1、纯电动汽车电源管理系统设计目录摘要（1）一、绪论（2）二、电池管理系统的国内外现状（4）21国内外电池管理系统的发展概况（5）三、电池管理系统的设计（9）31电池管理系统开发目标（9）311技术指标（9）312功能要求（10）32电池管理系统构架及原理（11）33电池管理系统软硬件接口定义（13）34电池管理系统控制策略（16）341控制模式（16）342安全保护策略（17）343CAN通信协议（18）结论（19）致谢（19）参考文献（20）英文摘要（21）第1页共22页中文摘要摘要与动力电池相关的管理控制设备称为电池管理系统，作为一个整体在电动汽车中发挥作用。电池管理系统的作用主要可分为两个
2、方面保证电池安全；合理高效的使用电池储存的能量。针对目前电池管理中存在的问题，本论文以江淮第三代同悦纯电动轿车为应用背景，对电动汽车车用锂电池管理系统的开发进行了研究。论文首先列出了电池管理系统的技术指标和功能要求，从电池管理系统的技术指标和功能要求的角度出发，围绕电池安全和有效利用的目标，分析了电池管理系统的构架和原理。在此基础上，考虑到车用电池的使用环境和工作环境，作出了对电池管理系统软硬件接口的定义和控制策略。关键词电池管理系统，纯电动汽车，控制模式，安全保护策略，CAN通信协议纯电动汽车电源管理系统设计第2页共22页【正文】第一章绪论随着人们环境意识的不断提高，加上石油资源的不可再生性
3、，世界石油资源的存量逐渐减少，环境问题与交通能源成为21量世纪全球面临的重大挑战，同时也是制约汽车工业可持续发展的症结所在。世界石油化工能源面临供应短缺问题，根据美国能源部和世界能源理事会的预测，全球石化类能源的可开采年限分别为石油39年、天然气60年、煤211年，主要分布在美国、加拿大、俄罗斯和中东地区。美国能源部研究预测，2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年供需缺口将达到每年500亿桶，几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。中国是石油资源相对贫乏的国家，“石油的稳定供给不会超过20年“。国家发展和改革委员会的研究表明，导致我国今后石油消耗的主要因素将来
4、自予包括汽车在内的交遥领域，到2020年，汽车消耗的能源将占到石油总量的50，届时的石油依存度将超过60。同时大量的石化类交通能源消耗导致了严重的环境污染，其中燃油汽车排放的废气C02，CO，N02以及烟尘严重污染了城市的环境，同时大气层C02据统计全世界20的C02来源于汽车燃料燃烧所产生的废气浓度的提高，使得全球气候变暖，对整个地球的生态环境造成了难以量化的毁坏。联合国开发计划署的中国人类发展报告指出，目前全球20个空气污染最严重的城市中，中国占16个。在环境和能源的双重压力下，电动车EV作为一种绿色智能高效的交通工具，它的生产和应用有效地解决了能源和环境可持续发展的问题，电动汽车重新成为
5、世界各国尤其是发达重家研究的重点，电动汽车的应用前景广阔【1】【2】。电动车成为世界各国著名汽车制造商的开发热点。电动汽车技术在各国政府以及各大汽车公司的推动下得到了迅速发展。1991年美国能源部与三大汽车公司戴姆勒克菜斯勒、福特、通用共同成立的先进电池联合体UNITEDSTATESADVANCEDBATTERYCONSORTIUMUSABC，致力于研究和发展先进的电动车能源系统，建立了专门从事电池及管理系统的测试、试验等研究的实验室和研究机构。之后，全世界汽车制造厂家纷纷开发并推广使用电动车。于是由于电动车的蓬勃发展和其远大的前景，促进了电池及其管理技术的发展，世界各大汽车公司纷纷投巨资并采
6、取结盟的方式研究各种类型的电池。在电动汽车发展的同纯电动汽车电源管理系统设计第3页共22页时，电池管理技术也取得了长足的进步。日本青森工业研究中心从1997年开始至今，仍在持续进行电池管理系统BMS实际应用的研究；美国VILLANOVA大学和USNANOCORP公司已经合作多年对各种类型的电池SOC进行基于模糊逻辑的预测；丰田、本田以及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发的重点。对于我国来说，电动汽车的研发还是赶超世界汽车强国的唯一出路。国际电动车辆技术当前的发展状况主要表现为纯电动车辆技术日臻成熟，在特定区域推广应用，等待发展机遇；混合动力汽车技术渐趋完善，进入商业化推广阶段；燃料电池汽车技
