动力电池BMS整体设计方案书

BMS故障
BMS 自检硬 件出现 故障
检测异常
检测正常
整车接到故障警告3次以上 （含），控制停车，同时通 过CAN发送断电控制命令
接到整车断电控制命令后，启动高压 切断流程；未接到整车命令时，持续 上报故障至故障解除；发生故障时， 若动力主线还未接通则禁止接通
绝缘等 级低
电池组输出与 底盘绝缘电阻 小于阀值
硬件设计 ——RS232收发模块

（9）RS232收发模块电路设计
RS232收发模块采用芯片MAX232转换电平，采 用标准电路进行通信。 RS232收发模块，用于进行电池组管理系统程 序的标定、参数的修正。 RS232收发模块波特率为19.2kbps
系统软件设计——主控模块

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，232通讯、CAN0 通讯、CAN1通讯和CAN2通讯这些子程序。
500欧/V * V （电池组电压） *1.5
500欧/V * V （电池组电压） *2
整车接到故障警告3次以上 （含），控制停车，同时通 过CAN发送断电控制命令
接到整车断电控制命令后， 启动高压切断流程；未接到 整车命令时，持续上报故障 至故障解除；发生故障时， 若动力主线还未接通则禁止 接通
单体或总电压 过高
单体电压或总 电压超过阀值
单体电压3.65V
单体电压： 3.60V
整车接到故障警告3次以上 （含）,控制电机停止对电池 回充，直至故障解除
持续上Hale Waihona Puke Baidu故障至故障解除
单体电压2.0V 单体或总电压 过低 单体电压或总 电压低 于阀值 总电压：240V
单体电压2.5V 整车接到故障警告3次以上 （含）,整车控制停机， 并提示司机停车充电 总电压300V 整车接到故障警告3次以上 （含），控制电机停止 对电池回充，直至故障 解除 整车接到故障警告3次以上 （含）,整车控制停机， 并提示司机停车充电 整车接到故障警告3次以上 （含）,按照BMS上传 的最大充、放电电流的 50%控制电机输出，直 至故障解除； 整车接到故障警告3次以上 （含），按照BMS上传 的最大充、放电电流的 70%控制电机输出，直 至故障解除； 整车接到故障警告3次以上 （含），按照BMS上传 的最大充、放电电流的 70%控制电机输出，直 至故障解除； 整车接到故障警告3次以上 （含），按照BMS上传 的最大充电流的80%控 制电机对电池回充，直 至故障解除； 持续上报故障至故障解除
设计指标(部分)
项 目 项 目 最高可测量总电压 最高可测量总电压 最大可测量电流 最大可测量电流 SOC估算误差（％） SOC估算误差（％） 单体电压测量精度 单体电压测量精度 电流测量精度 电流测量精度 温度测量精度 温度测量精度 技术要求 技术要求 450 VDC 450 VDC 500A 500A ≤6% ≤6% ≤0.5% ≤0.5% ≤1% ≤1% ≤±1℃ ≤±1℃ 在可测量电压范围内 在可测量电压范围内 按电流传感器满量程值计算 按电流传感器满量程值计算 说明 说明
入口
初始化系统
电流检测与SOC计量
总电压与绝缘检测
数据处理与 故障判断
数据存储
处理232通讯
处理CAN0 (内部通信) 处理CAN1 （整车控制器） 处理CAN2 （监控终端、充电机）
系统软件设计——数据处理与SOC估算

数据处理与SOC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、最低温度，最大、最小充放电功率， 最大、最小充放电电流，最大、最小模块电压等数据 的分析计算。 SOC的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。
高于电池工作温度要求 高于电池工作温度要求
电池管理系统网络拓朴图
整车控制器 高速CAN1 电机控制器 ……
从控模块1 电流 总电 压与 绝缘 电池管理 系统主控 模块 从控模块6 高速CAN2
从控模块2
从控模块3
从控模块4
从控模块5
内部CAN总线
从控模块7
从控模块8
从控模块9
从控模块10
充电机
充电 插头
持续上报故障至故障解除
充电电流过大
充电电流超过 阀值
BMS上报的最 大充电电 流的 110%
BMS上报的最 大充电电 流的90%
整车接到故障警告3次以上 （含），按照BMS上传 的最大充电电流的80% 控制电机充电，直至故 障解除；
车载监控系 统
车辆
电池管理系统整体设计 ——主控模块

主控模块包括继电器控制、电流测量、总电压与绝缘
检测和通讯接口等电路 。
继电器 控制
隔离 隔离 隔离 隔离 隔离
RS232 模块
CAN0 模块 CAN1 模块 CAN2 模块 总电压与 绝缘检测 电流检测 安时计量
绝缘 检测线
24V
电源 变换 中央处理器 硬件 看门狗 存储 设备 系统 时钟
电池管理系统设计方案
仅供参考
目录

目的 主要功能和指标 电池管理系统整体设计 系统硬件设计 系统软件设计 故障诊断及保护控制策略 结语

主要功能和指标
电池管理系统主要有三个功能： （1）实时监测电池状态。通过检测电池的外特性

参数（如电压、电流、温度等），采用适当的算 法，实现电池内部状态（如容量和SOC等）的估 算和监控，这是电池管理系统有效运行的基础和 关键； （2）在正确获取电池的状态后进行热管理、电池 均衡管理、充放电管理、故障报警等； （3）建立通信总线，向显示系统、整车控制器和 充电机等实现数据交换。
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。
硬件设计 ——CAN收发模块

