1、系統方案設計書（整體方案設計）項目編號：項目名稱：電池管理系統BMS文檔版本：V0.01批準審核校對設計技術部2015年7月1日管理編號:25版本履歷目錄1. 前言42. 名詞術語53. 概要64. 系統原理框圖75. 產品規格86. 與同類產品的比較97. 主芯片選型108. 電池管理系統的要求119. 控制策略的要求及設想1210. 驅動設計的要求及設想1311. 電氣設計的要求及設想1512. 機構設計的要求及設想2013. 后記2114. 參考資料221.前言開發電動汽車電池管理系統，此系統的全面實時監控，具有良好的電池均衡性能，檢測精度高。2.名詞術語BMS：電池管理系統BCU:電池

2、串管理單元BMU：電池檢測單元LDM：絕緣檢測模塊HCS:強電控制系統SOC:電池荷電狀態3.概要電動汽車電池管理系統(BMS),管理系統狀態用于監測電動汽車的動力電池的工作狀態，從而采集動力電池的狀態參數，實現動力電池的SOC狀態、溫度、充放電電流和電壓的監控。電池管理系統主要是BMS通過CAN總線與整車控制器、智能充電器、儀表進行通訊，對電池系統進行安全可靠、高效管理。電池管理系統包括BCU和BMU，BCU主要作用是：根據動力電池的工作狀態，對電池組SOC進行動態估計，通過霍爾電流傳感器，實現對充放電回路電流的實時監測，保護電池系統，可以實現與BMU、整車控制器、充電機等進行通信，交互電壓

3、、溫度、故障代碼、控制指令等信息；BMU的功能是通過對各個單體電壓的實時監測、對箱體溫度的實時監測，通過CAN總線將電池組內各單體的電壓、箱體溫度以及其他信息傳送到BCU，通過與智能充電樁交互數據信息，充電期間實時估算電池模塊SOC，對電芯進行充電均衡，提高單節電芯的一致性，提高整組電池使用性能，對電池進行主動式冷熱管理，保護電池使用壽命，延長電池壽命。4. 系統原理框圖圖1系統原理圖電池系統典型應用了分布式兩級管理體系，由一個電池串管理單元（BCU）和多個電池檢測單元（BMU）、顯示屏（LCD）、絕緣檢測模塊（LDM）、強電控制系統（HCS）、電流傳感器（CS）以及線束組成。系統中BCU模塊

4、通過CAN總線與多個BMU模塊及LDM（絕緣檢測模塊）實時通信，獲取單體電壓、箱體溫度、絕緣阻值等系統參數，通過電流傳感器采集充放電電流，動態計算SOC。BCU計算分析得出電池組綜合信息后，仲裁進行系統管理，通過獨立的CAN總線分別與VCU、充電機等智能交互，并可通過繼電器控制實現對充放電的二級保護，滿足客戶多樣化的安全控制需求，保障系統穩定高效地運行。SOC計算采用VminEKF算法，對電池組SOC進行動態估計電流檢測通過霍爾電流傳感器，實現對充放電回路電流的實時檢測。通信功能外帶3路CAN接口，可實現與BMU、整車控制器、充電機等進行通信，交互電壓、溫度、故障代碼、控制指令等信息。5. 產

5、品規格電池管理系統，是電動汽車動力電池系統的重要組成部分，采用分布式兩級管理體系，對電動汽車動力電池系統進行實時全面監控，保證電池的正常工作和安全性。電動汽車電池管理系統：電池串管理單元；電池檢測單元；顯示屏；絕緣檢測模塊；強電控制模塊，電流傳感器等組成。另外實現故障診斷與處理的功能。產品的性能：a. 滿足電動汽車運行環境的要求，比如：工作溫度、相對濕度、抗震性、EMC性能、防護等級、抗沖擊、可靠性等。b. 與傳統電池管理系統相比，實現檢測數據精度提升，故障與保護及時反饋，電池安全性能更好的保障。c. 外觀尺寸合理，滿足結構強度要求，安裝方便。6. 與同類產品的比較國內市場上電池管理系統的代表

6、廠家是惠州億能電子有限公司/哈爾濱冠拓電源設備有限公司，與之相比，系統可以考慮在如下方面進行優化，達到或超過同類產品。a. 實現完善的溫度、電流、單體電壓等功能監測控制。b. 強化系統SOC估算，數據采樣精度。c. 外觀尺寸設計合理，安裝方便。7. 主芯片選型選用飛思卡爾的MKE06P80M48SF0RM作為電池管理系統的主芯片，飛思卡爾面向汽車、網絡、工業和消費電子市場，提供的技術包括微處理器、微控制器、傳感器、模擬集成電路和連接。飛思卡爾的一些主要應用和終端市場包括汽車安全、混合動力和全電動汽車、下一代無線基礎設施、智能能源管理、便攜式醫療器件、消費電器以及智能移動器件等。a. 飛思卡爾半

