电池管理系统BMS控制策略方案书.docx

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电池管理系统BMS控制策略方案书

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

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技术部

2015年月日

版本履历

版本

日期

变更者

变更章节

变更内容

变更理由

v0.01

2015.6.28

赵远

首次开发

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.总体要求

控制策略要实现如下功能

1.SOC估算：

BCU采用VminEKF算法，对电池组SOC进行动态估计,BMU通过与智能充电桩交互数据信息，充电期间实时估算电池模块SOC。

2.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监测。

3.通讯功能：

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。

4.报警与保护：

当出现过充、过放等故障时，BCU可根据故障状态实行相应的报警与保护同时在LCD显示。

5.系统拓展：

BCU支持多路有源/无源节点输出，可通过CAN通信和继电器实现两级控制管理，确保强弱电有效隔离，满足客户多样化的安全控制需求。

6.数据存储：

支持8G的数据存储容量，可记录动力电池组长期运行的全部性能参数和电池模块的调度及故障事件。

7.系统自检：

系统上电后，对自身和BMU工作状态进行检测，保证系统工作正常。

8.系统升级：

程序下载口外置，可实现系统30秒内升级。

9.单体电压检测：

通过对串联单体电压进行隔离采集处理，实现对各个单体电压的实时监测。

10.温度检测：

在电池模组的箱体内放置1-25个温度传感器，实现对各个单体电压的实时检测。

11.总线通信：

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。

12.均衡功能：

可以按照均衡管理控制策略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。

13.热管理功能：

BMU可根据电池箱温度状态，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。

14.烟雾传感器检测功能：

检测烟雾传感器输出信号，对可能出现的极端事故进行预测，及时终止电池充放电，防止意外发生。

15.充电连接确认功能：

设计与充电机的硬件连接确认，确保BMU与充电机可靠连接。

16.绝缘检测：

LDM检测电池组对车体是否漏电。

通过串行总线接收电池串管理单元发出的命令，并将数据信息发送到电池串单元，由电池串管理单元将绝缘监控的状态发送到显示屏。

通过检测车载电池正负极分别与车体之间绝缘度是否大于100Ω/V，来判断电池对车体是否漏电。

17.强电控制：

HCS系统包括强电控制模块、充放电控制回路、预充回路等。

充、放电控制是通过高压继电器闭合/切断来控制电池的充/放电，防止电池的过充和过放，并带有继电器触点检测功能，防止回路继电器粘点：

预充电回路是在闭合回路放电高压继电器前，先闭合预充电路，给电容进行充电，判断电容两端的电压达到设定阈值后，闭合主回路高压继电器，保证主回路高压继电器可靠性。

5.系统原理图

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VminEKF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。

6.模块的构成

6.1BMS程序模块图

图3程序模块图

6.2整体方案图

图4整体方案

7.电池串管理单元BCU

7.1模块的概述

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。

7.2模块的输入

BCU模块的输入主要来自BMU模块采集的电池综合信息，通过独立的CAN总线分别与VCU、充电机等智能交互。

7.3模块的功能

BCU模块，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。

7.4模块的输出

根据故障状态实行相应的报警和保护在LCD屏显示，5.系统拓展：

BCU支持多路有源/无源节点输出，可通过CAN通信和继电器实现两级控制管理。

8.电池检测模块BMU

8.1模块的概述

BMU通过电压检测排线与电池组连接，最多采集25串电池电芯的电压，并可根据电池单体电压信息对电池进行均衡，通过温度检测排线与电池组连接，最多采集25个温度检测点。

8.2模块的输入

BMU需要外部的12V或24V的DC电源为其提供工作需要的电源，通过传感器采集信号包括：

电池电压，箱体温度等。

8.3模块的功能

18.通过对串联单体电压进行隔离采集处理，实现对各个单体电压的实时监测。

在电池模组的箱体内放置1-25个温度传感器，实现对各个单体电压的实时检测。

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，充电期间实时估算电池模块SOC。

可以按照均衡管理控制策略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。

BMU可根据电池箱温度状态，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，检测烟雾传感器输出信号，对可能出现的极端事故进行预测，及时终止电池充放电，防止意外发生。

具有充电连接确认功能，设计与充电机的硬件连接确认，确保BMU与充电机可靠连接。

8.4模块的输出

电池电压、箱体温度、实时电池SOC。

9.绝缘检测模块LDM

9.1模块的概述

绝缘检测模块主要对电池组对车体是否漏电进行检测。

9.2模块的输入

电池管理单元命令、电池正负极与车体外壳绝缘

9.3模块的功能

通过串行总线接收电池串管理单元发出的命令，并将数据信息发送到电池串单元，由电池串管理单元将绝缘监控的状态发送到显示屏。

通过检测车载电池正负极分别与车体之间绝缘度是否大于100Ω/V，来判断电池对车体是否漏电。

9.4模块的输出

检测数据信息发送到电池管理单元。

10.强电控制系统HCS

10.1模块的概述

强电控制系统包括强点控制模块、充放电控制回路、预充回路等。

10.2模块的输入

电池管理系统BCU信号电压、BMU信号。

10.3模块的功能

充、放电控制是通过高压继电器闭合/切断来控制电池的充/放电，防止电池的过充和过放，并带有继电器触点检测功能，防止回路继电器粘点：

预充电回路是在闭合回路放电高压继电器前，先闭合预充电路，给电容进行充电，判断电容两端的电压达到设定阈值后，闭合主回路高压继电器，保证主回路高压继电器可靠性。

10.4模块的输出

上传继电器状态信息。

11.电流传感器CS

11.1模块的概述

本系统电流检测采用霍尔开环电流传感器，量程50A~1000A。

12.显示屏LCD

12.1模块的概述

显示屏是显示系统运行状况的人机交互截面，所有型号均按工业标准设计，适合在各种环境中使用。

显示屏的显示界面可以显示系统的各种运行参数及故障情况。

13.后记

14.参考资料