基于bms电池·管理系统的毕业设计.doc

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1、摘 要BMS电池管理系统主要由一个主控单元（BMU）和多个单体采集单元（BVT）组成的集散式系统结构。BMU单元主要是收集电池的相关数据，对电池的数据进行集中的分析和处理，判断当前电池的故障，进行电池系统的预警和报警。同时BMU还完成电池的电池电压、母线电压计算、电池电流采样计算、绝缘监测、高压通断控制及电池热管理系统的控制，并根据电池的电流、电压等相关数据进行电池的SOC估算。BVT单元主要完成单体电池的电压和温度数据采集，并实时和BMU进行通讯，把采集到得电压、温度数据及电池状态发送个BMU单元。在车辆运行过程中，电池管理系统和整车控制器或电机控制器进行CAN通讯，电池管理系统实时提供电池

2、电压、充放电电流、电池SOC以及整车控制器需要的其他数据，当电池管理系统或电池系统出现报警时，电池管理系统把报警发送给整车控制器，同时根据报警级别进行限功率处理或请求断开接触器，整车控制器根据报警级别采取相应的控制策略。关键词：主控单元;多个单体采集单元;整车控制器目 录 TOC o 1-2 h z u 绪 论1一、 BMS电池设计背景2二、性能特点（一）电池管理系统主要功能3（二） BMS系统的两大单元3（三）主要参数.4三、 BMS电池总体设计方案5（一）BMS电池的原理5（二）BMS电池的元件7四、BMS控制功率表（一）回馈功率表17（二）放电功率表17五、使用注意事项（一） 充电控制.

3、19（二） 加热控制.20（三） bms电池控制加热流程.21（四） 附件bms原理图.6结 论22参考文献24致 25绪 论BMS是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的第一个字母简称组合，称之谓电池管理系统。电池管理系统(BMS)可根据起动能力对充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)进行快速、可靠的监测，以提供必要的信息。因此，BMS能够最大限度地降低因为电池意外失效而导致的汽车故障次数，从而尽可能地提升电池使用寿命和电池效率，并实现CO2减排功能。BMS的关键元件是智能电池传感器(IBS)，它可以测量电池的端电压、电流和温度，并计算出电池的状态 一、 B

4、MS电池设计背景虽然中国锂电池的生产规模已经高居世界首位，很多企业采用的生产设备处于国际先进水平，国产电池整体的水平也在稳步提升当中，但电动汽车电池的各种事故却仍然频频发生。在限制国电动汽车发展的诸多瓶颈当中，电源管理系统(BMS)技术不够成熟，无疑是最为重要的原因之一。BMS通常被称为电动汽车动力电池系统的“大脑”，与动力电池、整车控制系统共同构成了电动汽车的三大核心技术。BMS能够提高电池的利用率，防止电池过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命。此外，BMS还可以监控电池和车辆的状态，保证电动汽车整车性能安全。二、 性能特点 （一）电池管理系统主要功能：1.总电压检测2.充放电电流检测3.

5、单体电压检测4.温度检测5.绝缘检测6.SOC 估算7.充放电管理8.执行机构管理9.CAN 接口通讯10.热管理系统控制等。（二）BMS系统的两大单元，即单体电压温度采集单元（BVT）和BMS主控单元（BMU）单体电压温度采集单元MIDI车电池系统共采用10个BVT，每个BVT分别采集12只电池电压和温度。每个BVT单元采用高精度的电芯电压和温度采集芯片，快速准确的进行单体电压个温度采集，同时通过高速稳定的CAN网络把电压和温度数据发送给BMS主控单元BMS主控单元BMS主控单元包含有总电压检测、电流检测、SOC估算、CAN 接口通讯、开出信号控制、开入信号检测等功能。总电压检测：采用高精度