7、术处于新的突破前期，正在成为新的研发热点。经过“八五“、“九五“和“十五”的技术公关，我国在电动汽车整车及零部件也取得了显著进展，同时对电池管理系统以及充电机系统进行了长期深入的研究开发，在BMS方面取得很大的突破，与国外水平也较为接近，研制产品在纯电动和混合动力电动车上得到大量使用，部分关键技术已处于国际领先水平。但电池管理技术还并不成熟，电动汽车的发展及产业化，对动力蓄电池管理系统将具有巨大的市场需求，同时技术上也将提出更高的要求【1】【2】。为了改善电动汽车的动力性和能量利用率，动力蓄电池的电压越来越高，由原来的几十伏上升到现在的几百伏，所以需要配备专门的系统来管理高压系统的安全。根据电
8、动车辆的实际结构和电路特性，本文设计了可以实现对电动汽车电池高压系统的安全管理【3】【4】。纯电动汽车电源管理系统设计第4页共22页第二章电动汽车电源管理系统国内外现状汽车是人们生活的重要交通工具，随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始购买汽车。但是，汽车的大量使用带来了能源消耗，资源短缺，环境污染等一系列问题，这些问题促使各大汽车公司竞相研制各种新型无污染的的环保车。而电动汽车是以电能为能源，通过电动机将电能转化为机械能，这完全符合研制零污染汽车的理念。因此，电动汽车作为解决资源短缺，环境污染等问题的重要途径，得到了快速发展。自进入新世纪以来，节能环保成了当前当前能源环保问题的一大焦点，各
9、个国家对节能和环保问题都很重视，不信投入大量资金和精力用于科研开发上，其中电动汽车就是很多国家重点研究开发的对象，因为当前越来越多的家庭都有了自己的电动汽车，而且私家车的数目还在不断增加，虽然给人们很多交通上的便利，但是却消耗掉了全世界每年石油产量的一半以上，这么多是由燃烧后排放出去的气体对环境来说也是一个巨大的负担，空气污染，酸雨都与这有着直接的联系，而且加剧了能源的紧张，导致油价上涨等等一系列问题，尤其是最近几年在我国有些地方出现了柴油、汽油紧缺的现象。电动汽车是解决这一系列难题的一个好的出路，它有这么三大突出的优点，第一，电动汽车利用的电能，电能来源广泛，有火力发电、水力发电、风力发电、
10、潮汐发电、太阳能发电、地热发电等发电方式；第二，电动汽车对环境的污染非常小，噪音小，非常的环保；第三电动汽车的能源利用率高，正符合国家节能环保的政策。目前电动汽车主要有三种类型纯电动汽车，它是以蓄电池的电能作为汽车的动力；混合动力电动汽车，它是发动机和电力传动并存的电动汽车，两者可以互相补充，是发动机汽车到电动汽车的过度型；燃料电池汽车，它是以燃料电池作为动力来源的。当然电动汽车的发展还存在许多问题，主要是动力电池和高效率的充电问题，电池管理系统是很重要的一个研究反方向【5】。纯电动汽车电源管理系统设计第5页共22页21国内外发展概况目前世界各国都在大力研制电动汽车。下面介绍几种典型的电池管理
11、系统。后座椅电池模组行李箱电池模组21BA14PIN1J6J7J3维修开关CDEF43GH11J5IJ10PIN4PINKJ2J4J8J9J10FROMCHARGERTODCTOHVBOXCJ11J1J12（1）德国柏林大学研制的电池管理系统系统包括显示模块、速度调节模块、温度调节模块、上位机诊断模块，还有为电池模块配备的平衡器。总体控制方案中，采用CAN总线模式，微处理单元采用西门子公司的MICROCONTROLLER80C167CR。电流电池模块3电池模块2电池模块1电池模块4电池模块5电池管理系统控制模块U1U2U3U4U5上位机诊断模块充电机显示模块速度调节模块温度调节模块该电池管理系
12、统是目前国际上功能比较全、技术含量比较高的电动汽车用电池管理系统，其主要功能主要包括防止电池过放充电、电池组热管理、基于模糊专家系统的剩余电量估计、用神经元网络辨识电池。（2）韩国大宇公司DEV55电动汽车用电池管理系统该电池管理系统的主要功能有数据采集、优化充电、SOC估计与显示、安全管理、能量管理、电池管理和故障诊断功能。电池管理系统有电池控制单元（BCU）、主充电器、辅助充电器、热管理系统、SOC计算、电池报警系统、模块传感器装置和安全模块构成，其中BCU发挥核心功能。BCU实时监测电池工作状态，向各子程序系统发送正确的指令以使动力电池正常工作。（3）北京交通大学研制的电池管理系统纯电动
