基于bms電池·管理系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計

1、畢 業(yè) 設(shè) 計 正 文 第13頁摘 要BMS電池管理系統(tǒng)主要由一個主控單元（BMU）和多個單體采集單元（BVT）組成的集散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。BMU單元主要是收集電池的相關(guān)數(shù)據(jù)，對電池的數(shù)據(jù)進行集中的分析和處理，判斷當前電池的故障，進行電池系統(tǒng)的預(yù)警和報警。同時BMU還完成電池的電池電壓、母線電壓計算、電池電流采樣計算、絕緣監(jiān)測、高壓通斷控制及電池熱管理系統(tǒng)的控制，并根據(jù)電池的電流、電壓等相關(guān)數(shù)據(jù)進行電池的SOC估算。BVT單元主要完成單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)采集，并實時和BMU進行通訊，把采集到得電壓、溫度數(shù)據(jù)及電池狀態(tài)發(fā)送個BMU單元。在車輛運行過程中，電池管理系統(tǒng)和整車控制器或電機控制器進行CA

2、N通訊，電池管理系統(tǒng)實時提供電池電壓、充放電電流、電池SOC以及整車控制器需要的其他數(shù)據(jù)，當電池管理系統(tǒng)或電池系統(tǒng)出現(xiàn)報警時，電池管理系統(tǒng)把報警發(fā)送給整車控制器，同時根據(jù)報警級別進行限功率處理或請求斷開接觸器，整車控制器根據(jù)報警級別采取相應(yīng)的控制策略。關(guān)鍵詞：主控單元;多個單體采集單元;整車控制器目 錄緒 論1一、 BMS電池設(shè)計背景2二、性能特點（一）電池管理系統(tǒng)主要功能3（二） BMS系統(tǒng)的兩大單元3（三）主要參數(shù).4三、 BMS電池總體設(shè)計方案5（一）BMS電池的原理5（二）BMS電池的元件7四、BMS控制功率表（一）回饋功率表17（二）放電功率表17五、使用注意事項（1） 充電控制.1

3、9（2） 加熱控制.20（3） bms電池控制加熱流程.21（4） 附件bms原理圖.6結(jié) 論22參考文獻24致 謝25緒 論BMS是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的第一個字母簡稱組合，稱之謂電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)(BMS)可根據(jù)起動能力對充電狀態(tài)(SoC)、健康狀態(tài)(SoH)和功能狀態(tài)(SoF)進行快速、可靠的監(jiān)測，以提供必要的信息。因此，BMS能夠最大限度地降低因為電池意外失效而導致的汽車故障次數(shù)，從而盡可能地提升電池使用壽命和電池效率，并實現(xiàn)CO2減排功能。BMS的關(guān)鍵元件是智能電池傳感器(IBS)，它可以測量電池的端電壓、電流和溫度，并計算出電池的狀態(tài) 哈爾濱職

4、業(yè)技術(shù)學院印制一、 BMS電池設(shè)計背景雖然中國鋰電池的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)高居世界首位，很多企業(yè)采用的生產(chǎn)設(shè)備處于國際先進水平，國產(chǎn)電池整體的水平也在穩(wěn)步提升當中，但電動汽車電池的各種事故卻仍然頻頻發(fā)生。在限制國內(nèi)電動汽車發(fā)展的諸多瓶頸當中，電源管理系統(tǒng)(BMS)技術(shù)不夠成熟，無疑是最為重要的原因之一。BMS通常被稱為電動汽車動力電池系統(tǒng)的“大腦”，與動力電池、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成了電動汽車的三大核心技術(shù)。BMS能夠提高電池的利用率，防止電池過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命。此外，BMS還可以監(jiān)控電池和車輛的狀態(tài)，保證電動汽車整車性能安全。2、 性能特點 （一）電池管理系統(tǒng)主要功能：1.總電壓檢

