BMS相关知识培训(20170421)

河南森源重工有限公司电动乘用车开发部2017-04目录1.BMS概述 (4)1.1 系统简介 (4)1.2系统架构 (4)1.3 术语缩写 (5)2.硬件开发 (5)2.1整体架构 (6)2.2BCU功能要求 (7)2.3BCU硬件设计 (1)2.4BMU功能要求 (2)2.5BMU硬件设计 (2)2.6HVU功能要求 (2)2.7HVU硬件设计 (3)3.BCU软件开发 (4)3.1BCU软件整体架构 (4)3.2. 上电自检 (4)3.3. 高压回路控制 (5)3.3.1 电池组禁止充电因素（断充电继电器） (5)3.3.2 停止充电输出条件（充电需求电流设置为0） (5)3.3.3 电池组禁止放电因素 (6)3.4. 均衡控制 (6)3.5.电池组加热控制 .......................................... 7 3.6充电过程参数控制逻辑..................................... 8 4. SOC 算法 . (10)4.1 SOC 估计概述............................................ 10 4.2电流积分法估算策略.. (12)4.2.1.基本思路：........................................ 12 .4.2.2 磷酸铁锂电池SOC 估计总流程图...... 错误!未定义书签。

4.2.3 静置SOC 估计....................... 错误!未定义书签。

4.2.4 放电过程前后台)(t SOC std 估计 ........ 错误!未定义书签。

4.2.5 充电过程)(t SOC std 估计 .............. 错误!未定义书签。

4.2.6 SOC 显示调整策略 ................... 错误!未定义书签。

4.2.7 SOC 估计需要保存的数据 ............. 错误!未定义书签。

4.2.8SOC 估计需要的数据 .................. 错误!未定义书签。

5.BMS 相关标准 (16)5.1 QCT 897-2011 ........................................... 21 5.2电池管理系统国标草案.................................... 22 5.3 GBT 18487.1-2015 ....................................... 23 5.4 GBT 27930-2015 ......................................... 23 5.5 GBT 31467.3-2015 (23)1.BMS概述1.1 系统简介电池管理系统（BMS）主要作用包括：估测电池的荷电状态，检测电池的使用状态，对电池进行充放电控制，对电池进行热管理，同时对单体电池进行能量均衡，防止单体电池过充过放产生危险。

1.2系统架构BMS根据功能表现形式分为分立式及一体式。

分立式电动汽车电池管理系统（BMS）产品主要分为三类模块：主控模块（BCU）、电池信息监测模块（BMU）及绝缘监测模块（HVU）。

其系统架构简图如下：电流检测RL_chg RL_dsg图1 系统架构简图其中各模块各司其职：BCU：接收并综合判断电池基本信息，计算SOC，上传或下发控制指令、进行外部继电器控制、整车CAN通讯、充电CAN通讯、内网CAN通讯、数据存储、输入输出信号检测、充放电电流采集等；BMU：单体电池电压采集、电池温度采集、电池均衡管理、单箱电池的热管理功能、内网CAN通讯等；HVU：电池组绝缘检测、电池组总压检测、电机控制器预充电压检测、内网CAN通讯等。

1.3 术语缩写表1 术语缩写2.硬件开发硬件是BMS系统运行的基础。

BMS硬件开发过程应参照ISO26262中与功能相关的工作和管理流程进行，产品的硬件功能可靠性需符合ISO26262国际标准中的ASILC等级（每小时失效概率＜10-7）。

2.1整体架构图2整体架构图总体性能方面BMS应满足表2所示的技术要求。

表2 BMS技术参数表2.2BCU功能要求BCU主要功能见表3所示。

表3 BCU功能列表2.3BCU硬件设计A+CANCANCANCAN图3 BCU方案示意图2.4BMU 功能要求BMU 主要功能见表4所示。

表4 BMU 功能列表2.5BMU 硬件设计单体电压温度检测图4 BMU 方案示意图2.6HVU 功能要求HVU 主要功能见表5所示。

表5 HVU 功能列表2.7HVU 硬件设计CAN总正车底盘PWM总正图5 HVU 方案示意图3.BCU 软件开发3.1BCU 软件整体架构图6 BCU 整体架构电池管理系统软件共分为四层，分别为MCU 层，ECU 层、服务层和应用层。

