锂电池管理系统 设计方案
2013年1月
目录



主要功能与指标 电池管理系统（BMS）系统构架 电池管理系统硬件设计 电池管理系统软件设计 系统的故障及保护控制 系统显示信息
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; （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。
单体电压或 单体电压过 单体电压 总电压超过 高 3.65V 阀值
整车接到故障警告3 单体电压： 持续上报故障至故障 次以上（含）,控制 解除 电机停止对电池回 3.60V 充，直至故障解除 整车接到故障警告3 持续上报故障至故障 次以上（含）,整车 解除 控制停机，并提示 司机停车充电
单体电压过 单体电压低 单体电压 低 于阀值 2.0V

设计技术指标
功能项目 可测总电压 可测总电流 采样电压范围 单体电压测量精度 电池温度测量精度 电流测量精度 SOC估算误差 工作温度范围 CAN通讯 故障诊断 在线监测显示调试 技术要求 320VDC 300A 0～5V ≤5mV ≤1℃ ≤1% ≤7% -40℃～85℃ 满足整车控制要求 对电池状态故障报警 满足整车要求 备注 / / / / / 依据电流传感器满量程值计算 依照国家标准 / 在整车的电池组实际工况中，电流的变化范围 为-300A 至 +300A（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。

温度采样设计
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。本系统采用热敏式温度传感器，把每个 温度传感器的电阻值通过电阻分压回路进行采 样电压值，采用热敏电阻的电压值、温度值对 应表来进行读取温度值，温度检测精度为1℃。

CAN通讯设计

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）。
电池管理系统构架

系统构架图
外部ＣＡＮ２通讯
电 流 采 样
内部ＣＡＮ １通讯
漏 电 检 测
动力电池组
电池管理系统硬件设计

硬件设计
特点：

1、数据采集；使用LTC6803-2/4作为数据采集模块，其中它具有以下 可测量多达 12 个串联电池的电压 可堆叠式架构 可支持多种电池化学组成和超级电容器 可单独寻址的串行接口 0.25% 的最大总测量误差 符合 ISO26262 标准的系统进行设计 可在 13ms 完成一个系统中所有电池的测量 板上温度传感器和热敏电阻输入 具数据包误差检验功能的 1MHz 串行接口 可在电池随机连接的情况下保持安全 内置自测试功能电路 具内置噪声滤波器的 ΔΣ 转换器 导线开路连接故障检测 12μA 待机模式电源电流
CAN通讯电路
电池管理系统软件设计

软件设计（主模块程序流程）

数据采集模块（MCU）软件设计
系统故障及保护控制

故障诊断
电池组状态码
8bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit
单体低压一级报警： 单体 低压单体 高压总电 压低总电 压高电池 组能连续 放电峰值 放电 （单体电压 <2.90V 一级报警： ） 报 警 ：压 报压报 警：量回 馈过电流 过流电流 过流 整车控制器限制电（单 体电（单 体电警 :( 总电( 总 电 压流 报警：报警 ：连报 警 ： 机转矩不超过额定压 <3.10V ） 压 >3.75V ） 压 > 3 . 6 5 * N（ >150A续 放 电（ >200A ） 转矩的 30% ，提醒整车 控制主控 立即< 2 . 7 5 * NV) ，主控）， 整车>100A 5整车 控制 驾驶员马上回充电器提 醒驾下令 停止V) 整车控立即 下令控制 器降分钟以上， 器降 低输 站 充 电 ， LC D 显 示驶员 马上充电 机充制器 立即停止 充电低回 馈转整车 控制出转 矩， 单体电池低压二级回充 电站电或 整车下令 停止机充 电或矩 ， L C D器降 低输LCD报警 报警 充 电 ，控制 器禁电流输出， 整车 控制显示 峰值出转 矩， L C D 显 示止制 动回L C D 显 示器禁 止制充电 电流L C D 给 出 单体 电池馈充 电，总电 压低动回 馈充报警 连续 放电 低压 一级L C D 显 示压报警 电 ， L C D 过流警报 报警 单体 电池 显示 总电 高压报警 压高 压报 警

数据采集构架
电流采样
电 池 １ ………… １ ２
数据采集模块构架图

主控制模块
主控制模块单片机采用型号为Freescale的 16位 MC9S12XEP100（MCU）来实现，时钟 频率在16MHz，MC9S12XEP100具有12K内部 RAM，2K内部EEPROM，128KFLASH，144脚 QFP封装。 系统电源模块设计：本电池管理系统使用到的 供电电源为宽范围（9V～36V）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。
单体电压 2.5V
SOC过高
SOC超过阀 100% 值
95%
整车接到故障警告 3次以上（含）， 持续上报故障至故障 控制电机停止对电 解除 池回充，直至故障 解除 整车接到故障警告 持续上报故障至故障 3次以上（含）,整 解除 车控制停机，并提 示司机停车充电 整车接到故障警告 持续上报故障至故障 3次以上（含）,按 解除，同时控制启动 照BMS上传的最大 热管理；发生故障时， 充、放电电流的 若动力主线还未接通 50%控制电机输出， 则禁止接通 直至故障解除； 整车接到故障警告 3次以上（含）， 持续上报故障至故障 按照BMS上传的最 解除,同时控制启动热 大充、放电电流的 管理 70%控制电机输出， 直至故障解除；

保护控制
描述 故障阀值 故障解除阀 BMS处理方式 值 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 整车处理方式
故障名称
BMS故障
BMS自检硬 检测异常 件出现故障
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
SOC过低
SOC低于阀 15% 值
20%
温度过高
温度超过阀 55℃ 值
50℃
最高温度与 温度不均衡 最低温度之 5℃ 差超过阀值
3℃
系统显示信息

电池组显示信息
a) b) c) d) e) f) g)
电池组总电压； 电池组总电流； 电池组最高/最低温度； 电池单体最高/最低电压； 电池容量（SOC）； 电池故障报警信息； 数据采集模块的电池详细信息（单体电压、温 度、电池对应序号）