bms相关知识培训(20170421)

河南森源重工有限公司电动乘用车开发部2017-04目录1.BMS概述41.1 系统简介41.2系统架构41.3 术语缩写52.硬件开发52.1整体架构62.2BCU功能要求72.3BCU硬件设计12.4BMU功能要求22.5BMU硬件设计22.6HVU功能要求22.7HVU硬件设计33.BCU软件开发43.1BCU软件整体架构43.2. 上电自检43.3. 高压回路控制53.3.1 电池组禁止充电因素（断充电继电器）53.3.2 停止充电输出条件（充电需求电流设置为0）63.3.3 电池组禁止放电因素63.4. 均衡控制63.5.电池组加热控制73.6充电过程参数控制逻辑84. SOC算法104.1 SOC估计概述104.2电流积分法估算策略124.2.1.基本思路：12.4.2.2 磷酸铁锂电池SOC估计总流程图174.2.3 静置SOC估计184.2.4 放电过程前后台估计184.2.5 充电过程估计204.2.6 SOC显示调整策略204.2.7 SOC估计需要保存的数据214.2.8SOC估计需要的数据215.BMS相关标准225.1 QCT 897-2011225.2电池管理系统国标草案235.3 GBT 18487.1-2015245.4 GBT 27930-2015245.5 GBT 31467.3-2015241.BMS概述1.1 系统简介电池管理系统（BMS）主要作用包括：估测电池的荷电状态，检测电池的使用状态，对电池进行充放电控制，对电池进行热管理，同时对单体电池进行能量均衡，防止单体电池过充过放产生危险。1.2系统架构BMS根据功能表现形式分为分立式及一体式。分立式电动汽车电池管理系统（BMS）产品主要分为三类模块：主控模块（BCU）、电池信息监测模块（BMU）及绝缘监测模块（HVU）。其系统架构简图如下：图1 系统架构简图其中各模块各司其职：BCU：接收并综合判断电池基本信息，计算SOC，上传或下发控制指令、进行外部继电器控制、整车CAN通讯、充电CAN通讯、内网CAN通讯、数据存储、输入输出信号检测、充放电电流采集等；BMU：单体电池电压采集、电池温度采集、电池均衡管理、单箱电池的热管理功能、内网CAN通讯等；HVU：电池组绝缘检测、电池组总压检测、电机控制器预充电压检测、内网CAN通讯等。1.3 术语缩写中文名称英文缩写电池管理系统BMS主控模块BCU电池信息监测模块（从机模块）BMU绝缘监测模块HVU剩余容量状态SOC剩余能量状态SOE健康状态SOH功率状态SOP控制器局域网CAN表1 术语缩写2.硬件开发硬件是BMS系统运行的基础。BMS硬件开发过程应参照ISO26262中与功能相关的工作和管理流程进行，产品的硬件功能可靠性需符合ISO26262国际标准中的ASILC等级（每小时失效概率10-7）。2.1整体架构图2 整体架构图总体性能方面BMS应满足表2所示的技术要求。名称技术参数工作温度-4085存储温度-40125电源9 16V 常电功能安全要求ASILCCPU（双CPU）Mc9s12xep100主频16 (Bit） 50MHz 以上RAM64KBFLASH1024KBEEPROM4KBs9s08dz60主频8 (Bit） 40MHz 以上RAM4KBFLASH60KBEEPROM2KBBCU休眠与唤醒休眠：无任何唤醒信号时，系统休眠唤醒：钥匙开关唤醒、充电唤醒等两种唤醒方式BMU与HVU休眠与唤醒BMU、HVU不具有唤醒功能，通过BCU控制内网供电继电器上下电;通信接口主：3xCAN2.0B（总线波特率：125Kbps-500Kbps）从：1xCAN2.0B（总线波特率：125Kbps-500Kbps）程序下载内部CAN 看门狗CPU内部监控、诊断表2 BMS技术参数表2.2BCU功能要求BCU主要功能见表3所示。项目功能指标备注电源系统供电916V常火供电、A+、钥匙功耗系统功耗休眠功耗：5mA/12V工作功耗：0.1A最大功耗：电源检测车载12V电源检测检测车载12V电源的供电电压，避免均衡用电导致电池过放。