5、測2.充放電電流檢測3.單體電壓檢測4.溫度檢測5.絕緣檢測6.SOC 估算7.充放電管理8.執(zhí)行機構(gòu)管理9.CAN 接口通訊10.熱管理系統(tǒng)控制等。（二）BMS系統(tǒng)的兩大單元，即單體電壓溫度采集單元（BVT）和BMS主控單元（BMU）單體電壓溫度采集單元MIDI車電池系統(tǒng)共采用10個BVT，每個BVT分別采集12只電池電壓和溫度。每個BVT單元采用高精度的電芯電壓和溫度采集芯片，快速準確的進行單體電壓個溫度采集，同時通過高速穩(wěn)定的CAN網(wǎng)絡(luò)把電壓和溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給BMS主控單元BMS主控單元BMS主控單元包含有總電壓檢測、電流檢測、SOC估算、CAN 接口通訊、開出信號控制、開入信號檢測等功能

6、?？傠妷簷z測：采用高精度隔離電壓檢測芯片進行電池電壓和母線電壓的檢測。電流檢測：采用電流互感器和高精度集成專用芯片進行電流檢測，檢測精度滿足電流計算和SOC計算的要求。SOC估算：根據(jù)電池充放電電流，采用用AH 積分法計算SOC并根據(jù)電池電壓實時修正SOC。CAN總線通訊：通過CAN1通訊接口按照整車通訊協(xié)議和整車控制器進行通訊， 波特率為500Kbps；通過CAN2通訊接口按照快充國標協(xié)議與直流充電器進行通訊，波特率為250Kbps。最大允許充放電電流（功率）計算：根據(jù)電池當前狀態(tài)實時計算電池允許最大充放電電流（功率）。開入信號檢測： 主控單元可以進行11路輸入信號檢測，分別為ON檔信號、慢

7、充使能信號、快充使能信號、慢充連接確認信號CC和CP、快充連接確認信號CC2，前箱煙霧報警信號、后箱煙霧報警信號、絕緣監(jiān)測反饋信號、負極接觸器反饋信號、正極接觸器反饋信號。開出信號控制：主要包括系統(tǒng)常電控制、預(yù)充電接觸器控制、正極接觸器控制、負極接觸器控制、快充接觸器控制、慢充接觸器控制、加熱接觸器控制。（三）主要參數(shù)BMS系統(tǒng)通過QC/T897-2011標準檢測認證，各項數(shù)據(jù)指標均完全滿足QC/T897-2011標準要求。單體電壓、溫度、總電壓、電流、SOC等主要參數(shù)的性能指標如下表：注： 1.BMS與VMS的通訊協(xié)議參考文件Midi singal list_BMS V1.1。2.地面直流充

8、電機協(xié)議參考GB/T 27930-2011 電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通訊協(xié)議。序號名稱性能指標1單體電壓單體電壓檢測范圍：0-5V單體電壓精度：±10mV2總電壓電壓檢測范圍：250V500V（根據(jù)不同電池串聯(lián)只數(shù)電壓可調(diào)）。電壓精度：±0.5%3溫度溫度檢測范圍：2055。誤差精度：±24總電流檢電流檢測范圍：0350A/0600A電流精度：±0.5%5SOC估算估算精度：8%6開出信號控制8路開出信號控制7開入信號檢測11路開入信號檢測8CAN2.0通訊功能2路CAN總線通信CAN1和整車通訊，速率為500KbpsCAN2和直流

9、充電機通訊，速率為250Kbps3、 BMS電池總體設(shè)計方案（一）BMS電池的原理電池管理系統(tǒng)(BMS)可根據(jù)起動能力對充電狀態(tài)(SoC)、健康狀態(tài)(SoH)和功能狀態(tài)(SoF)進行快速、可靠的監(jiān)測，以提供必要的信息。因此，BMS能夠最大限度地降低因為電池意外失效而導致的汽車故障次數(shù)，從而盡可能地提升電池使用壽命和電池效率，實現(xiàn)CO2減排功能。BMS的關(guān)鍵元件是智能電池傳感器(IBS)，它可以測量電池的端電壓、電流和溫度，并計算出電池的狀態(tài)。電能管理系統(tǒng)用來為起停系統(tǒng)供電的典型供電網(wǎng)絡(luò)包含一個車身控制模塊(BCM)、一個電池管理系統(tǒng)(BMS)、一個發(fā)電機和一個DC/DC轉(zhuǎn)換器。BMS借助專用的