13、汽车电源管理系统设计第6页共22页主控制器显示按键历史记录日历时钟远程监控输出接口电流检测检测模块检测模块检测模块检测模块电池模块1电池模块2电池模块3电池模块N电流环通讯网络这个电池和管理系统是在国家“863”计划支持下由北京交通大学完成的用于动力镍氢蓄电池监测及管理的系统装置，在2002年12月科技部验收了这个电池管理系统项目。系统装置可以监控电池的运行状态、估量电池的剩余电量、对使用过程中出现的故障进行早期的诊断和充电。211电动汽车用蓄电池根据汽车的使用特点，其实用的动力电池一般应具有比能量高、比功率大、自放电少、工作温度范围宽、能快速充电、使用寿命长和安全可靠等特点。前景比较好的是镍
14、氢蓄电池，铅酸蓄电池，锂离子电池，212电池管理系统（）状态计算和能量管理数据采集接口继电器安全管理热管理电池组均衡电路BMS充电负载放电功率流信号流人机接口通信功能温度控制电压电流温度纯电动汽车电源管理系统设计第7页共22页电池能量管理系统是保持动力电源系统正常应用、保证电动车安全和提高电池寿命的一种关键技术，它能保护电池的性能，预防个别电池早期损坏，利于电动车的运行，具有保护和警告功能。电动汽车的充电、运行等功能与电池相关参数协调工作是通过对电池箱内电池模块的监控工作来实现的，它的功能有计算并发出指令，执行指令，提出警告。电池能量管理系统主要包括电池状态估计、数据采集、热管理、安全管理、能
15、量管理和通信功能【7】【8】。（1）数据采集电池管理系统的所有算法、电动车的能量控制策略等都是以采集的数据作为输入，影响电池能量管理系统性能的重要指标是采样速率、精度和前置滤波特性。（2）电池状态估计电池状态估算包括和，是电动汽车进行控制和功率匹配的重要依据。在行车过程中系统可以随时计算车辆能耗给出值，供能源管理系统进行功率配置和确定控制策略，使驾驶员知道车辆的续驶里程，及时作出决定到充电地点充电防止半路抛锚，告诉驾驶员电池的寿命。（3）能量管理在能量管理中，电压、温度、电流、SOC、SOH等作为输入完成这些功能，控制充电过程，用SOC，SOH和温度限制电源系统输入、输出功率。（4）安全管理具
16、体功能是监视电池电压、电流、温度是不是越过正常范围；防止单体电池过充。（5）热量管理电池的热量管理对于大功率放电和高温条件下使用的电池非常关键。热量管理的目的是使电池单体温度平衡并保持在一定的范围内，使高温电池降温，使低温电池温度升高。（6）通信功能电池管理系统与车载设备设备的通信是BMS的重要功能之一，根据实际的应用需要，可以采用不同的通信接口进行数据交换，如PWM信号、模拟信号、CAN总线或IC串行接口CAN总线是一种可考虑高、通信速率高的现场总线。（7）人机接口设置显示和控制按键、旋钮等来输入指令给BMSBMS主板车载充电器组合仪表整车控制器电机控制器BMS高压板BMS从板1（40S）B
17、MS从板2（5S）维修开关BMS内部CANLBMS内部CANHBDU电池总正电池总负电池总压电池电流控制信号BMS外部CAN1_LBMS外部CAN1_H监控、标定和程序刷新接口BMS外部CAN2_LBMS外部CAN2_H电机。BMS从板2FUSEFUSEPRECRELAYP_MAINRELAYN_MAINRELAYHEATRELAYFUSEA_SENSORBC_SI_NBC_SI_NHVBHVBFROMINTERNALCANHVPHVPPREC_RHVP_RELAY_DRVHVPREC_RELAY_DRVHVPTC_RELAY_DRVHVN_RELAY_DRVBMS_POWERIG_ONGND
18、IG_ONVCUVCU_FAILBMSDBMSFSAFELINECAN_HCAN_LCAN_SHIELDVCUFBMS_FAILBMS_HUTDOWNSAFELINEEX_CAN_HEX_CAN_LEX_CAN_SHIELDBDUHMUBCUCHARGERCHARGE_GNDCAN_HCAN_LCAN_SHIELDPCUCAN_HCAN_LCAN_SHIELDSAFELINEIN_CAN_HBMU_POWERIN_CAN_SHIELDIN_CAN_LBMU_POWERBMU_POWERBMU_POWERIN_CAN_HIN_CAN_SHIELDIN_CAN_LSOCHARGE_CCHARGE_
