电池管理系统设计方案(ADI)课件

EV&PHEV&ESS

电池管理系统设计方案介绍BMSSystemApplicationEngineerTinoPan01.Sep.2012EV&PHEV&ESS

电池管理系统设计方案介绍BM1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。主要功能和指标电池管理系统主要有三个功能：2设计指标(部分)项目技术要求说明最高可测量总电压450VDC最大可测量电流500ASOC估算误差（％）≤6单体电压测量精度≤0.5%在可测量电压范围内电流测量精度≤1%按电流传感器满量程值计算温度测量精度≤±1℃工作温度范围－30℃-85℃高于电池工作温度要求CAN通讯满足整车控制要求故障诊断对电池故障进行诊断报警故障记忆功能统计记录次数，记录最后一次故障时电池状态信息在线监测与调试功能满足整车要求设计指标(部分)项目技术要求说明最高可测量总电压4503电池管理系统网络方块图电池管理系统网络方块图4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。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5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。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6模块功能描述电源模块：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、参数的修正模块功能描述电源模块：给各种用电器件提供稳定电源7大功率電池應用电路大功率電池應用电路8AD7280A

锂离子电池监控系统特性12位ADC，转换时间：1μs/通道电池电压精度：±1.6mV6个仿真输入通道，共模范围：0.5V至27.5V6个辅助ADC输入高输入阻抗电池平衡界面菊花连结口1个SPI界面，可用于多达48个通道读写命令具有CRC保护内置电压调节器内置报警功能的串行接口内置寄存器可用于通道时序控制VDD工作电压：8V至30V温度范围：−40°C至+105°C48引脚LQFP通过汽车应用认证Power-down模式最低1.8uA工作电流AD7280A锂离子电池监控系统特性9AD7280A

---转换器操作AD7280A的转换路径由高压输入多路复用器或低压输入多路复用器与SAR型ADC组成。高压多路复用器选择要转换的模拟输入对VIN0至VIN6。各电池单元的电压测量方法是转换相邻模拟输入的压差，即VIN1−VIN0、VIN2−VIN1。低压多路复用器选择要转换的辅助ADC输入AUX1至AUX6。各电池电压和辅助ADC输入的转换结果可以在所设定的转换序列完成时间TWAIT后访问。ADC是逐次逼近型寄存器模数转换器(SARADC)，由比较器、SAR、控制逻辑和两个容性DAC组成。AD7280A---转换器操作AD7280A的转换路径由高10AD7280A---典型连接图AD7280A---典型连接图11AD8280A锂离子电池安全监控器特性宽电源电源范围：6.0V~30.0V多路输入可监控3~6路电池电压和2个温度可调监控阀值：过压、欠压、过温报警选项：单独或共享报警扩展温度范围性能-40℃≦TA≦+105℃可通过菊花链方式连接内部基准电源采用电池组供电LDO可给隔离器供电通过汽车应用认证全面自测功能有助于符合ASIL/SIL要求AD8280A锂离子电池安全监控器特性12ADuM5404集成DC/DC转换器的四通道隔离器特性集成isoPower的隔离式DC/DC转换器3.3V或5.0V稳压输出最高500mW输出功率四个DC-25Mbps(NRZ)信号隔离通道施密特触发器输入工作温度最高可达105°C高共模瞬变抗扰度：>25kV/µsSOIC-16无铅封装低功耗ADuM5404集成DC/DC转换器的四通道隔离器特性13ADuM140XiCoupler磁耦隔离技术的通用型四

通道数字隔离器特性四通道隔离电平转换器工作电压：3V/5V隔离电压：2500V工作温度：125℃传输速率：1M/10M/25Mbps传输延迟：50ns.瞬态共模抑制能力：25KV/us专利iCoupler磁耦隔离技术SOIC-16无铅封装低功耗ADuM140XiCoupler磁耦隔离技术的通用型14ADuC7039车用集成電流传感器特性高精度ADC双通道、同步采样、16位Σ-Δ型ADC可编程ADC吞吐量：10Hz至1kHz內置5ppm/°C基准电压源电流通道全差分、缓冲输入可编程增益ADC输入范围：−200mV至+300mV数字比较器，内置电流累加器功能电压通道缓冲、片内衰减器，适用于12V电池输入温度通道外部和内置温度传感器方案微控制器16位/32位RISC架构ARM7TDMI-S内核20.48MHzPLL