10、負載管理算法為BCM提供電池狀態(tài)信息，BCM通過對發(fā)電機和DC/DC轉(zhuǎn)換器進行控制來穩(wěn)定和管理供電網(wǎng)絡(luò)。DC/DC轉(zhuǎn)換器為汽車內(nèi)部的各個用電部件分配電能。通常，鉛酸電池的BMS直接安裝在電池夾上的智能連接器中。該連接器包括一個低阻值的分流電阻(通常在100范圍內(nèi))和一個帶有高度集成器件(具有準確測量和處理功能)的小型PCB，稱為智能電池傳感器。IBS即便是在最惡劣的條件下以及在整個使用壽命中都能以高分辨率和高精確度測量電池電壓、電流和溫度，從而正確預(yù)測電池的充電狀態(tài)(SoC)、健康狀態(tài)(SoH)和功能狀態(tài)(SoF)。這些參數(shù)定期或根據(jù)要求通過已獲汽車行業(yè)認證的車載網(wǎng)絡(luò)傳送至BCM。 原理圖 （

11、二）BMS電池的元件GY_EVBMS_24V_V3.0_Bom項目名稱： 動力汽車BMS板24V系統(tǒng) 型號：GY_EVBMS V3.0 序號器件名稱數(shù) 值參 數(shù)單位封 裝數(shù) 量標 號備 注1電 容22pF08052C107, C108VISHAY X7R2電 容56pF08056C57, C60, C73, C77, C91, C100VISHAY X7R3電 容1nF08052C95, C1044電 容0.01uF080522C2, C4, C6, C8, C12, C14, C16, C18, C20, C22, C24, C47, C53, C59, C67, C71, C76, C88

12、, C106, C110, C119, C120VISHAY X7R5電 容0.1uF080556C1, 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, C

13、112, C113, C114, C115, C116, C118VISHAY X7R6電 容0.68uF08053C50, C66, C84VISHAY X7R7電 容1uF08059C9, C25, C26, C27, C28, C29, C30, C31, C32VISHAY X7R8鉭電容2.2uF/10VA(3216)3C80, C96, C99貼片，AVX公司9鉭電容47 uF /16VC(6032)2C117, C121貼片，AVX公司10電解電容10 uF /16VRB.1/.210C44, C49, C51, C54, C61, C65, C68, C74, C79, C83

14、東聯(lián)盛11電解電容47 uF /16VRB.1/.32C37, C109東聯(lián)盛12安規(guī)電容0.1 uF /275VD=1.0CM1CX1MEX0.1KX2佳冠13電 阻008057R66, R76, R79, R86, R100, R104, R107TDK14電 阻100080514R6, R7, R8, R9, R19, R20, R21, R23, R30, R31, R32, R114, 'R63, R84TDK 1%精度15電 阻1K080514R55, R56, R73, R74, R94, R95, R98, R99, R112, R113, 'R64, R69,

15、 R85, R89TDK 1%精度16電 阻1.3K08051R3417電 阻1.5K08056R70, R72, R90, R93, R101, R103TDK 1%精度18電 阻2K08053R5, R22, R3519電 阻2.7K08051R3320電 阻3K080513R10, R11, R12, R24, R25, R26, R36, R37, R115, 'R58, R71, R77, R92TDK 1%精度21電 阻5.1K08059R14, R46, R47, R48, R49, R50, R51, R52, R53TDK 1%精度序號器件名稱數(shù) 值參 數(shù)單位封 裝數(shù)

16、 量標 號備 注22電 阻10K080523R1, R2, R3, R4, R13, R15, R16, R17, R18, R27, R28, R29, R38, R39, R40, R41, R42, R43, R44, R45, R54, R91, R108TDK 1%精度23電 阻20K08053R106, R109, R116TDK 1%精度24電 阻33K08052R110, R11125電 阻1M08052R102, R105TDK 1%精度26電 阻112063R65, R78, R97TDK,1%精度27電 阻120AXIAL0.43R57, R75, R960.25W,1%

