8串锂电池管理系统BMS
锂电池为什么需要BMS电池管理
锂电池为什么需要BMS电池管理系统？锂电池处于严重过充电状态下还存在爆炸的危险，造成锂电池组损坏的同时还对使用者的人生安全造成威胁。
因此，必须为锂电池组配备一套具有针对性的锂电池管理系统BMS从而对电池组进行有效的监控、保护、能量均衡和故障警报，进而提高整个锂电池工作效率和使用寿命。
(1)安全性锂电池存在安全性差，时有发生爆炸等缺陷。
尤其是钻酸锂为正极材料的锂电池不能大电流放电,安全性较差。
此外，几乎所有种类的锂电池过度充电或过度放电都会引起电芯不可逆转的损伤。
锂电池对温度也极为敏感：如果在温度过高的状况下使用，可能引起电解液分解、燃烧甚至爆炸;温度过低将导致锂电池的各项性能明显恶化，影响设备的正常使用。
由于电池制作工艺的限制，每个电池单元的内阻、容量等均会存在差异。
当多个电池单元串联使用时,会引起各个电芯的充放电速率不一致，这导致了电池容量的利用率低下。
鉴于此，锂电池在实际使用过程中通常需要专门的保护系统来监控电池的健康状态，从而管理锂电池的使用过程。
(2)可维护性锂电池低温下容量衰减和电量无法准确预测使得设备的可维护性较差。
长期在线的仪表需要定期更换电池，而远程监控设备工作站点分散，各个站点之间路途遥远，因此更换电池工作量巨大，成本高昂。
为了减小维护的工作量，降低维护成本，需要锂电池BMS管理系统具有准确的电荷状态估算功能以准确掌握电池的电荷状态，更有目的地进行电池更换工作;同时还需要电池管理系统具有较低的自身功耗，以降低维护频率，延长电池的使用寿命。
因此对长时间持续供电的远程监控仪表，合理地设计锂电池BMS管理系统对设备的维护有着非常重要的意义。
BMS锂电池管理系统的作用电池管理系统(BMS)是一套保护电池使用安全的控制系统,时刻监控电池的使用状态,通过必要措施调节电池的异常使用状态,为换电柜及车辆的使用安全提供安全保障。
BMS锂电池管理系统的主要目的就是保证电池系统的设计性能,从安全性、耐久性、动力性三个方面提供作用。
电池管理系统BMS需求规格说明书
《GB/T 17626.(1-12,29)-2006 & IEC61000-4-(1-12,29) 电磁兼容 试验和测量技术》；
《GB/T 19596 有电池电子部件和电池控制单元组成的电子装置》；
工作电流（A）
休眠电流（mA）
-40～125
±2
≤8
≤2
≤1
从控单元BMU
工作电压自供电(v)
电池模块电压采集范围(v)
电池模块电压采集精度（mV）
电池采集通道数
温度采集通道数
DC9～55
0～5
≤±5
12/13
2
温度检测范围(℃)
温度采集精度(℃)
均衡电流（mA）
工作电流（mA）
休眠电流（uA）
-40～125
[约束条件2]
缺少整车台架、测功机等设备，整车性能试验需全部在实车上完成。
[约束条件3]
开发投入的资金约100万元，投入的研发人员为8名，产品的成本控制在2000元内。
备注：可另附页叙述。
销售部意见：
签名： 日期：年月日
技术部意见：
签名： 日期：年月日
技术责任者审核：
签名： 日期：年月日
总经理批准：
签名： 日期：年月日
顾客意见：
如果按照合同进行的约定开发，那么此规格书必须得到顾客的认可，其它不作要求。
签名： 日期：年月日
[面向的顾客]
电动汽车等新能源汽车生产企业。
[适用的法律/法规及遵循的标准]
《GB/T 27930-2011 电动汽车非车载传导式充电机与电池管理》；
BMS系统基本参数
欠压保护延时:1S
欠压保护恢复: 109V
单体温度告(默认)
充电低温告警：0℃
可设定
充电高温告警：40℃
放电低温告警：0℃
放电高温告警40℃
单体温度禁止充电保护(默认)
充电高温保护：60℃
可设定
充电高温恢复：40℃
充电低温保护：-10℃
充电低温恢复：0℃
单体温度禁止放电保护(默认)
放电高温保护：60℃
单体过压保护(默认)
过压保护电压: 3650 mV
可设定
过压保护延时:1S
过压保护恢复: 3600 mV
总体电压告警(默认)
过压保护电压: 146V
可设定
过压保护恢复: 145V
总体电压过压保护(默认)
过压保护电压: 147V
可设定
过压保护延时:1S
过压保护恢复: 146V
总体电压欠压保护(默认)
欠压保护电压: 108V
可设定
放电过留保护延时：2S
短路保护
短路电流：300A
可设定
保护延时：200uS
电池额定容量设置(默认)
≥120Ah
可设定
手动按键设置
开机/关机
启动预充功能
具备
与PCS及后台监控通信方式