（8）CAN收发模块电路设计
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CAN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通信能够用于动力总成控制系统与 MCU间的数据通信及程序的标定与诊断。CAN收发 器波特率为250kbps，数据结构采用扩展帧（29位 ID值）。
SOC过高
SOC超过阀值
100%
95%
持续上报故障至故障解除
SOC过低
SOC低于阀值
10%
15%
持续上报故障至故障解除
温度过高
温度超过阀值
50℃
45℃
持续上报故障至故障解除，同时控制 启动热管理；发生故障时，若动 力主线还未接通则禁止接通
温度不均衡
最高温度与最 低温度 之差超 过阀值 单体电压与平 均电压 之差超 过阀值
初始化系统
电压检测
均衡控制
温度检测
热管理
数据计算处理 与故障判断 数据存储
232通信
CAN通信
故障诊断及保护控制策略
故障名称 描述 故障阀值 故障解除阀值 整车处理方式 BMS处理方式 BMS 温度控制 系统失效 BMS 风扇及 加热控 制失效 检测异常 检测正常 整车接到故障警告3次以上 （含），控制停车，同时通 过CAN发送断电控制命令 接到整车断电控制命令后，启动高压 切断流程；未接到整车命令时，持续 上报故障至故障解除；发生故障时， 若动力主线还未接通则禁止接通
工作温度范围 工作温度范围
CAN通讯 CAN通讯 故障诊断 故障诊断 故障记忆功能 故障记忆功能 在线监测与调试功能 在线监测与调试功能
－30℃-85℃ －30℃-85℃
满足整车控制要求 满足整车控制要求 对电池故障进行诊断报警 对电池故障进行诊断报警 统计记录次数，记录最后一次故障时 统计记录次数，记录最后一次故障时 电池状态信息 电池状态信息 满足整车要求 满足整车要求
实物图片——主控模块

主控模块
总电压隔 离运放
绝缘检测电路 MC9S 12DT128
电流测 量电路
实时时 钟芯片
存储器
电源及其 处理电路
CAN通信处 理电路
继电器
实物图片——从控模块

从控模块
9S08 DZ32 隔离 光耦
电源处 理电路
电压检 测芯片
电压检 测芯片
CAN 通 信 电路
继电器 温度检 测电路
动力总成控制系统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
硬件设计 ——电流采集

（4）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 -200A 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。信号经调理后送高速AD进行数模转换和电 流积分运算，数字信号经光耦隔离后输入MCU进行处 理。
硬件设计 ——温度采集

（6）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。本 系统采用数字式温度传感器，把每个温度传感器的地 线、数据线、电源线进行合并，采用一根数据总线来 进行通信，温度检测精度为1℃。
硬件设计 ——绝缘模块

（7）绝缘模块电路设计

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 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,协调整车控制系统与MCU之间的通信 RS232收发模块：用于进行电池组管理系统状态监控、程序的标定、 参数的修正
5℃
3℃
持续上报故障至故障解除,同时控制启 动热管理
电压不均衡
55mV
40mV
持续上报故障至故障解除,同时控制均 衡电池（均衡在检测到电池差异 时就会启动，不以故障出现为条 件）
SOC偏高
SOC超过阀值
95%
90%
持续上报故障至故障解除
SOC偏低
SOC低于阀值
15%
20%
整车接到故障警告3次以上 （含），按照BMS上传 的最大放电电流的80% 控制电机输出，提示司 机尽快停车充电；
硬件设计 ——温度采集

（5）电压采集电路设计
在整车实际工况中，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电池组的性能，所以也有 必要检测每个单体电池的电压。采用专用的电 压采集芯片对单体电池电压进行模数转换后， 通过光耦将数字信号传至MCU。单体电池电压 的检测精度为10mV
硬件设计 ——电源模块

（2）系统电源模块设计
本电池管理系统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抗干扰性。
硬件设计 ——主回路控制模块

（3）主回路控制模块设计
实物图片——显示终端
硬件设计 ——主控制器

（1）主控制器（Main Control Unit，MCU）
MCU控制器具备以下主要参数： 主控模块采用型号为9S12DT128的MCU，工作 频率:24MHz，128k片内FLASH，4K片内RAM，3路 CAN控制器，112脚封装。从控模块采用型号为 9S08DZ32的MCU,工作频率16MHz，32k片内 FLASH, 2K片内RAM，1路CAN控制器，32脚封装。
电流 检测线
电池管理系统整体设计 ——从控模块

从控模块主要实现电压测量、温度测量、均衡管
理、热管理和通讯等电路。
隔离 隔离 隔离 隔离
风机 控制 CAN 模块 均衡 控制 电压 检测 温度 检测
电压 检测线
24V
电源 变换 中央处理器 硬件 看门狗 存储 设备 系统 时钟
温度 检测线
模块功能描述
开始
等待模拟量采集完毕
计算最大、最小充放电电流
计算最大、最小充放电功率
计算最高、最低温度
计算最大、最小模块电压
是 满足计算SOC条件否？ 计算SOC
估算电池组性能指标
系统软件设计——从控模块

从控模块
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 理等子程序。