基于bms电池管理系统的毕业设计.docx
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基于bms电池管理系统的毕业设计
摘要
BMS电池管理系统主要由一个主控单元(BMU)和多个单体采集单元(BVT)组成的集散式系统结构。
BMU单元主要是收集电池的相关数据,对电池的数据进行集中的分析和处理,判断当前电池的故障,进行电池系统的预警和报警。
同时BMU还完成电池的电池电压、母线电压计算、电池电流采样计算、绝缘监测、高压通断控制及电池热管理系统的控制,并根据电池的电流、电压等相关数据进行电池的SOC估算。
BVT单元主要完成单体电池的电压和温度数据采集,并实时和BMU进行通讯,把采集到得电压、温度数据及电池状态发送个BMU单元。
在车辆运行过程中,电池管理系统和整车控制器或电机控制器进行CAN通讯,电池管理系统实时提供电池电压、充放电电流、电池SOC以及整车控制器需要的其他数据,当电池管理系统或电池系统出现报警时,电池管理系统把报警发送给整车控制器,同时根据报警级别进行限功率处理或请求断开接触器,整车控制器根据报警级别采取相应的控制策略。
关键词:
主控单元;多个单体采集单元;整车控制器
一、BMS电池设计背景
2
二、性能特点
(三)主要参数.........................................................................................4
五、使用注意事项
(二)加热控制......................................................................................................20
(三)bms电池控制加热流程..........................................................................................21
(四)附件bms原理图.........................................................................................................................6
绪论
BMS是BATTERYMANAGEMENTSYSTEM的第一个字母简称组合,称之谓电池管理系统。
电池管理系统(BMS)可根据起动能力对充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)进行快速、可靠的监测,以提供必要的信息
。
因此,BMS能够最大限度地降低因为电池意外失效而导致的汽车故障次数,从而尽可能地提升电池使用寿命和电池效率,并实现CO2减排功能。
BMS的关键元件是智能电池传感器(IBS),它可以测量电池的端电压、电流和温度,并计算出电池的状态
一、BMS电池设计背景
虽然中国锂电池的生产规模已经高居世界首位,很多企业采用的生产设备处于国际先进水平,国产电池整体的水平也在稳步提升当中,但电动汽车电池的各种事故却仍然频频发生。
在限制国电动汽车发展的诸多瓶颈当中,电源管理系统(BMS)技术不够成熟,无疑是最为重要的原因之一。
BMS通常被称为电动汽车动力电池系统的“大脑”,与动力电池、整车控制系统共同构成了电动汽车的三大核心技术。
BMS能够提高电池的利用率,防止电池过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命。
此外,BMS还可以监控电池和车辆的状态,保证电动汽车整车性能安全。
二、性能特点
(一)电池管理系统主要功能:
1.总电压检测
2.充放电电流检测
3.单体电压检测
4.温度检测
5.绝缘检测
6.SOC估算
7.充放电管理
8.执行机构管理
9.CAN接口通讯
10.热管理系统控制等。
(二)BMS系统的两大单元,即单体电压温度采集单元(BVT)和BMS主控单元(BMU)
单体电压温度采集单元
MIDI车电池系统共采用10个BVT,每个BVT分别采集12只电池电压和温度。
每个BVT单元采用高精度的电芯电压和温度采集芯片,快速准确的进行单体电压个温度采集,同时通过高速稳定的CAN网络把电压和温度数据发送给BMS主控单元
BMS主控单元
BMS主控单元包含有总电压检测、电流检测、SOC估算、CAN接口通讯、开出信号控制、开入信号检测等功能。
总电压检测:
采用高精度隔离电压检测芯片进行电池电压和母线电压的检测。
电流检测:
采用电流互感器和高精度集成专用芯片进行电流检测,检测精度满足电流计算和SOC计算的要求。
SOC估算:
根据电池充放电电流,采用用AH积分法计算SOC并根据电池电压实时修正SOC。
CAN总线通讯:
通过CAN1通讯接口按照整车通讯协议和整车控制器进行通讯,波特率为
500Kbps;通过CAN2通讯接口按照快充国标协议与直流充电器进行通讯,波特率为250Kbps。
最大允许充放电电流(功率)计算:
根据电池当前状态实时计算电池允许最大充放电电流(功率)。
开入信号检测:
主控单元可以进行11路输入信号检测,分别为ON档信号、慢充使能信号、快充使能信号、慢充连接确认信号CC和CP、快充连接确认信号CC2,前箱烟雾报警信号、后箱烟雾报警信号、绝缘监测反馈信号、负极接触器反馈信号、正极接触器反馈信号。
开出信号控制:
主要包括系统常电控制、预充电接触器控制、正极接触器控制、负极接触器控制、快充接触器控制、慢充接触器控制、加热接触器控制。
(三)主要参数
BMS系统通过QC/T897-2011标准检测认证,各项数据指标均完全满足QC/T897-2011标准要求。
单体电压、温度、总电压、电流、SOC等主要参数的性能指标如下表:
注:
1.BMS与VMS的通讯协议参考文件《Midisingallist_BMSV1.1》。
2.地面直流充电机协议参考GB/T27930-2011《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通讯协议》。
序号
名称
性能指标
1
单体电压
单体电压检测围:
0-5V
单体电压精度:
≤±10mV
2
总电压
电压检测围:
250V~500V(根据不同电池串联只数电压可调)。
电压精度:
≤±0.5%
3
温度
温度检测围:
-20℃~55℃。
误差精度:
≤±2℃
4
总电流检
电流检测围:
0~350A/0~600A
电流精度:
≤±0.5%
5
SOC估算
估算精度:
≤8%
6
开出信号控制
8路开出信号控制
7
开入信号检测
11路开入信号检测
8
CAN2.0通讯功能
2路CAN总线通信
CAN1和整车通讯,速率为500Kbps
CAN2和直流充电机通讯,速率为250Kbps
三、BMS电池总体设计方案
(一)BMS电池的原理
电池管理系统(BMS)可根据起动能力对充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)进行快速、可靠的监测,以提供必要的信息。
因此,BMS能够最大限度地降低因为电池意外失效而导致的汽车故障次数,从而尽可能地提升电池使用寿命和电池效率,实现CO2减排功能。
BMS的关键元件是智能电池传感器(IBS),它可以测量电池的端电压、电流和温度,并计算出电池的状态。
电能管理系统用来为起停系统供电的典型供电网络包含一个车身控制模块(BCM)、一个电池管理系统(BMS)、一个发电机和一个DC/DC转换器。
BMS借助专用的负载管理算法为BCM提供电池状态信息,BCM通过对发电机和DC/DC转换器进行控制来稳定和管理供电网络。
DC/DC转换器为汽车部的各个用电部件分配电能。
通常,铅酸电池的BMS直接安装在电池夹上的智能连接器中。
该连接器包括一个低阻值的分流电阻(通常在100μΩ围)和一个带有高度集成器件(具有准确测量和处理功能)的小型PCB,称为智能电池传感器。
IBS即便是在最恶劣的条件下以及在整个使用寿命中都能以高分辨率和高精确度测量电池电压、电流和温度,从而正确预测电池的充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)。
这些参数定期或根据要求通过已获汽车行业认证的车载网络传送至BCM。
原理图
(二)BMS电池的元件
GY_EVBMS_24V_V3.0_Bom
项目名称:
动力汽车BMS板24V系统型号:
GY_EVBMSV3.0
序号
器件名称
数值
参数
单位
封装
数量
标号
备注
1
电容
22
pF
0805
2
C107,C108
VISHAYX7R
2
电容
56
pF
0805
6
C57,C60,C73,C77,C91,C100
VISHAYX7R
3
电容
1
nF
0805
2
C95,C104
4
电容
0.01
uF
0805
22
C2,C4,C6,C8,C12,C14,C16,C18,C20,C22,C24,C47,C53,C59,C67,C71,C76,C88,C106,C110,C119,C120
VISHAYX7R
5
电容
0.1
uF
0805
56
C1,C3,C5,C7,C10,C11,C13,C15,C17,C19,C21,C23,C33,C34,C35,C36,C38,C39,C40,C41,C42,C43,C45,C46,C48,C55,C56,C58,C62,C63,C64,C70,C72,C75,C78,C81,C82,C85,C86,C87,C89,C90,C93,C94,C97,C98,C101,C102,C105,C111,C112,C113,C114,C115,C116,C118
VISHAYX7R
6
电容
0.68
uF
0805
3
C50,C66,C84
VISHAYX7R
7
电容
1
uF
0805
9
C9,C25,C26,C27,C28,C29,C30,C31,C32
VISHAYX7R
8
钽电容
2.2uF/10V
A(3216)
3
C80,C96,C99
贴片,AVX公司
9
钽电容
47uF/16V
C(6032)
2
C117,C121
贴片,AVX公司
10