SAEJ2602/LIN2.1兼容从机

SPI/GPIO端口

內置唤醒和看门狗定时器內置上电复位功能由12V电池电源直接供电功耗：7.5mA(10MHz)

额定工作温度范围：−40°C至+115℃

32引脚6mm×6mmLFCSP封装ADuC7039车用集成電流传感器特性SAEJ2615ADuC7039---典型连接图ADuC7039---典型连接图16LPC11C24集成高速CAN物理层收发器的微控制

器特性50MHzCortex-M0处理器，配有SWD/调试功能（4个中断点）32KB/16KBFlash，8KBSRAM32个向量中断；4个优先级；最多13个拥有专用中断的GPIOUART,2SPI&I2C(FM+)CAN2.0BC_CAN控制器，配有片内CANopen驱动，并集成收发器16位和32位计时器各2个，带PWM/匹配/捕捉功能，1个24位系统计时器12MHz内部RC振荡器，全温度及电压范围内精度可达1%上电复位（POR）；多级掉电检测（BOD）；10-50MHz锁相环（PLL）具备±1LSBDNL的8通道高精度10位ADC36个高速5V兼容GPIO引脚，可选择引脚大电流驱动（20mA）LPC11C24集成高速CAN物理层收发器的微控制

17EMB1428+EMB1499隔离是双向DC-DC

平衡方案特性简单的控制透過SPI可以去控制DC-DC與選擇電池的均衡功能的啟動或停止。

EMB1428已经内置在检测到非法命令功能。EMB1499内置的故障检测机制：过电压，欠电压，过电流和温度阈值检测。超时检测控制电流斜坡下降的故障故障代码报告给单片机非常低的单片机控制的的需求EMB1428+EMB1499隔离是双向DC-DC

18Q&A

!?Q&A!?19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500欧/V*V（电池组电压）*1.5500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报故障至故障解除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20单体或总电压过低单体电压或总电压低于阀值单体电压2.0V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持续上报故障至故障解除总电压：240V总电压300VSOC过高SOC超过阀值100%95%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报故障至故障解除SOC过低SOC低于阀值10%15%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持续上报故障至故障解除温度过高温度超过阀值50℃45℃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；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5℃3℃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；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单体电压与平均电压之差超过阀值55mV40mV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；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%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单体或总电压过低单体电压或总电压低于阀值单体电压2.0V单体21SOC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；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；持续上报故障至故障解除放电电流过大放电电流超过阀值BMS上报的最大放电电流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%控制电机输出，直至故障解除；持续上报故障至故障解除充电温度过低温度低于阀值0℃5℃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报故障至故障解除,同时控制启动热管理SOC偏低SOC低于阀值15%20%整车接到故障警告3次以上22EV&PHEV&ESS

电池管理系统设计方案介绍BMSSystemApplicationEngineerTinoPan01.Sep.2012EV&PHEV&ESS

电池管理系统设计方案介绍BM23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。主要功能和指标电池管理系统主要有三个功能：24设计指标(部分)项目技术要求说明最高可测量总电压450VDC最大可测量电流500ASOC估算误差（％）≤6单体电压测量精度≤0.5%在可测量电压范围内电流测量精度≤1%按电流传感器满量程值计算温度测量精度≤±1℃工作温度范围－30℃-85℃高于电池工作温度要求CAN通讯满足整车控制要求故障诊断对电池故障进行诊断报警故障记忆功能统计记录次数，记录最后一次故障时电池状态信息在线监测与调试功能满足整车要求设计指标(部分)项目技术要求说明最高可测量总电压45025电池管理系统网络方块图电池管理系统网络方块图26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。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27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。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28模块功能描述电源模块：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、参数的修正模块功能描述电源模块：给各种用电器件提供稳定电源29大功率電池應用电路大功率電池應用电路30AD7280A

锂离子电池监控系统特性12位ADC，转换时间：1μs/通道电池电压精度：±1.6mV6个仿真输入通道，共模范围：0.5V至27.5V6个辅助ADC输入高输入阻抗电池平衡界面菊花连结口1个SPI界面，可用于多达48个通道读写命令具有CRC保护内置电压调节器内置报警功能的串行接口内置寄存器可用于通道时序控制VDD工作电压：8V至30V温度范围：−40°C至+105°C48引脚LQFP通过汽车应用认证Power-down模式最低1.8uA工作电流AD7280A锂离子电池监控系统特性31AD7280A