19、C1CHARGE_CPCHARGE_CP1HVCHARGE_RELAY_DRVBMS_POWERCOLINGFANHIGHLOWFANHRELAYFANLRELAYFAN_LFAN_HCHARGE_KEY1整车接口HVDC_RELAY_DRVK_S2DCRELAYBMS从板1S_CANHCHASIS12VCAN_SHIELDS_CANLCHASISGNDS_CANHCAN_SHIELDS_CANLVB1VB0VB5VB3VB54VB53S_CANHCHASIS12VCAN_SHIELDS_CANLCHASISGNDS_CANHCAN_SHIELDS_CANLVB1VB0VB40VB3VB39V
20、B38CHASIS12VCHASISGNDCHASIS12VCHASISGNDTOBMS高压板内部CANTS_POWERTS_ITS_GNDTS1TS4TS_POWERTS_ITS_GNDTS1TS4HVBOXCHARGERELAYCHARGERDCPTCFUSEFUSE（8）保证充电功能电池能量管理系统实时检测电池的工作状态，特别是对煤质电池的工作状态进行监测分析，将监测的数据在充电前通知充电机即车与机的对话，告诉充电机电池组的工作状态和每只电池的技术状态，“落后”电池和“先进”电池的性能差异。系统计算此时充电机应当采取何种充电方式给电池充纯电动汽车电源管理系统设计第8页共22页电才能达到给
21、点吃充足，性能好的电池不能过充，而性能差的电池又能充足，保证整车能量的供应。（9）故障诊断功能能够与车辆检测仪器进行通信等，诊断系统故障，方便车辆的维修。在电动车动力系统中，电池监控主要指的是被动的监测和评估电池的状态，但是电池管理包括处理数据并且预测电池将来的表现，甚至是主动干预和控制电池的充放电电流和电压，控制充电条件和电池工作温度等。整车的能量管理是指动力系统中为满足驾驶员期望工况而进行的功率和能量的平衡，要完成这个任务电池管理系统要进行系统设计，算法设计，硬件、软件设计，应用与实验验证等。管理系统（BMS）主要有以下几部分组成数据采集单元（采集模块）、中央处理单元（主控模块）、显示单元
22、、均衡单元检测部件（电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测）、控制部件（熔断装置、继电器）等组成。中央处理单元由高压控制回路、主控板等组成，数据采集单元有温度采集模块、电压采集模块等组成，大部分将均衡模块与检测模块设计在一起，显示单元由显示板、液晶屏、键盘及上位机组成。一般采用CAN现场总线技术实现相互间的信息通讯。BMS的主要工作原理可简单归纳为首先数据采集电路采集电池状态数据，再由电子控制单元进行数据处理和分析，再根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，向外界传递信息。纯电动汽车电源管理系统设计第9页共22页第三章电池管理系统的设计31电池管理系统开发目标电池组的管理包括对电
23、池充放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池组的自放电率、电池的温度等进行控制。因为个别电池性能变化后，影响到整个电池组的性能，所以需要用电池管理系统对整个电池组和电池组每个个别电池进行监控，保持各个电池间的一致性。311技术指标电池管理系统技术指标和要求见下表所示编号项目参数和要求1电池类型磷酸铁锂离子电池2布置方式分布式3电压采样通道100S4从板数量45预充电时间1S6单体电池电压检测范围05V7单体电池电压采样精度10MV（25V）8单体电池电压采样频率30MS9总电压测量范围50V600V10电压采样周期200MS11总电压检测精度05FSR12温度测量范围401201
24、3温度检测精度114电流测量范围300A300A15电流采样周期025MS16电流检测精度1FSR17电流零漂值02A18SOC估算精度819SOH估算精度4纯电动汽车电源管理系统设计第10页共22页20外部CAN通道2个21均衡功能无22BMS工作温度范围258523BMS工作电压范围8V18V24BMS控制板功耗4W312功能要求（1）数据采集定时采集电池组电压、动力母线电压、电池单体电压、动力母线电流、电池箱体各测试点温度、电池组冷却风道进风、出风口温度以及电池组正负极绝缘电阻，作为系统控制的参数依据。（2）电池SOC计算SOC告诉驾驶员电池组剩余多少电量，还可以行驶多少里程；（3）电池