以太网
与PCS及后台监控通信规约
Modbus
事件记录存储
≥5000条
历史数据存储
≥30天
温度传感器布局
电池模组两端连接处
电流检测范围
-300A～+300A（电流方向,箭头指向电池负极），充电为负，放电为正。
电流检测精度
≤±1%FSR
总电压检测精度
检测范围0V～750V,检测精度±1V，采样周期≤100ms
BMS电池管理系统使用说明书20130905
BMS电池管理系统Battery Management System使用说明书User’s Guide上海妙益电子科技发展有限公司Shanghai Mewyeah Technology Development Co.,Ltd.上海妙益电子科技发展有限公司地址：上海市闸北区江场三路56号2楼邮编：200436 电话：133****8586目录特别注意！！ (5)1 概述 (6)2 系统构成 (6)3 优势 (7)4 技术参数 (7)4.1 基本参数 (7)4.2 电气参数 (8)5 供电 (10)5.1 车载供电方案 (10)5.2 非车载供电方案 (10)Part II (12)终端模块 (12)1 Introduction (13)2 技术参数 (14)3 接口定义 (14)3.1 DX905-24T12 (14)3.2 DX906-12T6 (15)4安装 (17)4.1 DX905-24T12尺寸 (17)4.2 DX906-12T6尺寸 (17)4.3 安装 (18)5配线 (18)5.1特别关注！！ (18)6.2线束 (18)5.4 电压采集 (20)5.5 温度采集 (20)Part III (22)中控模块 (22)1 简介 (23)2 技术参数 (24)3 接口 (24)3.1 DK901-P4N2V2 (24)3.2 DK902-N4V2 (25)4 安装 (26)4.1 DK901-P4N2V2 (26)4.1.1 DK901-P4N2V2安装尺寸 (27)4.1.2 安装DK901-P4N2V2 (27)4.2 DK902-N4V2 (28)4.2.1 DK902-N4V2尺寸 (28)4.2.2 安装DK902-N4V2 (28)上海妙益电子科技发展有限公司地址：上海市闸北区江场三路56号2楼邮编：200436 电话：133****85865.1.1 配线图 (29)5.1.2 线束 (30)5.2 DK901-P4N2V2 (31)5.2.1 配线图 (31)5.1.2 线束 (32)Part IV (34)控制策略 (34)1 简介 (35)2车载控制策略 (37)3 UPS控制策略 (41)4控制时序 (41)Part V (43)均衡 (43)Part VI (45)充电 (45)1 充电控制 (46)2充电协议 (47)Part VII (48)参数设置 (48)1 参数设置需求 (49)2 设置串口 (49)3 参数设置步骤 (51)4参数说明 (52)Part VIII (56)通信 (56)1通讯硬件要求 (57)2地址分配 (57)3协议 (57)Part IX (63)Mewyeah.exe (63)1 运行环境 (64)2 运行步骤 (64)3 改变工作语言 (64)4 监视车况数据 (66)5 监视BMS数据 (68)6 利用电脑记录数据 (73)Part X (75)配套产品 (75)1 CAN总线仪表 (76)2 CAN总线显示器 (76)上海妙益电子科技发展有限公司地址：上海市闸北区江场三路56号2楼邮编：200436 电话：133****85865 远程通信模块 (78)上海妙益电子科技发展有限公司地址：上海市闸北区江场三路56号2楼邮编：200436 电话：133****8586特别注意！！在模块负责管理的电池没完全正确地接好之前，不得插上电压采集接插件。
电池管理系统BMS--技术信息输入表
//电压恢复、通信命令、复位、重启、其它
充电过流保护
A
保护延时
默认 5s
放电过流保护
A
保护延时
默认 5s
恢复条件
//定时恢复、通信命令、复位、重启、其它
恢复条件
//定时恢复、通信命令、复位、重启、其它
充电高温保护
//50 ℃
保护与恢复
延时
默认 5s
充电低温保护
// 0 ℃
保护与恢复
延时
默认 5s
充放电同口
//是、或否
放电控制要求
//继电器、MOSFET、或其它，请说明
充电控制要求
//继电器、MOSFET、或其它，请说明
充电机
//国标直流充电桩、国标交流充电桩、智能充电机、普通充电机、或其它，请说明
充电控制说明