6、隔离电压检测芯片进行电池电压和母线电压的检测。电流检测：采用电流互感器和高精度集成专用芯片进行电流检测，检测精度满足电流计算和SOC计算的要求。SOC估算：根据电池充放电电流，采用用AH 积分法计算SOC并根据电池电压实时修正SOC。CAN总线通讯：通过CAN1通讯接口按照整车通讯协议和整车控制器进行通讯， 波特率为500Kbps；通过CAN2通讯接口按照快充国标协议与直流充电器进行通讯，波特率为250Kbps。最大允许充放电电流（功率）计算：根据电池当前状态实时计算电池允许最大充放电电流（功率）。开入信号检测： 主控单元可以进行11路输入信号检测，分别为ON档信号、慢充使能信号、快充使能信号

7、、慢充连接确认信号CC和CP、快充连接确认信号CC2，前箱烟雾报警信号、后箱烟雾报警信号、绝缘监测反馈信号、负极接触器反馈信号、正极接触器反馈信号。开出信号控制：主要包括系统常电控制、预充电接触器控制、正极接触器控制、负极接触器控制、快充接触器控制、慢充接触器控制、加热接触器控制。（三）主要参数BMS系统通过QC/T897-2011标准检测认证，各项数据指标均完全满足QC/T897-2011标准要求。单体电压、温度、总电压、电流、SOC等主要参数的性能指标如下表：注： 1.BMS与VMS的通讯协议参考文件Midi singal list_BMS V1.1。2.地面直流充电机协议参考GB/T 2

8、7930-2011 电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通讯协议。序号名称性能指标1单体电压单体电压检测围：0-5V单体电压精度：10mV2总电压电压检测围：250V500V（根据不同电池串联只数电压可调）。电压精度：0.5%3温度温度检测围：2055。误差精度：24总电流检电流检测围：0350A/0600A电流精度：0.5%5SOC估算估算精度：8%6开出信号控制8路开出信号控制7开入信号检测11路开入信号检测8CAN2.0通讯功能2路CAN总线通信CAN1和整车通讯，速率为500KbpsCAN2和直流充电机通讯，速率为250Kbps三、 BMS电池总体设计方案（一）BMS电池的原

9、理电池管理系统(BMS)可根据起动能力对充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)进行快速、可靠的监测，以提供必要的信息。因此，BMS能够最大限度地降低因为电池意外失效而导致的汽车故障次数，从而尽可能地提升电池使用寿命和电池效率，实现CO2减排功能。BMS的关键元件是智能电池传感器(IBS)，它可以测量电池的端电压、电流和温度，并计算出电池的状态。电能管理系统用来为起停系统供电的典型供电网络包含一个车身控制模块(BCM)、一个电池管理系统(BMS)、一个发电机和一个DC/DC转换器。BMS借助专用的负载管理算法为BCM提供电池状态信息，BCM通过对发电机和DC/DC转换器进行控

10、制来稳定和管理供电网络。DC/DC转换器为汽车部的各个用电部件分配电能。通常，铅酸电池的BMS直接安装在电池夹上的智能连接器中。该连接器包括一个低阻值的分流电阻(通常在100围)和一个带有高度集成器件(具有准确测量和处理功能)的小型PCB，称为智能电池传感器。IBS即便是在最恶劣的条件下以及在整个使用寿命中都能以高分辨率和高精确度测量电池电压、电流和温度，从而正确预测电池的充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)。这些参数定期或根据要求通过已获汽车行业认证的车载网络传送至BCM。 原理图 （二）BMS电池的元件GY_EVBMS_24V_V3.0_Bom项目名称： 动力汽车BM

11、S板24V系统 型号：GY_EVBMS V3.0 序号器件名称数 值参 数单位封 装数 量标 号备 注1电 容22pF08052C107, C108VISHAY X7R2电 容56pF08056C57, C60, C73, C77, C91, C100VISHAY X7R3电 容1nF08052C95, C1044电 容0.01uF080522C2, C4, C6, C8, C12, C14, C16, C18, C20, C22, C24, C47, C53, C59, C67, C71, C76, C88, C106, C110, C119, C120VISHAY X7R5电 容0.1uF

