1、电池管理系统BMS系统方案设计书项 目 编 号：项 目 名 称：电池管理系统BMS文 档 版 本：V0.01批准审核校对设计 . . . . . . . . 技术部2015年 7 月 1 日版 本 履 历版本日期变更者变更章节变更内容变更理由1. 前 言 开发电动汽车电池管理系统，此系统的全面实时监控，具有良好的电池均衡性能，检测精度高。2. 名词术语 BMS：电池管理系统BCU：电池串管理单元BMU：电池检测单元LDM：绝缘检测模块HCS：强电控制系统SOC: 电池荷电状态3. 概 要 电动汽车电池管理系统（BMS），管理系统状态用于监测电动汽车的动力电池的工作状态，从而采集动力电池的状态参
2、数，实现动力电池的SOC状态、温度、充放电电流和电压的监控。电池管理系统主要是BMS通过CAN总线与整车控制器、智能充电器、仪表进行通讯，对电池系统进行安全可靠、高效管理。电池管理系统包括BCU和BMU，BCU主要作用是：根据动力电池的工作状态，对电池组SOC进行动态估计，通过霍尔电流传感器，实现对充放电回路电流的实时监测，保护电池系统，可以实现与BMU、整车控制器、充电机等进行通信，交互电压、温度、故障代码、控制指令等信息；BMU的功能是通过对各个单体电压的实时监测、对箱体温度的实时监测，通过CAN总线将电池组内各单体的电压、箱体温度以及其他信息传送到BCU，通过与智能充电桩交互数据信息，充
3、电期间实时估算电池模块SOC，对电芯进行充电均衡，提高单节电芯的一致性，提高整组电池使用性能，对电池进行主动式冷热管理，保护电池使用寿命，延长电池寿命。4. 系统原理框图 图1 系统原理图电池系统典型应用了分布式两级管理体系，由一个电池串管理单元（BCU）和多个电池检测单元(BMU)、显示屏（LCD）、绝缘检测模块（LDM）、强电控制系统（HCS）、电流传感器（CS）以及线束组成。系统中BCU模块通过CAN总线与多个BMU模块及LDM(绝缘检测模块)实时通信，获取单体电压、箱体温度、绝缘阻值等系统参数，通过电流传感器采集充放电电流，动态计算SOC。BCU计算分析得出电池组综合信息后，仲裁进行系
4、统管理，通过独立的CAN总线分别与VCU、充电机等智能交互，并可通过继电器控制实现对充放电的二级保护，满足客户多样化的安全控制需求，保障系统稳定高效地运行。SOC计算采用Vmin EKF算法，对电池组SOC进行动态估计 电流检测通过霍尔电流传感器，实现对充放电回路电流的实时检测。通信功能外带3路CAN接口，可实现与BMU、整车控制器、充电机等进行通信，交互电压、温度、故障代码、控制指令等信息。5. 产品规格 电池管理系统，是电动汽车动力电池系统的重要组成部分，采用分布式两级管理体系，对电动汽车动力电池系统进行实时全面监控，保证电池的正常工作和安全性。 电动汽车电池管理系统：电池串管理单元；电池
5、检测单元；显示屏；绝缘检测模块；强电控制模块，电流传感器等组成。另外实现故障诊断与处理的功能。产品的性能：a.满足电动汽车运行环境的要求，比如：工作温度、相对湿度、抗震性、EMC性能、防护等级、抗冲击、可靠性等。b.与传统电池管理系统相比，实现检测数据精度提升，故障与保护及时反馈，电池安全性能更好的保障。c.外观尺寸合理，满足结构强度要求，安装方便。6. 与同类产品的比较 国内市场上电池管理系统的代表厂家是惠州亿能电子有限公司/哈尔滨冠拓电源设备有限公司，与之相比，系统可以考虑在如下方面进行优化，达到或超过同类产品。a.实现完善的温度、电流、单体电压等功能监测控制。b.强化系统SOC估算，数据
6、采样精度。c.外观尺寸设计合理，安装方便。7. 主芯片选型 选用飞思卡尔的MKE06P80M48SF0RM作为电池管理系统的主芯片，飞思卡尔面向汽车、网络、工业和消费电子市场，提供的技术包括微处理器、微控制器、传感器、模拟集成电路和连接。飞思卡尔的一些主要应用和终端市场包括汽车安全、混合动力和全电动汽车、下一代无线基础设施、智能能源管理、便携式医疗器件、消费电器以及智能移动器件等。a. 飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)是全球领先的半导体公司，专注于嵌入式处理解决方案。b. MKE06P80M48SF0RM工作频率48MHz，具有ESD/EMC性能和CAN，以及模
7、拟，通信定时和控制外设，以及不同容量的内存和引脚数。c. MKE06P80M48SF0RM是飞思卡尔产品中的价值优化产品，经济效益较好。d. MKE06P80M48SF0RM的时钟频率为80/133MHz，具有高端微控制器的性能和DSP功能，完全可以满足实时性的要求。e.公司有MKE06P80M48SF0RM的全套开发工具，并且研发人员有使用该芯片的经验。8. 电池管理系统的要求 电动汽车电池管理系统采用了分布式两级管理体系，由一个电池串管理单元（BCU）和多个电池检测单元(BMU)、显示屏（LCD）、绝缘检测模块（LDM）、强电控制系统（HCS）、电流传感器（CS）以及线束组成。动力电池为本