//请简要说明控制策略，例如按照国标充电桩执行；与智能充电机通信交换数据，按照协议开启和关闭充电
过充保护电压
V
保护与恢复
延时
默认 5s
过放保护电压
V
保护与恢复
延时
默认 5s
恢复电压
V
恢复电压
V
恢复条件
//电压恢复、通信命令、复位、重启、其它
恢复条件
//电压恢复、通信命令、复位、重启、其它
总压过压保护
V
保护与恢复
延时
默认 5s
总压欠压保护
V
保护与恢复
延时
默认 5s
恢复电压
V
恢复电压
V
恢复条件
//电压恢复、通信命令、复位、重启、其它
恢复温度
//40 ℃
恢复温度
电池管理系统BMS选型
BAT-P5-V1 30~32串 不限 96~100V
3. 2~200AH 307~20000 WH(瓦时) PACK并联 109~116. 8V 101~108V
BAT-P7-V1 15~16串 不限 48V
3. 2~200AH 153~9600 WH(瓦时) PACK并联
58. 4V 54V 0. 5C ① 1C ① 10C ① 20C ① 30C ① -20～+90 ℃ 0～+50 -20～+60 ≤P*10
BAT-P8-V1 12串 不限 36V
3. 2~200AH 115~7200 WH(瓦时) PACK并联
工作湿度(RH)
5%～95%
5%～95%
5%～95%
5%～95%
5%～95%
5%～95%
5%～95%
5%～95%
5%～95%
容量保存率
>95%
>95%
>95%
>95%
>95%
>95%
>95%
>95%
>95%
PACK散热性能
强制散热
强制散热
强制散热
强制散热
强制散热
强制散热
强制散热
强制散热
强制散热
PACK加热功能
5%~95% >95%
强制散热 低温加热
定制 定制
二．BMS特性与功能
BMS电压 BMS参数
540V
BMS型号
BMS-B1-V1
毕业设计(论文)-纯电动汽车电池管理系统(bms)[管理资料]
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摘要随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会进步和经济发展中扮演着重要的角色。
汽车工业的迅速发展，推动了机械、能源、橡胶、钢铁等重要产业的发展，但同时也日益面临着环境污染、能源短缺的严重问题。
纯电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。
作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(BMS)，是纯电动车产业化的关键。
车载网络数据采集系统就是这样一个电池管理系统，可以直接检测及管理电动汽车的储能电池运行的全过程，实现对车载多级串联锂电池、电池温度、车速等数据的监测、采集和分析。
本论文是基于CAN总线的车载网络数据采集系统选用STM32F103VB作为系统的核心芯片，通过芯片自带的12位ADC对端口电压分别进行采集和监测，并通过CAN网络将采集到的数据发送到汽车仪表盘，为车辆状态量实时监测提供数据来源。
关键词：纯电动车，电池管理系统，电池状态，STM32F103VBAbstractWith industrial development and social demand, vehicle of social progress and economic development play important roles. Although the rapid development of automobile industry promote the machinery, energy, rubber, steel and other important industries, it is increasingly faced with environmental pollution, energy shortages and other serious problems.With the merit of zero-emission, and low noise, the pure electric vehicles which is called green cars has got more and more attention around the world. As one of the key technologies for the development