单片机的程序调试和系统测试；制定电池管理系统测试标准与标定规范。截止时间2014年2月底已有成熟技术电源技术、信号获取与传输技术、数据处理技术、通信技术、数据存储技术、故障诊断与预警技术。重点攻关技术基于16位单片机系统的程序移植与开发；BMS测试与标定技术的研究。Page26实施方案（BMS集成系统开发）：方案二：已有成熟技术电源技术、信号获取与传输技术、数据处理技术、通信技术、数据存储技术、故障诊断与预警技术。电路调整单片机升级：英飞凌8位单片机升级为飞思卡尔16位单片机，单片机型号为：MC9S08DZ60/MC9S12XEP100；电池冗余电路设计；主动均衡电路的设计；（无线通讯模块电路设计）。具体任务完成基于飞思卡尔16位单片机的程序调试和系统测试；电池冗余切换策略的研究；基于主动均衡的硬件电路调试和均衡策略研究；（无线通讯程序设计与调试）。截止时间2014年8月底重点攻关技术基于16位单片机系统的程序移植与开发、电池冗余技术、电池均衡技术、（无线通讯技术）等。Page27实施方案：设计要求电池管理系统主从式结构BMS集成系统开发BMS关键技术研究可行性分析项目成员分工Page28实施方案（BMS关键技术研究）：不同环境工况下的电池SOC估算方法的研究：锂电池组的SOC直接反映了电池组的剩余容量，是评估电池组当前性能的重要指标，同时也是估计电动汽车续航能力的重要参数。然而，由于环境变化导致的电池温度、内阻等的变化都会导致电池SOC发生变化。因此，要进一步提高电池SOC的估计精度和鲁棒性需要借助更加先进算法。通过研究EKF、UKP、UPF、模糊算法、遗传算法等方法，研究提高SOC估计精度和鲁棒性的估计方法。锂电池健康状态（SOH）估计方法的研究：锂离子电池SOH评估及预测的