25、SOH计算SOH告诉驾驶员电池组当前的健康状态及使用寿命。（4）电池组热管理对于大功率放电和高温条件下使用的电池，电池的热管理尤为必要。热管理的功能是使电池单体温度均衡，并保持在合理范围内，对高温电池进行冷却，对低温电池进行加热。（5）电池组安全管理实时监视电池电压、电流、温度、电池正负极动力母线绝缘电阻是否超过正常范围，防止电池系统过充、过放、过流、短路、绝缘失效（小于500/V）等，特别是防止个别电池单体过放电，在必要时切断系统电路，保证整个系统的安全。（6）电池组能量管理以电流、电压、温度、SOC为输入，控制电池充电过程；以SOC和温度控制放电电流；电池单体之间存在差异，电池组的工作状态
26、是由最差电池单体而决定的。在电池组各个电池之间设置均衡电路使各个电池充放电的工作情况尽量一致。（7）CAN通信功能电池管理系统具备两路CAN通讯能力，一路CAN与车载充电器、快速充电机、电机控制器、仪表控制器、标定接口通讯，另一路CAN与BMS从机通讯，获得较高的可靠性。根据应用需要，进行数据交换，满足实时监测和控制要求纯电动汽车电源管理系统设计第11页共22页（8）自检和诊断功能当系统中某个传感器或者线路出现故障，系统应该能够辨识并提醒驾驶员。32电池管理系统架构及原理电池管理系统构架如下图所示BMS主板车载充电器组合仪表整车控制器电机控制器BMS高压板BMS从板1（40S）BMS从板2（5
27、5S）维修开关BMS内部CANLBMS内部CANHBDU电池总正电池总负电池总压电池电流控制信号BMS外部CAN1_LBMS外部CAN1_H监控、标定和程序刷新接口BMS外部CAN2_LBMS外部CAN2_H电机图1BMS构架图电池管理系统架构如图8所示，采用1块主板、一块高压板、两块从板；主板负责SOC、SOH估算、系统级安全控制、以及对内对外数据处理等；高压板负责电池组电压、绝缘电阻测量以及电流的采样；两个从板分别采样40S和55S电池单体电压、电池单体温度以及风机的控制。电池管理系统原理如下图所示纯电动汽车电源管理系统设计第12页共22页BMS从板2FUSEFUSEPRECRELAYP_
28、MAINRELAYN_MAINRELAYHEATRELAYFUSEA_SENSORBC_SI_NBC_SI_NHVBHVBFROMINTERNALCANHVPHVPPREC_RHVP_RELAY_DRVHVPREC_RELAY_DRVHVPTC_RELAY_DRVHVN_RELAY_DRVBMS_POWERIG_ONGNDIG_ONVCUVCU_FAILBMSSDBMSFSAFELINECAN_HCAN_LCAN_SHIELDVCUFBMS_FAILBMS_SHUTDOWNSAFELINEEX_CAN_HEX_CAN_LEX_CAN_SHIELDBDUHMUBCUCHARGERCHARGE_G
29、NDCAN_HCAN_LCAN_SHIELDPCUCAN_HCAN_LCAN_SHIELDSAFELINEIN_CAN_HBMU_POWERIN_CAN_SHIELDIN_CAN_LBMU_POWERBMU_POWERBMU_POWERIN_CAN_HIN_CAN_SHIELDIN_CAN_LSSOCHARGE_CCCHARGE_CC1CHARGE_CPCHARGE_CP1HVCHARGE_RELAY_DRVBMS_POWERCOOLINGFANHIGHLOWFANHRELAYFANLRELAYFAN_LFAN_HCHARGE_KEY1整车接口HVDCDC_RELAY_DRVK_S2DCDCR
30、ELAYBMS从板1S_CANHCHASSIS12VCAN_SHIELDS_CANLCHASSISGNDS_CANHCAN_SHIELDS_CANLVB1VB0VB55VB3VB54VB53S_CANHCHASSIS12VCAN_SHIELDS_CANLCHASSISGNDS_CANHCAN_SHIELDS_CANLVB1VB0VB40VB3VB39VB38CHASSIS12VCHASSISGNDCHASSIS12VCHASSISGNDTOBMS高压板内部CANTS_POWERTS_SITS_GNDTS1TS4TS_POWERTS_SITS_GNDTS1TS4HVBOXCHARGERELAYC
