汽车电池管理系统

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1、 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 1 / 12 电池管理系统（BMS） 介 绍 资 料 浙江科畅电子有限公司 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 2 / 12 目目 录录 一、浙江科畅电子 BMS 系统主要功能. 3 二、浙江科畅电子 BMS 系统设计指标. 4 三、浙江科畅电子 BMS 系统组成 4 1、主控模块与采样模块的 MCU . 4 2、电池管理系统整体设计（主控模块）. 5 3、电池管理系统整体设计（采样模块）. 6 4、主控模块和采集模块功能. 6 5、硬件设计电源模块 7 6、系统软件设计主控模块 8 7、故障诊断及保护控制策略.

2、 9 8、车载监控显示. 9 9、车载监控显示-主界面 9 10、车载监控显示-单体电池电压显示 10 11、车载监控显示-最高及最低电压模组显示 10 12、车载监控显示-最高及最低温度模组显示 11 13、车载监控显示-故障报警显示 11 结束语. 12 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 3 / 12 电池管理系统电池管理系统(BMS)(BMS)介绍介绍 BMS 是 BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 的第一个字母简称组合，称之谓电池 管理系统。俗称之为电池保姆或电池管家。电池管理系统BMS(主要就是为了智 能化监控及管理电池的状态，防止由于过充电或

3、过放电对电池的损伤，延长电池 的使用寿命，保证用电设备的正常运行。 一一、浙江科畅电子浙江科畅电子 BMS BMS 系统主要功能系统主要功能 1、电池端电压的测量:整个系统采用了完全的模块化设计，电路板对外接 信号全部采用光电隔离措施，保证了单元模块的抗干扰能力及数据采集精度。 2、单体电池间的能量均衡：由于单体电池离散性的差异，电池在使用中， 容量一致性会愈来愈差。系统在静置过程中自动进行能量均衡，即为单体 电池 均衡充电，以使电池模组中各个电池都达到均衡一致的状态。 3、电池单元总电压测量与电池单元总电流测量。 4、SOC计算：准确估测电池的荷电状态（SOC）即电池剩余电量，保证SOC 维

4、持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤。 5、动态监测电池单元的工作状态：在电池充放电过程中，实时采集电池模 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 4 / 12 组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池总电压，防止电池发生过充 电或过放电现象。 系统具有单只电池低电压和总电池组低电压报、 SOC 临界及 过 低报警功能。实时监测各电池模组的温度，控制电池模组的通排风风扇，保证电 池模组内部的热均衡。 6、 实时数据显示： 主控制模块与显示终端共同构成了控制与人机交互系统。 显示终端使用了带触摸按键的5“真彩色LCD屏，实时显示电池组的总电流、总电 压、S

5、OC，实时显示各节电池的电压及电池模组温度测量点的温度，实时显示电 池模组中的最高电压、最低电压及所在电池模组编号，实时显示电池模组中的最 高温度、最低温度及所在电池模组编号。 二二、浙江科畅电子浙江科畅电子 BMS BMS 系统设计指标系统设计指标 项目项目 技术要求技术要求 说明说明 最高可测量电池 768节 最大可测量电池 500A 根据电流变送器可调整 SOC估算误差（%） 8% 单体电压测量精度 3mv 在可测量电压范围内 电流测量精度 1% 按电流传感器满量程计算 温度测量精度 1 工作温度范围 -25到-85 高于电池工作温度要求 CAM通讯 满足整车控制要求 符合国标 商用车控

6、制系统 局域网络(CAN总线)通信 协议规范 故障诊断 对电池故障进行诊断报警 在线监测与调试功能 满足整车要求 三三、浙江科畅电子浙江科畅电子 BMSBMS 系统组成系统组成 1 1、主控模块与采样模块的主控模块与采样模块的 MCU MCU 高速、 流水线结构具兼容的内核可达 （25MIPS） 可在工业温度范围 （-45 到+85）工作，工作电压为2.73.6V。100脚封装。 完全集成的混合信号片上系统型 MCU，具有 59个数字I/O引脚。 2个16位、1Msps的ADC，带DMA控制器。 控制器局域网（CAN2.0B）控制器，具有32个消息对象，每个消息对象 电池管理系统电池管理系统（

7、BMSBMS）介绍资料介绍资料 5 / 12 有 其自己的标识掩码。 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）。 10位、200 ksps的ADC，带8通道模拟多路开关。 两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。 64KB 可在系统编程的 FLASH 存储器。 4352（4K+256）字节的片内RAM。 可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口。 硬件实现的SPI、SMBus/ I2C和两个UART串行接口。 5个通用的16位定时器。 具有6个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。 片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。 2 2、电池管理系统整体设计电池管理系统整体设计（主控模块主

8、控模块） 主控模块包括继电器控制、电流测量、总电压与绝缘检测和CAN通讯接口等 电路。 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 6 / 12 3 3、电池管理系统整体设计电池管理系统整体设计（采样模块采样模块） 采样模块主要实现电压测量、温度测量、均衡管理、热管理和CAN通讯等电 路。 4 4、主控模块和采集模块功能主控模块和采集模块功能 电源模块:给各种用电器件提供稳定电源。 MCU模块:采集、分析数据、收发控制信号。 继电器控制模块:控制继电器的吸合、断开来控制电池组是否向外供电。 电流检测模块:采集电池组充放电过程中的充放电电流。 电压检测模块:测量电池组各个模块电压。