17、精度28電 阻510AXIAL0.44R67, R68, R87, R880.25W,1%精度29電 阻200KAXIAL0.48R59, R60, R61, R62, R80, R81, R82, R830.25W,1%精度30壓敏電阻ROV10-330KD=10mm1RV3泰科電子31壓敏電阻ROV10-681KD=10mm2RV1, RV2泰科電子32共模電感ACM7060貼片4GM1, GM2, GM3, GM4TDK33發(fā)光二極管紅色08055ALM1, CR1, CR2, CR3, RXD1宇凌光34發(fā)光二極管黃色08054CT1, CT2, CT3, TXD1宇凌光35發(fā)光二極管

18、綠色08051RUN1宇凌光36二極管1N4148120617D1, D2, D3, D4, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D24, D25, D26, D27, D32貼片 ON37二極管IN4148DO-3512D5, D14, D15, D16, D17, D18, D19, D20, D21, D29, D30, D31分立，ON38二極管MMDL30108052D22, D2339二極管1N4007DO-411D28分立，ON40三極管NPN8050SOT-2311Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10

19、, Q11ON41TVS管SMBJ6.8CADO-214AA8TV1, TV2, TV3, TV4, TV5, TV6, TV7, TV8貼片，Littelfuse42晶振8M HC-49SRAD0.21Y1分立，正工電子43EEPROMFM25CL64-GASO-81U1Ramtron公司44運 放OPA340UASO-84U2, U5, U8, U10TI公司45ADMAX1321ECMLQFP-48P1U7MAXIM公司46光 耦LTV817BDIP-412ISO1, ISO2, ISO3, ISO4, ISO5, ISO6, ISO7, ISO8, ISO9, ISO10, ISO11

20、, ISO1447隔離放大器ACPL-782TDIP-82ISO12, ISO13AVAGO公司48隔離CANISO1050DSOP-83U4, U6, U9TI公司49RS232SP3232EENSO-161U12 Sipex 公司50CAN轉(zhuǎn)換器MCP2515T-E/SOSOIC-181U11Microchip公司序號器件名稱數(shù) 值參 數(shù)單位封 裝數(shù) 量標 號備 注51雙排針座2.54-10*2PIDC-20P2U3銘馳電子2.54-13*2PIDC-26P12.54-14*2PIDC-28P152三端穩(wěn)壓器SPX1117M3-3.3SOT-2231DY3 Sipex公司53紐扣電池CR2

21、032-3V1BT1加座，SONY公司54DC電源模塊F0505S-1W單列直插5DC1, DC2, DC3, DC4, DC5廣州力思特公司55DC電源模塊P10WDC24S051DY2廣州力思特公司56繼電器G6B-2214P-USDIP-168K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K95V、OMRON公司57繼電器G6B-2114P-USDIP-161K15V、OMRON公司58XH連接器直針2.54mm 5P1COM直針 2.54mm 5P60molex連接器39-30-00205569系列 雙排彎針 2P1J1對插端（5557系列雙排插座2P）39-01-20256

22、1molex連接器39-30-00405569系列 雙排彎針 4P1J5對插端（5557系列雙排插座4P）39-01-204562molex連接器39-30-00605569系列 雙排彎針 6P1J6對插端（5557系列雙排插座6P）39-01-206563molex連接器39-30-01005569系列 雙排彎針 10P1J4對插端（5557系列雙排插座10P）39-01-210564molex連接器39-30-01205569系列 雙排彎針 12P1J2對插端（5557系列雙排插座12P）39-01-2125 65molex連接器39-30-01605569系列 雙排彎針 16P1J3對插

23、端（5557系列雙排插座16P）39-01-216566PCB板210mm*140mm1GY_EVBMS V3.0 2013.07.15以下是與焊板無關(guān)聯(lián)的配件序號器件名稱數(shù) 值參 數(shù)單位封 裝數(shù) 量標 號備 注66CPU單元板LPC2366FBD1U3詳見單元板清單4、 BMS控制功率表（一）回饋功率表 動力電池系統(tǒng)不同狀態(tài)下最大允許回饋功率表，適用于行車能量回饋，電池容量72Ah持續(xù)時間30s，采用線性插值法進行平滑。最小溫度為10以下，以最小溫度為準控制，最小溫度10以上且最大溫度50以下，以平均溫度為準控制，最大溫度50以上，以最大溫度為準控制Soc/Temp2510152040556