7、導體(FreescaleSemiconductor)是全球領先的半導體公司，專注于嵌入式處理解決方案。b. MKE06P80M48SF0RM工作頻率48MHz，具有ESD/EMC性能和CAN，以及模擬，通信定時和控制外設，以及不同容量的內存和引腳數。c. MKE06P80M48SF0RM是飛思卡爾產品中的價值優化產品，經濟效益較好。d. MKE06P80M48SF0RM的時鐘頻率為80/133MHz，具有高端微控制器的性能和DSP功能，完全可以滿足實時性的要求。e. 公司有MKE06P80M48SF0RM的全套開發工具，并且研發人員有使用該芯片的經驗。8. 電池管理系統的要求電動汽車電池管理系

8、統采用了分布式兩級管理體系，由一個電池串管理單元（BCU）和多個電池檢測單元（BMU）、顯示屏（LCD）、絕緣檢測模塊（LDM）、強電控制系統（HCS）、電流傳感器（CS）以及線束組成。動力電池為本公司生產的PL151V220電池系統。動力電池系統的匹配以滿足整車動力性、經濟性為原則。通訊方面基于CAN2.0，要求制定整車CAN通訊協議，電池系統電池管理系統滿足整車CAN通訊協議要求。9. 控制策略的要求及設想A. 開發及仿真的軟硬件環境控制策略開發環境為Matlab9.0和Targelink3.2,使用simulink和Stateflow編寫控制策略,simulink中進行仿真驗證，然后基于

9、Targelink3.2轉化成C代碼。B. 控制策略的方向考慮整車電量、工作環境，充電模式和放電模式基于規則的控制與切換。充電模式下電池組SOC估算。C. 主要工況及策略的設想首先定義工作狀態，按控制功能劃分各個模塊，初步規劃分為電池串管理單元，電池檢測單元，絕緣檢測模塊，強電控制系統，電流傳感器，顯示屏等，基于各個工作環境實現任務功能的調度。D. 特殊要求策略中包含故障診斷和處理的功能，控制器不僅要負責自身的故障處理，同時要接收各子系統的故障信息，一方面做出整車的協調響應，另一方面進行整車所有故障的編碼和存儲E. 其它要求與其他控制器之間采用CAN網絡進行通訊，符合相關協議的要求。10. 驅

10、動設計的要求及設想A. 開發及調試的軟硬件環境驅動軟件的開發環境為TASKINGVX-toolsetforTriCorev3.41。B. 交、直流充電樁匹配設計依照標準電動汽車傳導充電用連接裝置第2及關于交流充電裝置連接界面與控制引導原理，以及第3及關于直流充電裝置連接界面與控制引導原理，如圖2所示：圖2非車載充電機控制.(r4CC2¥A+檢測點2出硬件設計有CC信號、CP信號及CC1信號的接入。軟件依據標準電動汽車電池管理系統與非車載充電機之間的通信協議設計各階段流程及通訊協議。C. 特殊要求對于各種輸入的傳感器信號和輸出的控制信號，可以進行在線標定，方便集成調試D. 其它要求設計

11、Canape工程，方便測試與調試。11. 電氣設計的要求及設想A. 開發及調試的軟硬件環境Protel99、AutoCAD。B. 電氣設計要求表4電氣設計要求編號要求范圍主控單元從控單元絕緣檢測1工作電壓DC9V18VDC9V55V2工作電流W2AW20mAW1A3電壓采集0485V05V4電壓采集精度W±0.5%W±5mV5電流采集±500A6休眠電流W1mAW500uAW500uA7SOC估算誤差W8%8均衡電流300mA9絕緣電阻檢測0500KQ10溫度采集-40125°C11溫度采集精度±2°C12振動：頻率10400Hz振幅

12、0.21mm13煙霧14防護等級IP6515EMC防護EN500812:1993GJB151A199716沖擊8g11ms半正弦C. 接口定義接口名功能描述J112V常電12V常電12V常電FANFANFAN屏蔽層V5.0_IS0_lCAN_H_1CAN_L_1GND_ISO_1J2高壓輸出+高壓輸出-車身地車身地高壓電池總+高壓電池總-J3備用1/常開端備用1/公共端備用2/常開端備用2/公共端快充/常開端快充/公共端慢充/常開端慢充/公共端DC/DC/常開端DC/DC/公共端預充/常開端預充/公共端主正/常開端主正/公共端主負/常開端主負/公共端待測開關1待測開關2待測開關3V5.0_IS

13、0_2（來自車載充電機）GND_IS0_2（來自車載充電機）CAN_H_2CAN_L_2屏蔽層CAN_H_2CAN_L_2屏蔽層CAN_H_2CAN_L_2屏蔽層匹配電阻線J4LCD_RS485+LCD_RS485-12.0V車身地屏蔽層屏蔽層車身地V5.0DTU_RS485+DTU_RS485-車身地降功率輸出-12.0VHall_Charge_Out12.0V12.0VHall_Discharge_Out-12.0VNTC1+車身地CPCC輸出CC2輸出車身地車身地主正觸點監測輸出主正觸點監測輸出J512V常電12V常電車身地車身地車身地車身地鑰匙喚醒信號/ACC充電槍喚醒信號/CRG表5硬件接口初定的硬件接口如表5所示，具體的接口要策略開發人員和電氣開發人員共同決定D.CA