31、HARGERDCDCPTCFUSEFUSE图2BMS原理图纯电动汽车电源管理系统设计第13页共22页33电池管理系统接口定义BMS接口示意图如下图所示后座椅电池模组行李箱电池模组21BA14PIN1J6J7J3维修开关CDEF43GH11J5IJ10PIN4PINKJ2J4J8J9J10FROMCHARGERTODCDCTOHVBOXCJ11J11J12图3电池系统连接器定义系统说明J1BMS对外低压连接器（14芯DC12V）J2BMS内部通讯连接器（DC12V）J3后座椅电池模组加热输出连接器（DC320/2A）J4车载充电输入和DCDC输出高压连接器（4芯额定600V/20A）J5电池总正
32、输出高压连接器（单芯额定390V/130A）J6电池总负输出高压连接器（单芯额定390V/130A）J7电池模块中间正连接器（单芯额定390V/130A）纯电动汽车电源管理系统设计第14页共22页J8电池模块连接中间负连接器（单芯额定390V/130A）J9电池模块中间正过孔护套（单芯额定390V/130A）J10电池模块连接中间负过孔护套（单芯额定390V/130A）J11电池模块内部通讯过孔护套（DC12V）J12后排座椅电池模组加热输入过孔护套（DC12V/2A或者DC320/2A）连接器定义如下表2所示连接器引脚名称功能定义范围规格J11CAN_HBMS对外CAN总线高05V14PIN
33、AMP2CAN_LBMS对外CAN总线低05V3屏蔽地BMS对外CAN总线接地0V4KEYON运行使能12V5START启动使能12V6S2控制充电S2开关控制7CHARGEKEY车载充电使能12V8CC充电CC检测信号012V9电源地整车地0V10电源正常火12V11马达OUT电机运行驱动12V12CP充电CP检测信号PWM13风扇低速风扇低档控制信号12V14风扇高速风扇高档控制信号12VJ21POWER后座椅电池模组BMU电源输入正12V10PIN安费诺2POWER后座椅电池模组BMU电源输入负0V3CAN_HBMS内部CAN总线高05V4CAN_LBMS内部CAN总线低05V5CAN_
34、SHIEDBMS内部CAN接地0VJ31HEATER1后座椅电池模组加热电压输入正0500VY50DX1204TJ2/ZK102HEATER1后座椅电池模组加热电压输0500纯电动汽车电源管理系统设计第15页共22页入负V3FAN_POWER后座椅电池模组风扇电源输入正0500V4FAN_POWER后座椅电池模组风扇电源输入负0500VJ41OBC慢充输入正0500VY50DX1204TJ2/ZK102OBC慢充输入负0500V3DCDCDCDC输出正0500V4DCDCDCDC输出负0500VJ51HVB母线输出正0390VC10514Y10131J62HVB母线输出负0390VC10514
35、X10131J71HVM行李箱电池模组中间连接正0390VC10514N10131J82HVM行李箱电池模组中间连接负0390VC10514W10131J91HVM后座椅电池模组中间连接正0390VC10514N10131J102HVM后座椅电池模组中间连接负0390VC10514W10131J111POWER后座椅电池模组BMU电源输入正12V10PIN安费诺2POWER后座椅电池模组BMU电源输入负0V3CAN_HBMS内部CAN总线高05V4CAN_LBMS内部CAN总线低05V5CAN_SHIEDBMS内部CAN接地0VJ121HEATER1后座椅电池模组加热电压输入正0500VY50
36、DX1204TJ2/ZK102HEATER1后座椅电池模组加热电压输入负0500V3FAN_POWER后座椅电池模组风扇电源输入正0500V4FAN_POWER后座椅电池模组风扇电源输入负0500V纯电动汽车电源管理系统设计第16页共22页34电池管理系统控制策略341控制模式BMS主要有3种工作模式待机模式、放电模式、车载充电模式（1）待机模式BMS上电（常电接通）后进入待机模式，处理相关数据并进行自检，若自检没有通过报故障；要求待机模式下BMS能耗在20MA以下。（2）放电模式BMS在待机模式下检测到KEY_ON信号后，控制从机上电；当接收到所有从机和高压接触器状态正常，进入预充电等待状态