电解电容
10uF/16V
RB.1/.2
10
C44,C49,C51,C54,C61,C65,C68,C74,C79,C83
东联盛
11
电解电容
47uF/16V
RB.1/.3
2
C37,C109
东联盛
12
安规电容
0.1uF/275V
D=1.0CM
1
CX1
MEX0.1KX2佳冠
13
电阻
0
Ω
0805
7
R66,R76,R79,R86,R100,R104,R107
TDK
14
电阻
100
Ω
0805
14
R6,R7,R8,R9,R19,R20,R21,R23,R30,R31,R32,R114,'R63,R84
TDK1%精度
15
电阻
1K
Ω
0805
14
R55,R56,R73,R74,R94,R95,R98,R99,R112,R113,'R64,R69,R85,R89
TDK1%精度
16
电阻
1.3K
Ω
0805
1
R34
17
电阻
1.5K
Ω
0805
6
R70,R72,R90,R93,R101,R103
TDK1%精度
18
电阻
2K
Ω
0805
3
R5,R22,R35
19
电阻
2.7K
Ω
0805
1
R33
20
电阻
3K
Ω
0805
13
R10,R11,R12,R24,R25,R26,R36,R37,R115,'R58,R71,R77,R92
TDK1%精度
21
电阻
5.1K
Ω
0805
9
R14,R46,R47,R48,R49,R50,R51,R52,R53
TDK1%精度
序号
器件名称
数值
参数
单位
封装
数量
标号
备注
22
电阻
10K
Ω
0805
23
R1,R2,R3,R4,R13,R15,R16,R17,R18,R27,R28,R29,R38,R39,R40,R41,R42,R43,R44,R45,R54,R91,R108
TDK1%精度
23
电阻
20K
Ω
0805
3
R106,R109,R116
TDK1%精度
24
电阻
33K
Ω
0805
2
R110,R111
25
电阻
1M
Ω
0805
2
R102,R105
TDK1%精度
26
电阻
1
Ω
1206
3
R65,R78,R97
TDK,1%精度
27
电阻
120
Ω
AXIAL0.4
3
R57,R75,R96
0.25W,1%精度
28
电阻
510
Ω
AXIAL0.4
4
R67,R68,R87,R88
0.25W,1%精度
29
电阻
200K
Ω
AXIAL0.4
8
R59,R60,R61,R62,R80,R81,R82,R83
0.25W,1%精度
30
压敏电阻
ROV10-330K
D=10mm
1
RV3
泰科电子
31
压敏电阻
ROV10-681K
D=10mm
2
RV1,RV2
泰科电子
32
共模电感
ACM7060
贴片
4
GM1,GM2,GM3,GM4
TDK
33
发光二极管
红色
0805
5
ALM1,CR1,CR2,CR3,RXD1
宇凌光
34
发光二极管
黄色
0805
4
CT1,CT2,CT3,TXD1
宇凌光
35
发光二极管
绿色
0805
1
RUN1
宇凌光
36
二极管
1N4148
1206
17
D1,D2,D3,D4,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D24,D25,D26,D27,D32
贴片ON
37
二极管
IN4148
DO-35
12
D5,D14,D15,D16,D17,D18,D19,D20,D21,D29,D30,D31
分立,ON
38
二极管
MMDL301
0805
2
D22,D23
39
二极管
1N4007
DO-41
1
D28
分立,ON
40
三极管
NPN8050
SOT-23
11
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9,Q10,Q11
ON
41
TVS管
SMBJ6.8CA
DO-214AA
8
TV1,TV2,TV3,TV4,TV5,TV6,TV7,TV8
贴片,Littelfuse
42
晶振
8MHC-49S
RAD0.2
1
Y1
分立,正工电子
43
EEPROM
FM25CL64-GA
SO-8
1
U1
Ramtron公司
44
运放
OPA340UA
SO-8
4
U2,U5,U8,U10
TI公司
45
AD
MAX1321ECM
LQFP-48P
1
U7
MAXIM公司
46
光耦
LTV817B
DIP-4
12
ISO1,ISO2,ISO3,ISO4,ISO5,ISO6,ISO7,ISO8,ISO9,ISO10,ISO11,ISO14
47
隔离放大器
ACPL-782T
DIP-8
2
ISO12,ISO13
AVAGO公司
48
隔离CAN
ISO1050D
SOP-8
3
U4,U6,U9
TI公司
49
RS232
SP3232EEN
SO-16
1
U12
Sipex公司
50
CAN转换器
MCP2515T-E/SO
SOIC-18
1
U11
Microchip公司
序号
器件名称