24、05%0386184848414010%0386184848414015%0386184848414020%0386184848414025%0386184848414030%0386184848414035%0386184848414040%0386184848414045%0386184848414050%0386184848414055%0386184848414060%0385470847014065%0385470847014070%0385470847014075%0385470847014080%0385470707014085%0243240544012090%01010103

25、81010095%055519550100%00000000（二）放電功率表動力電池系統(tǒng)不同狀態(tài)下最大允許放電功率表，適用于行車，電池容72Ah，持續(xù)時間30s，采用線性插值法進行平滑。最小溫度為10以下，以最小溫度為準控制；最小溫度10以上且最大溫度50以下，以平均溫度為準控制；最大溫度50以上，以最大溫度為準控制。Soc/Temp-30-20-10010204055605%002.588882.5010%00581414148015%005821212111020%005828282814025%005842464614030%0881056646414035%08111256676714

26、040%08141456707014045%08142163777714050%08142870848414055%08143370848414060%08143870848414065%08143870848414070%08143870848414075%08143870848414080%08143870848414085%08143870848414090%08143870848414095%081438708484140100%081438708484140五、使用注意事項（一）充電控制1直流（地面）充電控制（快充）電池系統(tǒng)溫度 充電流程 Tmin3加熱啟動，充電等待。當電池溫度升高

27、到8時加熱停止 Tmin>3且Tmin15加熱停止，以恒流15A，限壓432.0V充電，當電壓至432.0V，電流降至5A以下，充電結(jié)束，電池充滿電。Tmin>15且Tmax50加熱停止，以恒流40A，限壓432.0V充電，當電壓至432.0V，電流降至5A以下，充電結(jié)束，電池充滿電。Tmax>50加熱停止，充電等待 2. 車載充電控制（慢充）電池系統(tǒng)溫度 充電流程 Tmin3加熱啟動，充電等待。當電池溫度升高到8時加熱停止Tmin>3且Tmax50加熱停止，以恒流8A，限壓432.0V充電，當電壓至432.0V，電流降至2A以下，充電結(jié)束，電池充滿電。Tmax>

28、50加熱停止，充電等待充電說明當在充電過程中，出現(xiàn)總電壓過壓保護（閥值：444.0V）、單體電壓過壓保護（閥值：3.9V）、電池溫度過溫保護（閥值：50）、電池溫度低溫保護（閥值：2）時，BMS系統(tǒng)報充電異常故障，停止充電。在充電過程中，電池的溫差大和壓差大不作為是否充電條件當在加熱過程中，如果最小溫度在4小時內(nèi)仍未升高至3，BMS系統(tǒng)報充電異常故障，停止加熱。（二）加熱控制電池系統(tǒng)加熱方式采用高壓加熱方式，在充電時，使用充電機的輸出的電壓給電池系統(tǒng)加熱，加熱功率約為500W左右，下面是充電加熱的詳細流程，該流程是充電流程中的控制電池開始加熱過程的詳細說明。 結(jié) 論無論是簡單的充電控制器還是復

29、雜的控制單元，對于電池管理系統(tǒng) （BMS） 的需求都在迅速增長，尤其是電動汽車領(lǐng)域。除了傳統(tǒng)的充電狀態(tài)監(jiān)控外，BMS 系統(tǒng)還必須遵守日益嚴格的安全法規(guī)，注重控制和待機功能、熱管理和用于保護 OEM 車廠電池的加密算法。未來，甚至車輛控制單元 （VCU） 的部件和功能也會與 BMS 相關(guān)聯(lián)。通過這次畢業(yè)設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。我覺得做畢業(yè)設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如單片機的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。作為畢業(yè)的學生，能夠搞這樣的關(guān)于單片機技術(shù)的設(shè)計，確實從中學到了很多的知識。在項目設(shè)計方面，打破了以往單純?yōu)榻鉀Q問題的觀念，樹立了良好的項目設(shè)計思想。在內(nèi)容設(shè)計方面，比較深