37、，否则BMS报故障；当检测到START（大于200MS）信号后，BMS进入放电模式，首先接通电池组负极主接触器，然后接通预充电接触器；当动力母线电压达到电池组电压的86时，接通电池组正极主接触器，断开预充电接触器；当检测到KEY_ON信号断开，BMS控制MOTORRUNRELAY断开，关断电机；然后接通预充电接触器切断电池组正极主接触器切断预充电接触器切断电池组负极主接触器，BMS进入待机模式。注放电模式下，CHARGE_KEY无效（3）车载充电模式1）BMS在待机模式下检测到CHARGE_KEY信号后，控制从机上电；当接收到所有从机和高压接触器状态正常，进入充电模式，否则BMS报故障；然后通
38、过整车CAN和车载充电器进行握手。2）和车载充电器握手成功后，当BMS检测电池组最低温度低于0，控制接通电池组正极主接触器接通车载充电接触器，通过整车CAN启动车载充电器，控制车载充电器输出电流保持在15A,启动电池加热系统；当BMS检测电池组最低温度高于0，先关闭电池加热系统，然后通过整车CAN总线关闭车载充电器输出，然后切断电池组正极主接触器接通电池组负极主接触器，通过整车CAN总线启动车载充电器输出电流保持在6A。3）当检测到CHARGE_KEY信号断开后，首先通过整车CAN关断车载充电器，然后控制断开电池组负极主接触器断开车载充电接触器，BMS进入待机模式。注车载充电模式下IG_KEY
39、无效。纯电动汽车电源管理系统设计第17页共22页342安全保护策略1）绝缘失效保护BMS检测到绝缘电阻大于100/V且小于500/V，BMS报警；当检测到绝缘电阻小于100/V，3S内控制MOTORRUNRELAY断开，延时100MS,关断电机或者控制切断车载充电器，然后切断相应高压回路接触器，重新启动，按相应模式运行。2）单体欠压保护当电池组单体电压值底于2500MV以下，BMS报警；当单体电压低于2000MV后，BMS报警，3S内控制MOTORRUNRELAY断开，延时100MS,切断所有高压接触器，重新启动，按相应模式运行。3）单体过压保护当电池组单体电压值上升到3800MV，BMS报警
40、，以1A为步长降电流到2A时，控制关断车载充电器，当单体电压上升到4000MV，切断充电高压接触器，重新启动，按相应模式运行。4）电池组欠压保护当电池组电压值降到237V，BMS报警，当电池组电压降到218V，BMS报警，3S内控制MOTORRUNRELAY断开，延时100MS,切断所有高压接触器，重新启动，按相应模式运行。5）电池组过压保护当电池组电压值上升到332V，BMS报警，当电池组电压上升到345V时，立即切断所有高压接触器，重新启动，按相应模式运行。6）电池组低温保护当电池组某点温度低10，BMS报警；当温度低于20时，切断所有高压继电器，重新启动，按相应模式运行。7）电池组高温保
41、护当电池组某点温度高于50，BMS报警，当温度高于55，3S内控制MOTORRUNRELAY断开，延时100MS,切断所有高压继电器，重新启动，按相应模式运行。8）放电过流保护当电池组放电电流超过200A，BMS报警，当电流超过280A，控制MOTORRUNRELAY断开，延时100MS,切断所有高压继电器；重新启动，按相应模式运行。9）充电过流保护当电池组充电电流超过8A，BMS报警，当电流超过10A，切断充电高压继电器；重新启动，按相应模式运行。纯电动汽车电源管理系统设计第18页共22页343CAN通信协议1）技术要求BMS对外采用两路CAN总线通讯，通过整车CAN总线分别与VCU和ONB
42、OARDCHARGER进行通讯；通过内部CAN总线与2块BMU进行通讯。波特率500K；接口要求隔离，连接器有屏蔽线；规范ISO11898；数据格式INTEL；CAN信息标识符为11位。2）CAN报文BMSVCU电池组电压、充放电电流、SOC、单体最高电压、单体最低电压、单体最高温度、单体最低温度、高压接触器状态、BMS状态、BMS故障信息、BMU状态及故障信息等。VCUBMS运行请求命令、关断请求命令、充电开启请求命令、充电关断请求命令、VCU状态信息等BMSCHARGER电池组电压、充放电电流、SOC、单体最高电压、单体最低电压、单体最高温度、单体最低温度、允许充电电流、充电开启请求命令、