数值
参数
单位
封装
数量
标号
备注
51
双排针座
2.54-10*2P
IDC-20P
2
U3
铭驰电子
2.54-13*2P
IDC-26P
1
2.54-14*2P
IDC-28P
1
52
三端稳压器
SPX1117M3-3.3
SOT-223
1
DY3
Sipex公司
53
纽扣电池
CR2032-3V
1
BT1
加座,SONY公司
54
DC电源模块
F0505S-1W
单列直插
5
DC1,DC2,DC3,DC4,DC5
力思特公司
55
DC电源模块
P10WDC24S05
1
DY2
力思特公司
56
继电器
G6B-2214P-US
DIP-16
8
K2,K3,K4,K5,K6,K7,K8,K9
5V、OMRON公司
57
继电器
G6B-2114P-US
DIP-16
1
K1
5V、OMRON公司
58
XH连接器
直针2.54mm5P
1
COM
直针2.54mm5P
60
molex连接器
39-30-0020
5569系列双排弯针2P
1
J1
对插端(5557系列双排插座2P)39-01-2025
61
molex连接器
39-30-0040
5569系列双排弯针4P
1
J5
对插端(5557系列双排插座4P)39-01-2045
62
molex连接器
39-30-0060
5569系列双排弯针6P
1
J6
对插端(5557系列双排插座6P)39-01-2065
63
molex连接器
39-30-0100
5569系列双排弯针10P
1
J4
对插端(5557系列双排插座10P)39-01-2105
64
molex连接器
39-30-0120
5569系列双排弯针12P
1
J2
对插端(5557系列双排插座12P)39-01-2125
65
molex连接器
39-30-0160
5569系列双排弯针16P
1
J3
对插端(5557系列双排插座16P)39-01-2165
66
PCB板
210mm*140mm
1
GY_EVBMSV3.02013.07.15
以下是与焊板无关联的配件
序号
器件名称
数值
参数
单位
封装
数量
标号
备注
66
CPU单元板
LPC2366FBD
1
U3
详见单元板清单
四、BMS控制功率表
(一)回馈功率表
动力电池系统不同状态下最大允许回馈功率表,适用于行车能量回馈,电池容量72Ah持续时间30s,采用线性插值法进行平滑。
最小温度为10℃以下,以最小温度为准控制,最小温度10℃以上且最大温度50℃以下,以平均温度为准控制,最大温度50℃以上,以最大温度为准控制
Soc/Temp
≤2℃
5℃
10℃
15℃
20℃
40℃
55℃
≥60℃
5%
0
38
61
84
84
84
14
0
10%
0
38
61
84
84
84
14
0
15%
0
38
61
84
84
84
14
0
20%
0
38
61
84
84
84
14
0
25%
0
38
61
84
84
84
14
0
30%
0
38
61
84
84
84
14
0
35%
0
38
61
84
84
84
14
0
40%
0
38
61
84
84
84
14
0
45%
0
38
61
84
84
84
14
0
50%
0
38
61
84
84
84
14
0
55%
0
38
61
84
84
84
14
0
60%
0
38
54
70
84
70
14
0
65%
0
38
54
70
84
70
14
0
70%
0
38
54
70
84
70
14
0
75%
0
38
54
70
84
70
14
0
80%
0
38
54
70
70
70
14
0
85%
0
24
32
40
54
40
12
0
90%
0
10
10
10
38
10
10
0
95%
0
5
5
5
19
5
5
0
100%
0
0
0
0
0
0
0
0
(二)放电功率表
动力电池系统不同状态下最大允许放电功率表,适用于行车,电池容72Ah,持续时间30s,采用线性插值法进行平滑。
最小温度为10℃以下,以最小温度为准控制;最小温度10℃以上且最大温度50℃以下,以平均温度为准控制;最大温度50℃以上,以最大温度为准控制。
Soc/Temp
-30℃
-20℃
-10℃
0℃
10℃
20℃
40℃
55℃
60
5%
0
0
2.5
8
8
8
8
2.5
0
10%
0
0
5
8
14
14
14
8
0
15%
0
0
5
8
21
21
21
11
0
20%
0
0
5
8
28
28
28
14
0
25%
0
0
5
8
42
46
46
14
0
30%
0
8
8
10
56
64
64
14
0
35%
0
8
11
12
56
67
67
14
0
40%
0
8
14
14
56
70
70
14
0
45%
0
8
14
21
63
77
77
14
0
50%
0
8
14
28
70
84
84
14
0
55%
0
8
14
33
70
84
84
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