新能源电动汽车BMS电池管理系统基本知识

BMS电池管理系统根本知识2021年3月12日电动大巴及电动汽车

第一章磷酸铁锂电池锂电池电极材料和特点电池组成型结构和特点锂电池内部结构和特点电池组箱体设计准那么目录第二章

BMS系统第一章磷酸铁锂电池1、锂电池电极材料和特点锂离子电池主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能。目前锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂〔LiCoO2〕，另外少数有采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)，一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂〔LiFePO4〕材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池，其主要特点是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸、工作温度范围宽、对环境无污染。市场现有动力电池特性比较技术参数铅酸电池镍镉电池镍氢电池钴酸锂电池磷酸铁锂电池标准电压(V)21.21.23.73.2质量比能量（Wh/Kg)4030-5050-80140160循环寿命200次400次400次500次2000次自放电率（每月）5%25%30%5%3%环保有毒有毒略有污染略有污染无毒安全性良好优秀良好差优秀LiFePO4电池的内部结构如右图所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接；中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过；右边是由碳〔石墨〕组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。2、锂电池内部结构和特点拉断装置，当内压产生时,正极极耳拉断负极极耳与钢壳接触点有熔断装置钢管将底部内压稳定可靠导通至盖帽到达1.8Mpa时，平安阀会翻开，气体排出，防止爆炸风险平安开启后电解液喷出，平安气囊向外膨胀，降低内压，隔绝空气接触3、电芯四重平安保护设计设计用带保险丝的PCB板,对单体电池逐一进行保护,组合时也采用PCB板加保险丝保护,一旦某点故障，保险丝工作，故障电池断路，其它电池正常工作，平安性极高，此故障电池断路不影响其他单元电池正常工作〔如左图〕4、

电池组成型结构和特点按八个－致要求筛选电芯容量一致恒流比一致电压－致带电量－致內阻－致自放电一致批次一致放电平台一致矩阵式串并联连接，立体对角汇流，纵向过流，横向均衡与保护4、电池组箱体设计准那么防水防尘防热防冻防震防漏电防短路第二章BMS系统2.1BMS主机模块介绍

主机模块概述

主机模块功能指标主机模块主要实现对电池组运行状态及各种参数的监测与控制，如电池组电压、电流、电池箱温度、SOC预测和参数设置等功能.Ⅰ.电池组电压计算与控制

接收采集模块上传的电池组的所有单体电压，计算电池总电压并能够选出电池组的最高单节电池电压及序号和最低单节电池电压及序号，并控制显示屏按要求显示，同时可以通过专用CAN口上传到汽车仪表总线.电池管理系统主要由功能模块〔主机模块、采集模块、显示屏模块〕和附件〔线束、霍尔、直流继电器、主控箱等〕组成，完成对动力电池的管理和应用.Ⅱ.电池组电流、漏电流检测和计算

接收主控本身或采集模块上传的电池电流和绝缘模块漏电流采集电压，根据设定的霍尔传感器额定参数，计算电池组总电流和漏电流，并控制显示屏显示。同时可以通过专用CAN口上传到汽车仪表总线.Ⅲ.电池箱的温度

接收采集模块上传的每组电池箱温度，并控制显示屏显示，也可以设定温度下传到各采集模块用于风扇和加热控制。同时可以通过专用CAN口上传到汽车仪表总线.Ⅳ.报警及其接口

按权限可以设置过压报警点、过压切断点、欠压报警点、欠压切断点、互差均衡点、温度报警上限、最大充电电流、最大放电电流、额定容量、循环次数、SOC初始化、系统时间。并根据相应报警阀值进行报警，并提供报警干接点信号，同时故障信在显示屏显示，4个继电器常开干接点.Ⅴ.容量〔SOC〕预测功能全程实时计算每节电池和整组容量，并找出容量较低的电池向采集盒发出均衡命令，同时累计单节电池容量。均衡过程中接收采集盒返回的状态信息。能随时给出电池组整个系统的剩余容量。(满足混合动力公交车的SOC要求)，并控制显示屏显示。最大容量检测：>5000AH，精度不高于5%.Ⅵ.电池均衡功能主机模块向采集模块发送均衡启停命令，采集模块根据命令进行充放电。在充放电过程中.Ⅶ.参数设置功能主机模块在每次上电开机或者在运行过程中每隔30分钟向采集模块CAN总线上发送，设置参数〔电池单体上下限、电池单体额定电压、电池串联单体数、风扇开启温度、风扇停止温度、加热开启温度、加热停止温度〕，采集模块保存该设置参数到EEPROM.Ⅷ.通信接口1个CAN-A接口，与采集模块和显示屏通讯〔符合BMS内部通讯协议标准〕；1个CAN-B接口，与整车通讯〔需符合各厂家协议要求〕；1个RS232接口，与上位机〔需符合各厂家协议要求〕，同时用于下载数据；1个GPRS上网模块实现无线数据传输〔可选〕.Ⅸ.绝缘检测功能含总电流检测与电池正负母线总压检测两大功能,电池总电流检测：电流采样范围：-1000A～1000A，采样精度±1%或不低于国家标准。静态时显示为0，采样电流小于霍尔传感器满量程的0.5%直接置0，防止零漂影响；漏电流：电流采样范围：-10mA～10mA，采样精度±1%或不低于国家标准。静态时显示为0，采样电流小于霍尔传感器满量程的0.5%直接置0，防止零漂影响。电池总电压检测：0～1000V采样检测精度±1%.Ⅹ.系统的抗干扰能力主控器系统能满足车载状况的使用条件，包括振动，电磁干扰，高温差的变化.