of electric vehicles ,battery management system (BMS) is the point of the pure electric vehicle industry. Vehicle network data acquisition system is a battery management system that can directly detect and manage the storage battery electric vehicles to run the whole process, to achieve the data monitoring, collection and analysis of the on-board multi-level series of lithium battery, battery temperature, speed, and otherThe thesis is based on the vehicle CAN bus data acquisition system to chose STM32F103VB network as the core of the system ADC which comes from the chip collect and monitor the port voltages and sent the collected data to the car dashboard through the CAN network , which offer real-time monitoring of vehicle status amount of data sources.Key words：Pure electric cars, Battery Management Systems, The battery state, STM32F103VB摘要 (1)Abstract (2)第一章前言 (5)本课题研究的目的和意义 (5)车载网络数据采集系统的国内外研究现状 (6)本论文研究的主要工作 (7)第二章车载网络数据采集系统设计的原理 (9)车载网络数据采集系统的功能概述 (9)车载网络数据采集系统的结构 (10)基于STM32的车在网络数据采集系统设计控制框图 (10)信号的采集与处理 (11)车载系统的网络通讯 (12)CAN网络的基本概念 (12)CAN网络在车载数据采集系统中的应用 (13)系统主要性能指标 (14)系统预期误差的评估 (15)第三章基于STM32F103VB数据采集系统的硬件设计 (16)STM32F103VB简介 (16)STM32F103VB电源模块的设计 (18)电源电路的设计 (18)STM32启动模式电路选择设计 (18)STM32F103VB外围接口电路的设计 (19)模数转换器的电路设计 (19)测温电路设计 (20)复位电路的电路设计 (21)STM32F103B通讯电路的设计 (21)CAN通讯接口电路设计 (21)JTAG程序调试接口电路设计 (22)RS485通讯电路设计 (23)第四章基于STM32数据采集系统的软件设计 (25)Keil uVision3平台简介 (25)基于STM32的车在网络数据采集系统的程序设计 (25)数据采集模块程序设计 (26)LCD显示模块程序设计 (27)数据存储模块程序设计 (27)CAN数据通讯模块程序设计 (28)RS485通讯模块程序设计 (28)第五章误差分析与处理 (29)误差概述 (29)误差的主要来源 (29)误差的处理 (29)误差分析 (30)测控系统的非线性 (30)系统工作环境的噪声 (31)系统的稳定性 (31)误差处理 (32)实测电压数据分析 (32)整机PCB板设计 (33)第六章总结与展望 (35)总结 (35)展望 (35)参考文献 (36)致谢 (36)第一章前言本课题研究的目的和意义随着世界工业经济的不断发展和人类需求的不断增长，对全球气候造成严重的影响，二氧化碳排放量增大，臭氧层遭受到破坏等。
电池管理系统(BMS)及其均衡充电的方法