其中应用层的数据分析与控制模块使用Simunlink 搭建，其他使用C 代码进行实现，MCU 层，ECU 层、服务层使用C 代码进行实现。

主要更改的模块有参数管理模块（标定数据）、数据分析与控制模块（主要控制策略）和电池状态估计模块（SOC 估算数据）。

3.2. 上电自检BMS 上电的自检：在自检时间（上电300ms ）到达后，以下各项需正常稳定100ms 以上，否则就报自检故障。

（1）内网各模块通讯正常（接收到至少一帧报文）； （2）各模块处于正常工作模式（无设备硬件故障）； （3）电池单体最低电压大于过放保护失效阈值； （4）电池单体最高电压低于过充保护失效阈值； （5）电池总压低于过低保护阈值；（6）电池极柱温度高于过低温保护失效阈值； （7）电池极柱温度低于过高温保护失效阈值；（8）电池绝缘阻值检测有效且大于严重报警阈值；3.3. 高压回路控制BMS需控制的继电器：负极主继电器、正极放电继电器、预充继电器、加热继电器（电池加热）、快充继电器、慢充继电器。

BMS需根据充电枪连接状态和整车控制器指令状态对高压继电器进行控制。

在检测到充电连接信号时进入的充电过程并对行车过程进行锁止。

在充电插头拔下并接收到整车上高压指令时进行预充电控制。

行车过程中，当电池组发生严重故障时需等待整车控制器发出允许BMS主动断开高压继电器时才能主动断继电器，但为了保护电池组，BMS需要将最大允许充电电流和最大允许放电电流设置为0。

如果发出最严重故障后15s还未接收到整车控制器的正响应指令，则BMS 主动断开继电器。

充电过程完成由BMS主导，电池组发生严重故障时需及时断开充电继电器。

3.3.1 电池组禁止充电因素（断充电继电器）(1)交直流充电同时连接；(2)单体过压三级报警/总压过压三级报警/充电过流三级报警/电池高温三级报警/电池组系统绝缘阻抗三级报警；(3)BMS硬件三级故障；(4)充电CAN通讯三级故障；(5)急停开关断开（为了后续扩展预留，目前版本一直是闭合的）；(6)电池组内部保险丝或维修开关故障（总压1检测为0V）;(7)检测到电池箱开盖事件（为了后续扩展预留，目前版本一直是闭合的）；(8)高压互锁检测故障（为了后续扩展预留，目前版本一直是无故障的）。

3.3.2 停止充电输出条件（充电需求电流设置为0）(1) 充电过流二级报警/充电警;(2) BMS内部通讯故障（一级故障以上）(3) 充电CAN通讯故障（一级故障以上）(4) 动力电池温升过快三级报警。

(5) 温度过低三级报警。

(6) 温度过低二级报警。

3.3.3 电池组禁止放电因素(1)充电连接确认信号有效；(2)单体过放三级报警/总压过放三级报警/电池高温三级报警/电池低温三级报警/电池组系统绝缘阻抗三级报警/电池组温升过快三级故障；(3)BMS内部通讯故障（三级报警）/BMS硬件三级故障；(4)急停开关断开；（为了后续扩展预留，目前版本一直是闭合的）；(5)上高压故障（无法完成高压预充过程）;(6)检测到电池箱开盖事件（为了后续扩展预留，目前版本一直是闭合的）；(7)高压互锁检测故障（为了后续扩展预留，目前版本一直是无故障的）。

3.4. 均衡控制目前版本硬件电路采用被动式均衡方案，在满足均衡条件的情况下对被选中的均衡模块中的最高电压的单体电池进行电阻放电。

图7 磷酸铁锂电池均衡策略3.5.电池组加热控制（1）在充电过程中，最低温度低于设定的PTC开启温度时（0℃），开启PTC加热，直到最低温度高于PTC加热释放温度阈值（5℃），加热过程中不可充电。

