智能锂电池管理系统方案

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数据采集构架
电流采样
电 池 １ ………… １ ２
数据采集模块构架图

主控制模块
主控制模块单片机采用型号为Freescale的 16位 MC9S12XEP100（MCU）来实现，时钟 频率在16MHz，MC9S12XEP100具有12K内部 RAM，2K内部EEPROM，128KFLASH，144脚 QFP封装。 系统电源模块设计：本电池管理系统使用到的 供电电源为宽范围（9V～36V）转变成5V。 采用隔离电源模块得到电压检测、电流检测、 绝缘监测、温度检测用供电电源。 在电源输入前端加入二极管完成反向保护， 两级滤波电路有利于系统的抗干扰性。
电池管理系统构架

系统构架图
外部ＣＡＮ２通讯
电 流 采 样
内部ＣＡＮ １通讯
漏 电 检 测
动力电池组
电池管理系统硬件设计

硬件设计
特点：

1、数据采集；使用LTC6803-2/4作为数据采集模块，其中它具有以下 可测量多达 12 个串联电池的电压 可堆叠式架构 可支持多种电池化学组成和超级电容器 可单独寻址的串行接口 0.25% 的最大总测量误差 符合 ISO26262 标准的系统进行设计 可在 13ms 完成一个系统中所有电池的测量 板上温度传感器和热敏电阻输入 具数据包误差检验功能的 1MHz 串行接口 可在电池随机连接的情况下保持安全 内置自测试功能电路 具内置噪声滤波器的 ΔΣ 转换器 导线开路连接故障检测 12μA 待机模式电源电流
SOC过低
SOC低于阀 15% 值
20%
温度过高
温度超过阀 55℃ 值
50℃
最高温度与 温度不均衡 最低温度之 5℃ 差超过阀值
3℃
系统显示信息

电池组显示信息
a) b) c) d) e) f) g)
电池组总电压； 电池组总电流； 电池组最高/最低温度； 电池单体最高/最低电压； 电池容量（SOC）； 电池故障报警信息； 数据采集模块的电池详细信息（单体电压、温 度、电池对应序号）

设计技术指标
功能项目 可测总电压 可测总电流 采样电压范围 单体电压测量精度 电池温度测量精度 电流测量精度 SOC估算误差 工作温度范围 CAN通讯 故障诊断 在线监测显示调试 技术要求 320VDC 300A 0～5V ≤5mV ≤1℃ ≤1% ≤7% -40℃～85℃ 满足整车控制要求 对电池状态故障报警 满足整车要求 备注 / / / / / 依据电流传感器满量程值计算 依照国家标准 / / 实时了解电池信息 /


电流采样设计
在整车的电池组实际工况中，电流的变化范围 为-300A 至 +300A（精度：1A）之间，为了保 证电流采集的精度，采用全范围等精度较高的 分流器检测电池组总电流。信号经调理后送高 速AD进行数模转换和电流积分运算，数字信号 经光耦隔离后输入MCU进行处理。

温度采样设计
电池组温度也是影响电池组性能的重要参数， 电池组温度过高或过低会造成电池组不可逆转 破坏。本系统采用热敏式温度传感器，把每个 温度传感器的电阻值通过电阻分压回路进行采 样电压值，采用热敏电阻的电压值、温度值对 应表来进行读取温度值，温度检测精度为1℃。
CAN通讯电路
电池管理系统软件设计