电池管理系统(BMS)及其均衡充电的方法陈洋;李荣正【摘要】电池管理系统的优劣直接影响动力电池性能的发挥以及整个系统的安全性.从锂电池的特点出发,设计了相关的硬件电路和控制软件,提出一种对串联锂电池组的有效管理方法,实现对串联锂电池组工作状态下的监控.实验结果证明,系统能对串联锂电池组高效、安全的使用提供有效的保障.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2015(029)003【总页数】5页(P213-217)【关键词】电池管理系统;均衡控制;新能源;串联锂电池组【作者】陈洋;李荣正【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TM912.9Keywords:batterymanagementsystem(BMS);balancedcontrolling;newenergy;seriesconnectedLi-ionbatteries能源危机和环境污染已然成为影响社会发展的两大难题,当今世界各国都在致力于解决这两大难题[1].在世界各国人民不断呼吁“低碳生活”的背景下,新能源开始占据着越来越重要的地位,锂电池作为新能源的一部分,得到了空前的发展.尤其近年来电动汽车的发展,更将锂电池的应用推向一个新的高峰.我国政府和企业不断加大对电动汽车产业的投入,迫切希望提升电动汽车的自主研发能力[2],而电池管理系统正是制约其发展的关键因素. 近年来,虽然我国在电池管理系统技术方面取得了很多突破,但是在数据采集的可靠性和安全性等方面仍需进一步改善.电池管理系统(BMS)及其均衡充电的方法尤其注重系统数据的可靠性,确保锂电池组的安全使用.由于功率和电压的限制,锂电池在大多数应用场合都需要串联使用,然而锂电池在容量、内阻、自放电率上的不同很容易造成电池容量的差异,因为“木桶效应”的存在,整个锂电池组的有效容量就会取决于最小容量的单体电池[3].除此之外,确保锂电池在使用过程中的安全性也同样具有挑战.因此,为锂电池组配备电池管理系统以确保电池组高效、安全的使用就变得至关重要了.电池管理系统及其均衡充电系统主要由主控单元、电池电压转换单元、充电控制单元、均衡放电单元组成.主控单元主要负责电池电压、负载电流、环境温度的采集和显示,电池的均衡判断,以及其他异常状态的处理;电池电压采样单元负责将单节锂电池端电压的模拟信号转换为数字信号;充电控制单元主要负责充电过程中充电电压和充电电流的控制;均衡放电单元负责在电池电压达到放电阈值时提供一条能量释放通道,确保电池不超过其极限电压,系统结构框图如图1所示.根据电池管理系统及其均衡充电系统的功能,分别设计了主控单元、电池电压转换单元、充电控制单元和均衡放电单元的相关硬件电路.系统主控单元的电路设计主要包含了单片机最小硬件系统设计、温度测量电路、电流测量以及液晶显示电路的设计.系统主控芯片选用了STC系统的单片机,其单时钟/机器周期(1T)的工作模式大大提高了系统运行速度,丰富的外围接口以及极低的成本使其在很多场合都应用广泛;温度的测量选用了DALLAS公司生产的单线数字式集成温度传感器ds18B20,其具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高等特点;电流测量采用串联电流采样电阻方式,利用差分放大器提取采样电阻两端电压,单片机AD端口采样该电压,通过一定的计算得到锂电池组的负载电流;系统的显示部分选用了硬件连接简单、控制方便、显示效果丰富的工业串口液晶屏,主控单元电路如图2所示.由于锂电池对电压非常敏感,必须精确测量锂电池的端电压,精确的电压测量也是决定电池管理系统优良的关键因素.常用针对串联锂电池组的电压采样方法主要有串联电阻分压法、浮动地技术法和线性放大器差分采样法等[4].这些方法虽然各有利弊,但是随着微电子技术的发展,单片集成度越来越高,使用单片系统已经成为一种趋势.本系统采用了ADI推出的串联锂电池组电压采集芯片AD7280A,电池电压转换单元的具体电路原理图如图3所示.锂电池充电一般分为3个阶段:预充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段,预充电主要针对深度放电的锂电池,以小电流充电来修复深度放电的电池,当锂电池电压上升到一定的值后,便可进入恒流充电,锂电池的电能补充大部分是在恒流充电阶段完成的,此时锂电池端电压不断上升,最后进入恒压充电,维持锂电池端电压不变,充电电流开始下降,直至下降到设定的阈值,锂电池的电能就补充完成.本系统选用了德州仪器(TI)公司推出的同步开关模式电池充电控制器BQ24650,除了包含上述基本功能外,它还拥有温度控制功能,由于锂电池充电的温度范围为0~45℃,当不满足这一条件时,它能自动暂停充电,直到温度重新回到合理范围内,再次开启充电,充电控制单元的原理图如图4所示.