12、080556C1, 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, C112, C113, C114, C115, C116, C118VISHAY X7R

13、6电 容0.68uF08053C50, C66, C84VISHAY X7R7电 容1uF08059C9, C25, C26, C27, C28, C29, C30, C31, C32VISHAY X7R8钽电容2.2uF/10VA(3216)3C80, C96, C99贴片，AVX公司9钽电容47 uF /16VC(6032)2C117, C121贴片，AVX公司10电解电容10 uF /16VRB.1/.210C44, C49, C51, C54, C61, C65, C68, C74, C79, C83东联盛11电解电容47 uF /16VRB.1/.32C37, C109东联盛12安规

14、电容0.1 uF /275VD=1.0CM1CX1MEX0.1KX2佳冠13电 阻008057R66, R76, R79, R86, R100, R104, R107TDK14电 阻100080514R6, R7, R8, R9, R19, R20, R21, R23, R30, R31, R32, R114, R63, R84TDK 1%精度15电 阻1K080514R55, R56, R73, R74, R94, R95, R98, R99, R112, R113, R64, R69, R85, R89TDK 1%精度16电 阻1.3K08051R3417电 阻1.5K08056R70,

15、R72, R90, R93, R101, R103TDK 1%精度18电 阻2K08053R5, R22, R3519电 阻2.7K08051R3320电 阻3K080513R10, R11, R12, R24, R25, R26, R36, R37, R115, R58, R71, R77, R92TDK 1%精度21电 阻5.1K08059R14, R46, R47, R48, R49, R50, R51, R52, R53TDK 1%精度序号器件名称数 值参 数单位封 装数 量标 号备 注22电 阻10K080523R1, R2, R3, R4, R13, R15, R16, R17,

16、R18, R27, R28, R29, R38, R39, R40, R41, R42, R43, R44, R45, R54, R91, R108TDK 1%精度23电 阻20K08053R106, R109, R116TDK 1%精度24电 阻33K08052R110, R11125电 阻1M08052R102, R105TDK 1%精度26电 阻112063R65, R78, R97TDK,1%精度27电 阻120AXIAL0.43R57, R75, R960.25W,1%精度28电 阻510AXIAL0.44R67, R68, R87, R880.25W,1%精度29电 阻200KAX

17、IAL0.48R59, R60, R61, R62, R80, R81, R82, R830.25W,1%精度30压敏电阻ROV10-330KD=10mm1RV3泰科电子31压敏电阻ROV10-681KD=10mm2RV1, RV2泰科电子32共模电感ACM7060贴片4GM1, GM2, GM3, GM4TDK33发光二极管红色08055ALM1, CR1, CR2, CR3, RXD1宇凌光34发光二极管黄色08054CT1, CT2, CT3, TXD1宇凌光35发光二极管绿色08051RUN1宇凌光36二极管1N4148120617D1, D2, D3, D4, D6, D7, D8,

18、 D9, D10, D11, D12, D13, D24, D25, D26, D27, D32贴片 ON37二极管IN4148DO-3512D5, D14, D15, D16, D17, D18, D19, D20, D21, D29, D30, D31分立，ON38二极管MMDL30108052D22, D2339二极管1N4007DO-411D28分立，ON40三极管NPN8050SOT-2311Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q11ON41TVS管SMBJ6.8CADO-214AA8TV1, TV2, TV3, TV4, TV5, TV

19、6, TV7, TV8贴片，Littelfuse42晶振8M HC-49SRAD0.21Y1分立，正工电子43EEPROMFM25CL64-GASO-81U1Ramtron公司44运 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, ISO1447隔离放大器ACPL-782TDIP-82ISO12, ISO13AVAGO公司48隔离CANISO