软件设计（主模块程序流程）

数据采集模块（MCU）软件设计
系统故障及保护控制

故障诊断
电池组状态码
8bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit
单体低压一级报警： 单体 低压单体 高压总电 压低总电 压高电池 组能连续 放电峰值 放电 （单体电压 <2.90V 一级报警： ） 报 警 ：压 报压报 警：量回 馈过电流 过流电流 过流 整车控制器限制电（单 体电（单 体电警 :( 总电( 总 电 压流 报警：报警 ：连报 警 ： 机转矩不超过额定压 <3.10V ） 压 >3.75V ） 压 > 3 . 6 5 * N（ >150A续 放 电（ >200A ） 转矩的 30% ，提醒整车 控制主控 立即< 2 . 7 5 * NV) ，主控）， 整车>100A 5整车 控制 驾驶员马上回充电器提 醒驾下令 停止V) 整车控立即 下令控制 器降分钟以上， 器降 低输 站 充 电 ， LC D 显 示驶员 马上充电 机充制器 立即停止 充电低回 馈转整车 控制出转 矩， 单体电池低压二级回充 电站电或 整车下令 停止机充 电或矩 ， L C D器降 低输LCD报警 报警 充 电 ，控制 器禁电流输出， 整车 控制显示 峰值出转 矩， L C D 显 示止制 动回L C D 显 示器禁 止制充电 电流L C D 给 出 单体 电池馈充 电，总电 压低动回 馈充报警 连续 放电 低压 一级L C D 显 示压报警 电 ， L C D 过流警报 报警 单体 电池 显示 总电 高压报警 压高 压报 警

CAN通讯设计

采用CAN收发器来进行MCU与动力总成控制系 统及其他控制器之间CAN通信。CAN通信采用 了共模扼流圈滤波等技术，通信抗干扰能力强， 通信比较稳定。CAN通信能够用于动力总成控 制系统与MCU间的数据通信及程序的标定与诊 断。CAN收发器波特率为250kbps，数据结构 采用扩展帧（29位ID值）。

保护控制
描述 故障阀值 故障解除阀 BMS处理方式 值 接到整车断电控制命 令后，启动高压切断 流程；未接到整车命 令时，持续上报故障 至故障解除；发生故 障时，若动力主线还 未接通则禁止接通 整车处理方式
故障名称
BMS故障
BMS自检硬 检测异常 件出现故障
检测正常
整车接到故障警告3 次以上（含），控 制停车，同时通过 CAN发送断电控制 命令
单体电压 2.5V
SOC过高
SOC超过阀 100% 值
95%
整车接到故障警告 3次以上（含）， 持续上报故障至故障 控制电机停止对电 解除 池回充，直至故障 解除 整车接到故障警告 持续上报故障至故障 3次以上（含）,整 解除 车控制停机，并提 示司机停车充电 整车接到故障警告 持续上报故障至故障 3次以上（含）,按 解除，同时控制启动 照BMS上传的最大 热管理；发生故障时， 充、放电电流的 若动力主线还未接通 50%控制电机输出， 则禁止接通 直至故障解除； 整车接到故障警告 3次以上（含）， 持续上报故障至故障 按照BMS上传的最 解除,同时控制启动热 大充、放电电流的 管理 70%控制电机输出， 直至故障解除；
锂电池管理系统 设计方案
2013年1月
目录



主要功能与指标 电池管理系统（BMS）系统构架 电池管理系统硬件设计 电池管理系统软件设计 系统的故障及保护控制 系统显示信息
主要功能和指标
电池管理系统主要有三个功能： （1）实时监测电池状态。通过检测电池的外 特性参数（如电压、电流、温度等），采 用适当的算法，实现电池内部状态（如容 量和SOC等）的估算和监控; （2）在正确获取电池的状态后进行热管理、 电池均衡管理、充放电管理、故障报警等； （3）建立通信总线，向显示系统、整车控制 器和充电机等实现数据交换。
单体电压或 单体电压过 单体电压 总电压超过 高 3.65V 阀值
整车接到故障警告3 单体电压： 持续上报故障至故障 次以上（含）,控制 解除 电机停止对电池回 3.60V 充，直至故障解除 整车接到故障警告3 持续上报故障至故障 次以上（含）,整车 解除 控制停机，并提示 司机停车充电
单体电压过 单体电压低 单体电压 低 于阀值 2.0V