8、公司生产的PL151V220电池系统。动力电池系统的匹配以满足整车动力性、经济性为原则。通讯方面基于CAN2.0，要求制定整车CAN通讯协议，电池系统电池管理系统满足整车CAN通讯协议要求。9. 控制策略的要求及设想 A.开发及仿真的软硬件环境控制策略开发环境为Matlab 9.0和Targelink3.2，使用simulink和Stateflow编写控制策略， simulink中进行仿真验证，然后基于Targelink3.2转化成C代码。B控制策略的方向考虑整车电量、工作环境，充电模式和放电模式基于规则的控制与切换。充电模式下电池组SOC估算。C.主要工况及策略的设想首先定义工作状态，按控制
9、功能划分各个模块，初步规划分为电池串管理单元，电池检测单元，绝缘检测模块，强电控制系统，电流传感器，显示屏等，基于各个工作环境实现任务功能的调度。D.特殊要求策略中包含故障诊断和处理的功能，控制器不仅要负责自身的故障处理，同时要接收各子系统的故障信息，一方面做出整车的协调响应，另一方面进行整车所有故障的编码和存储。 E.其它要求与其他控制器之间采用CAN网络进行通讯，符合相关协议的要求。10. 驱动设计的要求及设想 A.开发及调试的软硬件环境驱动软件的开发环境为TASKING VX-toolset for TriCore v3.41。B交、直流充电桩匹配设计依照标准电动汽车传导充电用连接装置第
10、2及关于交流充电装置连接界面与控制引导原理，以及第3及关于直流充电装置连接界面与控制引导原理，如图2所示：图2 硬件设计有CC信号、CP信号及CC1信号的接入。软件依据标准电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议设计各阶段流程及通讯协议。 C.特殊要求对于各种输入的传感器信号和输出的控制信号，可以进行在线标定，方便集成调试。D.其它要求设计Canape工程，方便测试与调试。11. 电气设计的要求及设想 A.开发及调试的软硬件环境Protel99、AutoCAD。B电气设计要求表4 电气设计要求编号要求范围主控单元从控单元绝缘检测1工作电压DC9V18VDC9V55V-2工作电流2A20
11、mA1A3电压采集0485V05V-4电压采集精度0.5%5mV-5电流采集500A-6休眠电流1mA500uA500uA7SOC估算误差8%-8均衡电流-300mA-9绝缘电阻检测-0-500K10温度采集-40125-11温度采集精度2-12振动：频率10400Hz振幅0.21mm13烟雾-14防护等级IP6515EMC防护EN 50081-2:1993GJB 151A-199716冲击8g 11ms半正弦C.接口定义接口名功能描述J112V常电12V常电12V常电FANFANFAN屏蔽层V5.0_ISO_1CAN_H_1CAN_L_1GND_ISO_1J2高压输出+高压输出-车身地车身地
12、高压电池总+高压电池总-J3备用1/常开端备用1/公共端备用2/常开端备用2/公共端快充/常开端快充/公共端慢充/常开端慢充/公共端DC/DC/常开端DC/DC/公共端预充/常开端预充/公共端主正/常开端主正/公共端主负/常开端主负/公共端待测开关1待测开关2待测开关3V5.0_ISO_2(来自车载充电机)GND_ISO_2(来自车载充电机)CAN_H_2CAN_L_2屏蔽层CAN_H_2CAN_L_2屏蔽层CAN_H_2CAN_L_2屏蔽层匹配电阻线J4LCD_RS485+LCD_RS485-12.0V车身地屏蔽层屏蔽层车身地V5.0DTU_RS485+DTU_RS485-车身地降功率输出-
13、12.0VHall_Charge_Out12.0V12.0VHall_Discharge_Out-12.0VNTC1+车身地CPCC输出CC2输出车身地车身地主正触点监测输出主正触点监测输出J512V常电12V常电车身地车身地车身地车身地钥匙唤醒信号/ACC充电枪唤醒信号/CRG表5 硬件接口初定的硬件接口如表5所示，具体的接口要策略开发人员和电气开发人员共同决定。D.CAN通信接口要求两路CAN接口，高速，速率250Kbps。E.测试检测标准电气可靠性测试 温湿度试验、烟雾、防水、热冲击、防尘等电池兼容试验 ISO7637 ISO11542 CISPR25F.特殊要求无J.其它要求反接保护，高压保护等。公司现有的电池管理系统样件能够满足动力电池协调管理样件的要求，外围接口及相关电路进行相应调整。12. 机构设计的要求及设想 机构设计参考电池管理系统XXX的设计。13. 后 记 14. 参考资料