20、1050DSOP-83U4, U6, U9TI公司49RS232SP3232EENSO-161U12 Sipex 公司50CAN转换器MCP2515T-E/SOSOIC-181U11Microchip公司序号器件名称数 值参 数单位封 装数 量标 号备 注51双排针座2.54-10*2PIDC-20P2U3铭驰电子2.54-13*2PIDC-26P12.54-14*2PIDC-28P152三端稳压器SPX1117M3-3.3SOT-2231DY3 Sipex公司53纽扣电池CR2032-3V1BT1加座，SONY公司54DC电源模块F0505S-1W单列直插5DC1, DC2, DC3, DC

21、4, DC5力思特公司55DC电源模块P10WDC24S051DY2力思特公司56继电器G6B-2214P-USDIP-168K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, K95V、OMRON公司57继电器G6B-2114P-USDIP-161K15V、OMRON公司58XH连接器直针2.54mm 5P1COM直针 2.54mm 5P60molex连接器39-30-00205569系列 双排弯针 2P1J1对插端（5557系列双排插座2P）39-01-202561molex连接器39-30-00405569系列 双排弯针 4P1J5对插端（5557系列双排插座4P）39-01-204

22、562molex连接器39-30-00605569系列 双排弯针 6P1J6对插端（5557系列双排插座6P）39-01-206563molex连接器39-30-01005569系列 双排弯针 10P1J4对插端（5557系列双排插座10P）39-01-210564molex连接器39-30-01205569系列 双排弯针 12P1J2对插端（5557系列双排插座12P）39-01-2125 65molex连接器39-30-01605569系列 双排弯针 16P1J3对插端（5557系列双排插座16P）39-01-216566PCB板210mm*140mm1GY_EVBMS V3.0 2013

23、.07.15以下是与焊板无关联的配件序号器件名称数 值参 数单位封 装数 量标 号备 注66CPU单元板LPC2366FBD1U3详见单元板清单四、 BMS控制功率表（一）回馈功率表 动力电池系统不同状态下最大允许回馈功率表，适用于行车能量回馈，电池容量72Ah持续时间30s，采用线性插值法进行平滑。最小温度为10以下，以最小温度为准控制，最小温度10以上且最大温度50以下，以平均温度为准控制，最大温度50以上，以最大温度为准控制Soc/Temp251015204055605%0386184848414010%0386184848414015%0386184848414020%03861848

24、48414025%0386184848414030%0386184848414035%0386184848414040%0386184848414045%0386184848414050%0386184848414055%0386184848414060%0385470847014065%0385470847014070%0385470847014075%0385470847014080%0385470707014085%0243240544012090%0101010381010095%055519550100%00000000（二）放电功率表动力电池系统不同状态下最大允许放电功率表，适用于

25、行车，电池容72Ah，持续时间30s，采用线性插值法进行平滑。最小温度为10以下，以最小温度为准控制；最小温度10以上且最大温度50以下，以平均温度为准控制；最大温度50以上，以最大温度为准控制。Soc/Temp-30-20-10010204055605%002.588882.5010%00581414148015%005821212111020%005828282814025%005842464614030%0881056646414035%08111256676714040%08141456707014045%08142163777714050%08142870848414055%0814

26、3370848414060%08143870848414065%08143870848414070%08143870848414075%08143870848414080%08143870848414085%08143870848414090%08143870848414095%081438708484140100%081438708484140五、使用注意事项（一）充电控制1直流（地面）充电控制（快充）电池系统温度 充电流程 Tmin3加热启动，充电等待。当电池温度升高到8时加热停止 Tmin3且Tmin15加热停止，以恒流15A，限压432.0V充电，当电压至432.0V，电流降至5A以下

27、，充电结束，电池充满电。Tmin15且Tmax50加热停止，以恒流40A，限压432.0V充电，当电压至432.0V，电流降至5A以下，充电结束，电池充满电。Tmax50加热停止，充电等待 2. 车载充电控制（慢充）电池系统温度 充电流程 Tmin3加热启动，充电等待。当电池温度升高到8时加热停止Tmin3且Tmax50加热停止，以恒流8A，限压432.0V充电，当电压至432.0V，电流降至2A以下，充电结束，电池充满电。Tmax50加热停止，充电等待充电说明当在充电过程中，出现总电压过压保护（阀值：444.0V）、单体电压过压保护（阀值：3.9V）、电池温度过温保护（阀值：50）、电池温度