9、 温度检测模块:检测电池组充放电过程中电池组温度均衡控制模块:对电 池均衡进行控制。 总电压与绝缘检测模块：监测动力电池组总电压以及电池组与车体之间 的绝缘是否符合要求。 CAN收发模块:进行其他控制器与MCU间的数据通信及程序的标定与诊断, 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 7 / 12 协调整车控制系统与MCU之间的通信。 5 5、硬件设计硬件设计电源模块电源模块 （1）系统电源模块设计 本文使用到的供电电源为车载24V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

10、抗干 扰性。 （2）主回路控制模块设计 BMS主控板给继电器提供驱动电源， MCU输出高低电平控制信号来控制驱动继 电器闭合与断开，实现主回路继电器的吸合与开启。串行互锁控制方式，提高控 制可靠性。 （3）电流采集电路设计 电池组在整车的实际工况中， 电流的变化范围为-500A至+500A （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。信号经调整后送 MCU 外扩展的高速AD760进行数模转换，进而实现电流积 分运算。 （4）电池电压采集电路设计 在实际工况中，随着电池组充放电的进行，电池组的电压不断变化，单体电 池之间电压的一致性也会大大影响

11、电池组的性能， 所以有必要检测每个单体电池 的电压。MCU内部的16位高精度ADC对单体电池电压进行模数转换，单体电池电压 的检测精度为3mV。为提高系统的抗干扰能力，模拟信号和数字信号之间全部 采用光电耦合器进行隔离。 （5）温度采集电路设计 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。系统的采集模块可对8个温度监测点进行测量和监视。本 系统采用热敏电阻式温度传感器，温度检测精度为1。 （6）绝缘模块 绝缘检测模块用来测试判定动力电池组与车体绝缘是否达标， 通过测量直流 母线与电底盘之间的电压，计算得到系统的绝缘电阻值。 电池管理系统电池管理系统

12、（BMSBMS）介绍资料介绍资料 8 / 12 绝缘模块和主控板MCU之间使用CAN进行通讯。CMU根据绝缘电阻值判别直流 母线与电底盘之间的绝缘是否达标。 (7)CAN收发模块电路设计 系统采用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 通道采用MUC内部CAN及一个扩展的CAN控制器。 两个CAN通道完全支持CAN2.0B协议。 系统对上端的CAN数据通讯采用国标 商 用车控制系统局域网络(CAN总线)通信协议规范。CAN收发器波特率为250kbps， 数据结构采用扩展帧(29位ID值)。

13、主控模块和采集模块之间采用内部的CAN规约进行通讯，采集板的电池电压 和温度信息发送给主控板。 6 6、系统软件设计系统软件设计主控模块主控模块 (1)主控模块 系统上电后，首先进行系统的初始化，对一些重要的参数进行赋值，对相 关的外设进行配置和初始化。 初始化完成后， 进入主循环， 在主循环里循环执 行 电流检测和SOC计量、 总电压与绝缘检测、 数据处理与故障判断、 数据存储、 CAN0 通讯、 CAN1通讯和内部CAN通讯。 CAN0通讯为整车控制器及外设的通信通道。 CAN1 通讯为充电机、电池组数 据的通讯通道。内部CAN为主控模块与采集模块之间的 数据通讯通道。 (2)数据处理与S

14、OC估算 承担了电池管理系统核心的计算工作，包括电池组的SOC，最高、最低电池 电压，最高、最低温度，电池充电策略，电池组异常报警等数据的分析计算。SOC 估算在安时计量方法的基础上，采用电池的OCV-SOC曲线对SOC进行修正。 (3)采集模块 上电后先完成系统初始化，对一些重要的参数进行赋值，对相关的外设进行 配置和初始化。初始化完成后，在主循环里执行电压检测、均衡控制、温度、检 测、热管理等程序。模块对电池电压的数据采取了软件二次滤波措施，使单节电 池电压数据的精确度得到了更稳定、更精准。 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 9 / 12 7 7、故障诊断及保护控制

15、策略故障诊断及保护控制策略 故障名称 故障描述 故障处理 电池电压过高 电池总电压或单体电池电压高于标定值 报警、停止用电 电池电压过低 电池总电压或单体电池电压低于标定值 报警、切断用电 Soc过高 剩余电量过高 报警、停止充电 Soc低 剩余电量低于15% 报警、需补电 过电流 电流超过标定允许数值 报警 温度过高 最高温度超过标定值 报警、切断用电 Soc过低 剩余电量低于5% 报警、停止用电 绝缘1级故障 绝缘等级不达标 报警 绝缘2级故障 绝缘等级不达标 报警 电流均衡故障 电流均衡异常 报警 8 8、车载监控显示车载监控显示 本系统为适应单独使用，特地设计了车载监控显示屏。终端的信

16、息来源为 CAN1、CAN2 上通道的数据流。 主控模块与监控显示终端共同构成了控制与人机交互系统。 显示终端使用了 5“真彩色触摸LCD屏，实时显示电池组的总电流、总电压、SOC，实时显示 各节 电池的电压及电池单元温度测量点的温度，实时显示个电池单元最高电压、最低 电压及所在电池模组编号，实时显示电池单元最高温度、最低温度及所在电池模 组编号。 显示终端的信息来源为 CAN0、CAN1 上通道的数据流。 9 9、车载监控显示车载监控显示- -主界面主界面 电池管理系统电池管理系统（BMSBMS）介绍资料介绍资料 10 / 12 1010、车载监控显示车载监控显示- -单体电池电压显示单体电池电压显示 在主界面平面触摸图标，便可进入显示各个模组的单节电池