---转换器操作AD7280A的转换路径由高压输入多路复用器或低压输入多路复用器与SAR型ADC组成。高压多路复用器选择要转换的模拟输入对VIN0至VIN6。各电池单元的电压测量方法是转换相邻模拟输入的压差，即VIN1−VIN0、VIN2−VIN1。低压多路复用器选择要转换的辅助ADC输入AUX1至AUX6。各电池电压和辅助ADC输入的转换结果可以在所设定的转换序列完成时间TWAIT后访问。ADC是逐次逼近型寄存器模数转换器(SARADC)，由比较器、SAR、控制逻辑和两个容性DAC组成。AD7280A---转换器操作AD7280A的转换路径由高32AD7280A---典型连接图AD7280A---典型连接图33AD8280A锂离子电池安全监控器特性宽电源电源范围：6.0V~30.0V多路输入可监控3~6路电池电压和2个温度可调监控阀值：过压、欠压、过温报警选项：单独或共享报警扩展温度范围性能-40℃≦TA≦+105℃可通过菊花链方式连接内部基准电源采用电池组供电LDO可给隔离器供电通过汽车应用认证全面自测功能有助于符合ASIL/SIL要求AD8280A锂离子电池安全监控器特性34ADuM5404集成DC/DC转换器的四通道隔离器特性集成isoPower的隔离式DC/DC转换器3.3V或5.0V稳压输出最高500mW输出功率四个DC-25Mbps(NRZ)信号隔离通道施密特触发器输入工作温度最高可达105°C高共模瞬变抗扰度：>25kV/µsSOIC-16无铅封装低功耗ADuM5404集成DC/DC转换器的四通道隔离器特性35ADuM140XiCoupler磁耦隔离技术的通用型四

通道数字隔离器特性四通道隔离电平转换器工作电压：3V/5V隔离电压：2500V工作温度：125℃传输速率：1M/10M/25Mbps传输延迟：50ns.瞬态共模抑制能力：25KV/us专利iCoupler磁耦隔离技术SOIC-16无铅封装低功耗ADuM140XiCoupler磁耦隔离技术的通用型36ADuC7039车用集成電流传感器特性高精度ADC双通道、同步采样、16位Σ-Δ型ADC可编程ADC吞吐量：10Hz至1kHz內置5ppm/°C基准电压源电流通道全差分、缓冲输入可编程增益ADC输入范围：−200mV至+300mV数字比较器，内置电流累加器功能电压通道缓冲、片内衰减器，适用于12V电池输入温度通道外部和内置温度传感器方案微控制器16位/32位RISC架构ARM7TDMI-S内核20.48MHzPLL

SAEJ2602/LIN2.1兼容从机

SPI/GPIO端口

內置唤醒和看门狗定时器內置上电复位功能由12V电池电源直接供电功耗：7.5mA(10MHz)

额定工作温度范围：−40°C至+115℃

32引脚6mm×6mmLFCSP封装ADuC7039车用集成電流传感器特性SAEJ2637ADuC7039---典型连接图ADuC7039---典型连接图38LPC11C24集成高速CAN物理层收发器的微控制

器特性50MHzCortex-M0处理器，配有SWD/调试功能（4个中断点）32KB/16KBFlash，8KBSRAM32个向量中断；4个优先级；最多13个拥有专用中断的GPIOUART,2SPI&I2C(FM+)CAN2.0BC_CAN控制器，配有片内CANopen驱动，并集成收发器16位和32位计时器各2个，带PWM/匹配/捕捉功能，1个24位系统计时器12MHz内部RC振荡器，全温度及电压范围内精度可达1%上电复位（POR）；多级掉电检测（BOD）；10-50MHz锁相环（PLL）具备±1LSBDNL的8通道高精度10位ADC36个高速5V兼容GPIO引脚，可选择引脚大电流驱动（20mA）LPC11C24集成高速CAN物理层收发器的微控制

39EMB1428+EMB1499隔离是双向DC-DC

平衡方案特性简单的控制透過SPI可以去控制DC-DC與選擇電池的均衡功能的啟動或停止。

EMB1428已经内置在检测到非法命令功能。EMB1499内置的故障检测机制：过电压，欠电压，过电流和温度阈值检测。超时检测控制电流斜坡下降的故障故障代码报告给单片机非常低的单片机控制的的需求EMB1428+EMB1499隔离是双向DC-DC

40Q&A

!?Q&A!?41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500欧/V*V（电池组电压）*1.5500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报故障至故障解除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42单体或总电压过低单体电压或总电压低于阀值单体电压2.0V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，