28、低温保护（阀值：2）时，BMS系统报充电异常故障，停止充电。在充电过程中，电池的温差大和压差大不作为是否充电条件当在加热过程中，如果最小温度在4小时仍未升高至3，BMS系统报充电异常故障，停止加热。（二）加热控制电池系统加热方式采用高压加热方式，在充电时，使用充电机的输出的电压给电池系统加热，加热功率约为500W左右，下面是充电加热的详细流程，该流程是充电流程中的控制电池开始加热过程的详细说明。 结 论无论是简单的充电控制器还是复杂的控制单元，对于电池管理系统 （BMS） 的需求都在迅速增长，尤其是电动汽车领域。除了传统的充电状态监控外，BMS 系统还必须遵守日益严格的安全法规，注重控制和待机

29、功能、热管理和用于保护 OEM 车厂电池的加密算法。未来，甚至车辆控制单元 （VCU） 的部件和功能也会与 BMS 相关联。通过这次毕业设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。我觉得做毕业设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如单片机的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。作为毕业的学生，能够搞这样的关于单片机技术的设计，确实从中学到了很多的知识。在项目设计方面，打破了以往单纯为解决问题的观念，树立了良好

30、的项目设计思想。在容设计方面，比较深入的学习了bms方面的知识，补充了自己知识上的不足，更重要的是给自己找到了一个发展的方向。在这个过程中，受到了我们老师和同学的热切关注和耐心辅导，特别王海涛老师对我进行了系统的讲解和指导，对设计提出了很多建设性的意见及建议，对我的设计起到了指导性和决定性的作用，使我深刻的体会到了良师益友给我带来的帮助，在此表示深深的感！感王海涛老师给了我们这个机会去更深层次的学习对于PLC的理解能力和分析设计能力，感这次毕业设计带给我的丰收的硕果，感觉系统的总结了3年来所学的专业知识很有用途，同时激发了我对于bms这个领域的极大兴趣，我将以此为起点，去更加努力的学习深造争做

31、PLC领域的专业人才，为自己争光，为母校添彩。参考文献1 bms电池管理系统设计理念百度文库 2?-?3 鸿泉新能源电动汽车及电池组智能管理系统4 正菱科技的ZK系列BMS电池管理系统致在这次毕业设计的过程中，我的指导老师王海涛老师给予了我很大的帮助，提供了相关的资料，对我的毕设作品给予了指导和支持。使我顺利圆满的完成了此次毕业设计。在此，向王海涛老师表示衷心的感！同时，也要感学院提供计算机等设施，使我的设计得以顺利完成。寒窗几载，春花秋实。大学三年是我一生的重要阶段，是学习专业知识及提高各方面能力为以谋生发展的重要阶段。从跨入大学的校门的那一刻起我就把这一信念做为人生的又一座右铭。古人云：预

32、则立，不预则废。祖先曾经教导我们：一年之计在于春，一日之计在于晨。作为即将走向社会的我们又何尝不是如此？一个没有规划的人生，就象一场没有球门的足球赛，一场乱踢；一个没有规划的人生，就象一叶在茫茫大海上漫无目标的小舟，随波飘荡。在我们即将走向社会的时候，我们必须对自己的职业生涯进行规划。罗素曾说：选择职业就是选择你自己的将来。因此我们要针对社会需要，结合自身的情况及早做好相应准备，为我们走向社会打下坚实的基础。俗话说：磨刀不误砍柴功。为适应社会需要，促进自我发展，我们除了学好本专业外，还应辅修相关转业知识，积极参加社会实践活动，培养工作能力，努力提高综合素质，同时努力培养特长，形成自身竞争优势。最后，再次感学院给了我们机会，以及电气自动化专业的各位老师和许多的朋友、同学在各个方面给予了我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后，你们！