43、充电关断请求命令等。CHARGERBMS输出电压、输出电流、CHARGER状态及故障信息等。BMSBMU充放电电流、均衡命令、BMS状态信息BMUBMS单体电压、单体温度、模块状态及故障信息数据通信是BMS的重要组成部分，目前在汽车上的BMS中数据通信方式主要采用CAN总线通信方式，一般要求电源系统与充电机采用CAN总线方式进行通信，CAN总线是一种有效支持实时控制或分布式控制的串行通信网络，在电磁干扰环境下它可以实现远距离实时数据的可靠传输，而且硬件成本还比较低。CAN总线的标准采用的是多主方式，它在网络上的所有节点都可主动向其它节点发送信息，按系统实时性要求网络节点可以分成不同的优先级，采
44、用短帧结构的数据链路层，每一帧是8B而且容易就错，采用光纤和双绞线的传输介质，节点数达到110个，传输速率传达到1MB/S，废除了传统的站地址编码是它的最大特点，传输安全性很高，抗干扰能力和容错能力都很强【9】。纯电动汽车电源管理系统设计第19页共22页结论本文主要完成以下工作（一）总结了电动汽车的国内外发展状况，并分析了电动汽车的发展前景。（二）结合江淮同悦第三代纯电动汽车，指出了电池管理系统的技术指标和功能要求，对本文的电源管理系统的设计提出技术指标。（三）围绕电池安全和有效利用的目标，定性的分析了电池管理系统的构架和原理，以尽量达到保障电池使用安全的目的和改善电池容量、能量未能充分利用的
45、不足。（四）作出了对电池管理系统软硬件接口的定义和控制策略。在电动车上，电池管理系统对整车的安全运行、整车控制策略选择、充电模式的选择以及运营成本都有很大的影响。无论在车辆运行过程中还是在充电过程中，电池管理系统都要完成电池状态的实时监控和故障诊断，并通过总线的方式告知车辆集成控制器或充电机等，以便采取相应的控制策略，达到有效利用电池性能且保障使用安全的目的。致谢历时两个多月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师陈永新老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。在此向帮助和指导
46、过我的各位老师表示最衷心的感谢感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评指正纯电动汽车电源管理系统设计第20页共22页参考文献【1】范丛山电动汽车技术原理及发展展望扬州职业大学学报，20079，第11卷第3期VOL11NO3【2】张卫青混合电动汽车的发展现状及其关键技术J重庆工学院学报，200654547【3】舒华，姚国品汽车电子控制技术M,北
47、京；人民交通出版社，2002【4】庄继德汽车电子控制系统工程M,北京；北京理工大学出版社，2003【5】安相壁,汽车技术新概念J世界汽车1999（10）；41【6】李春明汽车车身电子技术M,北京；北京理工大学出版社，2003【7】陈宇光汽车电器与电子设备M,北京；机械工业出版社，2003【8】周泉CAN基本知识J汽车电器，2003（4）【9】朱建风，李国忠常见车系CANBUS原理与检修M,北京；机械工业出版社，2006纯电动汽车电源管理系统设计第21页共22页ABSTRACTABSTRACTMANAGEMENTCONTROLEQUIPMENTASSOCIATEDWITHTHEPOWERBATT
48、ERYCALLEDTHEBATTERYMANAGEMENTSYSTEMBMS,ASAWHOLE,PLAYAROLEINELECTRICVEHICLEBATTERYMANAGEMENTSYSTEMFUNCTIONCANBEDIVIDEDINTOTWOASPECTSTOENSURESAFETYOFTHECELLTHEUSEOFREASONABLEANDEFFICIENTENERGYSTORAGEBATTERYFORTHECURRENTPROBLEMINLIIONBATTERYMANAGEMENT,THEPAPERSTUDIEDTHEBATTERYMANAGEMENTSYSTEMINEVWHICHWASUSEDINSOCIALSERVICESCALLEDIEV3MADEINJACTHEPAPERSTUDIEDTHETECHNICALINDEXANDFUNCTIONREQUIREMENTOFTHEBM