高压互锁检测互锁信号检测2路PWM输出（10HZ），2路PWM输入（10HZ）充放电高压回路连接状态检测碰撞开关检测碰撞开关信号检测1路PWM输入（10HZ）PWM与高低电平检测兼容高边输入检测预留1路输入有源开关量输入低边输入检测预留1路输入无源开关量输入充电枪连接状态交流充电枪连接检测参考GB/T20234.2-2015直流充电枪连接检测参考GB/T20234.3-2015高边输出总正控制12V/1A有源开关量输出总负控制12V/1A有源开关量输出预充控制12V/1A有源开关量输出充电控制12V/1A有源开关量输出内网供电控制12V/3A有源开关量输出，控制BMUHVU的供电DCDC控制12V/1A有源开关量输出空调控制12V/1A有源开关量输出辅件1控制12V/1A有源开关量输出辅件2控制12V/1A有源开关量输出辅件3控制12V/0.1A有源开关量输出辅件4控制12V/0.1A有源开关量输出充电连接指示灯控制高：供电电压；低：0VDC常亮充电过程指示灯控制高：供电电压；低：0VDC充电时1Hz频率闪烁，充电完成时常亮，未充电或者充电故障时熄灭充放电电流电流检测检测范围：匹配霍尔传感器检测精度：0±20A，±0.1A±20A±500A，3%适用单双通道、单电源+5V供电的LEM霍尔电流传感器通讯功能CAN通讯3路CAN2.0B：整车CAN（不隔离）、充电CAN（隔离）、内网CAN（隔离）、波特率：125Kbps-500Kbps数据存储存储电池运行的历史数据与故障信息4KB主MCU内置EEPROM8GBTF卡or Mini-SD实时时钟时间标定看门狗内部监控、诊断1、MCU内置看门狗监控2、从MCU I/O口模拟诊断主MCUBootloader程序下载通过内部CAN接口下载内部CAN接口故障诊断诊断的BMS故障信息CAN通信整车CAN接口结构尺寸外壳尺寸详细尺寸有待确认外壳要求IP65其他功能指示灯1、1路电源通讯指示2、2路运行状态指示主MCU、从MCU：各1路运行状态指示表3 BCU功能列表 2.3BCU硬件设计图3 BCU方案示意图2.4BMU功能要求BMU主要功能见表4所示。项 目功 能指 标备注电源系统供电9-16V内网供电，BCU控制功耗系统功耗休眠功耗：0mA/12V工作功耗：最大功耗：电压采集单体电池电压检测0-5VDC、±5mV48串温度采集温度检测-40至150，±116个通信管理CAN通讯1路CAN2.0B波特率：125Kbps-500Kbps，与主控模块（BCU）通讯高边输出预留12V/2A/1路有源开关量输出看门狗内部监控MCU内置看门狗监控其他功能指示灯1、1路电源指示2、1路运行状态指示表4 BMU功能列表2.5BMU硬件设计图4 BMU方案示意图2.6HVU功能要求HVU主要功能见表5所示。项 目功 能指 标备注电源系统供电9-16V内网供电，BCU控制功耗系统功耗休眠功耗：0mA/12V工作功耗：最大功耗：绝缘检测电池对车身绝缘性能检测检测范围：010M检测精度：10%总压检测电池总压检测1、2路总压检测2、检测范围：0600V检测精度：总压1：0.5% 总压2：1%总压1检测电池总压总压2作预充总压判断通信管理CAN通讯1路CAN2.0B波特率：125Kbps-500Kbps，与主控模块（BCU）通讯其他功能指示灯1、1路电源指示2、1路运行状态指示表5 HVU功能列表2.7HVU硬件设计图5 HVU方案示意图3.BCU软件开发3.1BCU软件整体架构图6 BCU整体架构电池管理系统软件共分为四层，分别为MCU层，ECU层、服务层和应用层。其中应用层的数据分析与控制模块使用Simunlink搭建，其他使用C代码进行实现，MCU层，ECU层、服务层使用C代码进行实现。主要更改的模块有参数管理模块（标定数据）、数据分析与控制模块（主要控制策略）和电池状态估计模块（SOC估算数据）。3.2. 上电自检BMS上电的自检：在自检时间（上电300ms）到达后，以下各项需正常稳定100ms以上，否则就报自检故障。（1）内网各模块通讯正常（接收到至少一帧报文）；（2）各模块处于正常工作模式（无设备硬件故障）；（3）电池单体最低电压大于过放保护失效阈值；（4）电池单体最高电压低于过充保护失效阈值；（5）电池总压低于过低保护阈值； （6）电池极柱温度高于过低温保护失效阈值；（7）电池极柱温度低于过高温保护失效阈值；（8）电池绝缘阻值检测有效且大于严重报警阈值；3.3. 高压回路控制BMS需控制的继电器：负极主继电器、正极放电继电器、预充继电器、加热继电器（电池加热）、快充继电器、慢充继电器。BMS需根据充电枪连接状态和整车控制器指令状态对高压继电器进行控制。在检测到充电连接信号时进入的充电过程并对行车过程进行锁止。在充电插头拔下并接收到整车上高压指令时进行预充电控制。行车过程中，当电池组发生严重故障时需等待整车控制器发出允许BMS主动断开高压继电器时才能主动断继电器，但为了保护电池组，BMS需要将最大允许充电电流和最大允许放电电流设置为0。如果发出最严重故障后15s还未接收到整车控制器的正响应指令，则BMS主动断开继电器。充电过程完成由BMS主导，电池组发生严重故障时需及时断开充电继电器。3.3.1 电池组禁止充电因素（断充电继电器）(1) 交直流充电同时连接；(2) 单体过压三级报警/总压过压三级报警/充电过流三级报警/电池高温三级报警/电池组系统绝缘阻抗三级报警；(3) BMS硬件三级故障；(4) 充电CAN通讯三级故障；(5) 急停开关断开（为了后续扩展预留，