锂电池在充电过程中必须严格控制电池端电压,电池一旦过压不但使电池容量受损,而且容易引发安全事故[5].电池均衡方式分为主动式均衡和被动式均衡两种[6],主动式均衡能够将电量相对充足的电池的能量向电量相对低的电池转移,能量的利用率高,并且在充放电阶段都可实现.而主动式均衡控制复杂,成本高,相关技术并不成熟,所以目前应用较广的还是被动式均衡.被动式均衡一般均采用并联电阻方式,将多余的电池能量以热能方式耗散掉,当某节电池需要均衡时,为电池提供一条放电通路,被动式均衡通常用于充电阶段,当电池达到充电上限电压时,避免电池电压继续上升,均衡放电单元电路如图5所示.电池管理系统及其均衡充电系统的软件以KeiluVision4为开发环境,采用C语言编程,系统的软件流程图如图6所示.系统上电之后首先进行系统初始化,包括端口、系统时钟、打开看门狗等设置,然后进入工作循环,启动电池电压的转换,通过SPI通信读取电压转换单元的电压转换结果,接着采集环境温度以及锂电池组的负载电流情况,包括是否有电池电压达到设定的均衡阈值,是否有电池电量不足,环境温度是否在正常范围内等,进行分析判断,根据情况采取措施,最后将锂电池组的各种状态信息进行显示.选取6节串联锂电池组,对每节锂电池进行单独放电处理,使得锂电池组中出现电压不平衡,然后对串联锂电池组进行充电,测量并记录锂电池组在均衡和未均衡情况下充电前和充电后的单节锂电池电压,重复进行多次实验,其中两次实验的数据分别见表1和表2.在串联锂电池组的使用中,如果不采取均衡措施,整个锂电池组的容量取决于在充电状态下最先达到充电上限电压的那节电池,而最先达到充电上限电压的电池容量往往是整个电池组中容量最低的电池,因此,整个锂电池组的实际容量就大大降低.通过上述的实验结果表明,采取了均衡措施以后,每个单节锂电池的能量都能得到有效补充,从而有效避免了这一问题.电池管理系统及其均衡充电的方法搭建了一个基本的电池管理系统模型,主要解决了由于串联锂电池组的物理特性不一致而引起的充电不平衡问题,并且能够对其工作状态进行监视,在出现不正常状态时及时切断主回路,并发出提示信息,从而避免安全事故的发生,为串联锂电池组的安全、高效使用提供了行之有效的解决方案.[1] Vechiu I,Curea O,Camblong H. Transient operation of a four-leg inverter for autonomous applications with unbalanced load [J].IEEE Tra ns actions on Power Electronics,2010,25(2):399-407.[2] 汪世国.电动汽车电池管理系统(BMS)现状分析[J].汽车实用技术,2014(2):65-67.[3] 李仲兴,余峰,郭丽娜. 电动汽车用锂电池组均衡控制算法[J].电力电子技术,2011,45(12):54-56.[4] 王振世.基于MC9S12XET256和AD7280锂电池组管理系统的研究和设计[D].沈阳:辽宁大学,2012.[5] 蒋原,杜晓伟,齐铂金.基于Freescale单片机的电池管理系统设计[J].现代电子技术,2011,34(1):164-166,172.[6] 陈志.电动汽车电池均衡技术的研究[D].南京:南京航空航天大学,2014.[7] 姜点双,赵久远,宋军,等.电动汽车动力电池管理系统控制方法研究[J].汽车工程学报,2014,4(6):424-429.[8]Santhanagopalan S,White R E. State of charge estimation using an unscent ed filter for high power lithium ion cells[J]. International Journal of Energy Research,2010,34(2):152-163.[9] 邱斌斌,刘和平,杨金林,等.一种磷酸铁锂动力电池组主动均衡充电系统[J].电工电能新技术,2014,33(1):71-75.[10]Oliver G,Steven C. Optimizing electric vehicle battery life through battery t hermal management[J].SAE International Journal of Engines,2011,4(1):1928 -1943.通信作者: 安小雪(1985-),女,助理实验师,硕士,研究方向为机器视觉.E-mail:****************。