（2）加热1小时后或者达到加热释放温度，则停止加热。

（红色字体为G3车型目前使用逻辑，下面为可扩展逻辑）（3）温度在-5℃之上时，充电和加热同时进行（-5℃到0℃之间充电电流为0.15C，0℃以上充电电流根据电池情况输出）（4）温度在[-20℃ -5℃]且SOC>10%时可以使用电池组放电加热（如果车载充电机支持加热模式，也可使用充电机进行加热），温度升高到-5℃时就立即进行充电；（5）如果温度低于-5℃且SOC<10%，只能通过车载充电机进行充电了（这个得单独确定，目前的软件中在该状态下不允许充电也不进行加热）（6）温度在低于-20℃时只能使用车载充电机进行充电了（这个得单独确定，目前的软件中在该状态下不进行加热）。

（7）需监控PTC加热带的温度，如果温度高于80℃，则停止PTC加热，如果温度继续高于90℃，则报加热元器件故障。

3.6充电过程参数控制逻辑整个充电过程分为五个阶段：充电停止阶段(或异常充电结束)、涓流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段、充电结束阶段。

充电过程控制逻辑主要控制充电机的最高输出电压、最大输出电流以及输出使能，其状态转换图如下图所示，在各阶段的充电电流（ChgReqCurrent）、充电电压（ChgReqVoltage）、充电控制使能(ChgEnableCtrl)和充电剩余时间（ChgRemainTime /s）等计算如下：1、CHG_STOP 充电停止阶段ChgReqCurrent = 0;ChgReqVoltage = 0;ChgEnableCtrl = 0;ChgRemainTime = 0;2、CHG_TRICKLE 涓流充电阶段如果最低单体电压小于单体过放阈值，ChgReqCurrent = 1A;否则 ChgReqCurrent = 5A + （单体最低电压-单体过放阈值）*（设置的恒流充电电流值-5A）/(单体欠压阈值-单体过放阈值);ChgReqVoltage = 设置的充电机最高输出电压;ChgEnableCtrl = 1;ChgRemainTime = (电池组总容量-电池组剩余容量)/ChgReqCurrent.3、CHG_CC 恒流充电阶段ChgReqCurrent =设置的恒流充电电流值;ChgReqVoltage = 设置的充电机最高输出电压;ChgEnableCtrl = 1;ChgRemainTime = (电池组总容量-电池组剩余容量)/ChgReqCurrent.4、CHG_CV 恒压充电阶段如果最高单体电压值大于单体过充阈值，ChgReqCurrent = 0A；如果最高单体电压值小于单体恒流转恒压阈值，ChgReqCurrent =设置的恒流充电电流值;否则ChgReqCurrent = 5A + （单体过充阈值-单体最高电压）*（设置的恒流充电电流值-5A）/(单体过充阈值-单体恒流转恒压阈值);ChgReqVoltage = 设置的充电机最高输出电压;ChgEnableCtrl = 1;当ChgReqCurrent 不等于0时，ChgRemainTime = (电池组总容量-电池组剩余容量)/ChgReqCurrent；否则ChgRemainTime = 0.5、CHG_END 充电结束阶段ChgReqCurrent = 0;ChgReqVoltage = 0;ChgEnableCtrl = 0;ChgRemainTime = 0;[((PowerOnStatus != POWER_ON_SUCCESS) || (单体最高电压 < 3400mV))&& 持续30s]图 1 充电过程状态转换图4. SOC算法4.1 SOC估计概述电池技术发展至今，用来估算SOC的方法已经出现了很多种，既有传统的电流积分法、电池内阻法、放电试验法、开路电压法、负载电压法，也有较为创新的Kalman滤波法、模糊逻辑理论法和神经网络法等，各种估算方法都有自己的优缺点，下面对常用的几种SOC 方法进行简要介绍：（1）电流积分法电流积分法也叫安时计量法，是目前在电池管理系统领域中应用较为普遍的SOC 估算方法之一。