主机模块接口说明对插端子要求：

胶壳：2.8-6P带扣公半透明尼龙/端子：2.8*0.5插片带扣（黄）

线号功能定义导线规格L1(红）电源+24UL1007/18L2(空）

L3(黑）电源地UL1007/18L4(空）

L5(绿）CANLUL1007/20L6(黄）CANHUL1007/20

对插端子要求：

胶壳：C3030FM-1*3P黑/端子：C3030H-TP

导线：UL1007/22

1（红）-2（黑）常开

3（空）

对插端子要求：

胶壳：C3030HM-1*3P黑/端子：C3030F-TP

导线：UL1007/22

1（红）-2（黑）常开

3（空）

对插端子要求：

胶壳：C3030FM-1*2P黑/端子：C3030H-TP

导线：UL1007/22

1（黑）2（红）：常开干接点

对插端子要求：

胶壳：C3030HM-1*2P黑/端子：C3030F-TP

导线：UL1007/22

1（黑）2（红）：常开干接点

K2报警干接点A向示意图K3报警干接点A向示意图K4报警干接点A向示意图主控器行车电脑CAN线A向示意图开关信号输入端口1A向示意图开关信号输入端口2A向示意图对插端子要求：

胶壳：C3030FM-1*4P黑/端子：C3030H-TP

导线：UL1007/221（空）：

2（黑）：CANL

3（黄）：CANH

4（空）

对插端子要求：

胶壳：SM/2P公壳黑/端子：SM母端子

导线：UL1007/20

1（黑）：24V-

2(红）：24V+对插端子要求：

胶壳：SM/2P母壳黑/端子：SM公端子

导线：UL1007/20

1（黑）：24V-

2(红）：24V+

RS232通信端口A向示意图对插端子要求：

胶壳：SM/3P母壳黑/端子：SM公端子

导线：UL1007/20

1（红）：TX

2（黑）：RX

3（黄）：GND

运行中的电动车辆不断移动位置，这给电动车辆的维护工作带来许多困难，尤其是电动车辆的核心部件锂离子动力电池组，其运行工况时刻都在变化，及时了解锂离子电池组的工作状况变得非常重要，这是保证电动车辆平安稳定运行的重要手段之一。BMS远程监控系统，将传统费时费力的锂离子动力电池组维护工作变得非常简便快速，用户足不出户就能够及时的了解电池的运行状况，还可根据需要远程调整电池组的运行参数。安装BMS系统的客车在运行过程中会实时的将电池数据通过GPRS网络发送给数据效劳器，电池维护工程师只要使用可以上网的普通电脑终端就可以查询电池的实时运行数据。使用此功能需插入带有GPRS流量的SIM卡.GPRS无线传输2.2BMS采集模块介绍采集模块概述采集模块内含单体电池电压检测、单体电池均衡、温度检测、电流采集、风扇管理、加热管理、电源及CAN通讯接口局部。〔单体电池是指由一个或多个单只电池并联而成的电池单元〕采集模块功能指标Ⅰ.单体电池电压检测检测0～12节〔可设置〕串联电池的单体电池电压，单体电压采样范围0～4.5V，采样精度±〔0.3%RD+0.2%FS〕。电池组总电流：电流采样范围：-1000A～1000A，采样精度±1%或不低于国家标准。静态时显示为0，采样电流小于霍尔传感器满量程的0.5%直接置0，防止零漂影响.Ⅱ.环境温度检测每个采集模块有3个温度测量传感器检测环境温度，温度采样范围－40℃～80℃，采样精度±0.1℃.Ⅲ.电池均衡

在使用过程中采用主动式均衡，接收主控器给出的均衡命令，可对相应单体电池进行均衡充电和放电，最大均衡电流4A，以1分钟为周期来执行。既每次做出判断后必定要执行均衡动作50s，然后停顿10s以后再进行判断.

Ⅳ.热管理驱动接口干接点输出，可接收主控模块发出的加热装置启动温度和停止温度，并根据实际检测温度控制加热管理启停.Ⅴ.风扇管理接口24V电源输出，可接收主控器发出的风扇装置启动温度和停止温度，并根据实际检测温度控制风扇管理.Ⅵ.通信接口提供CAN总线接口，上传以上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ局部采集信息，并通过CAN接口接收主控模块的控制信息.

外形尺寸及安装

采集均衡模块的铝底板贴紧电池箱壳体安装，用M3*10的十字螺钉安装；2.2.4实物正面效果图

2.电源、CAN、风扇、电流检测及温度接口定义接口标示定义PINBus-in

Bus-out

24V-24V负电源124V+24V正电源2CANSCAN屏蔽地3,4CANLCAN通讯低5CANHCAN通讯高6Hot-FanFAN风扇电源负124V+风扇电源正2HOT干接点3HOT干接点4HOT干接点5HOT干接点6Hall12V-霍尔电源负112V+霍尔电源正2GND霍尔电源地3I_BAT电池总电流4TempRT11#温度线11#温度线2RT22#温度线32#温度线4RT33#温度线53#温度线62.4BMS附件—电缆线2.4.1箱内线—采集均衡线〔定制线〕：B1+为高电压2.4.2箱内线—温度线〔定制线〕4.4.3箱内线—风扇继电器线

模块间通信—电源线

主机外部CAN线

主机干结点输出线2.4.8

24V电源线+内部CAN线

主机RS232线

开关信号输入线2.5BMS附件—霍尔

霍尔结构尺寸图

霍尔连接线2.6BMS附件—直流接触器2.7BMS附件—主控箱非插电主控箱〔超级电容+锂电〕插电主控箱〔纯电动\混合动力〕基站主控箱2.8BMS附件—直流快速熔断器MSD手动维修开关〔内置熔断器〕熔断丝2.9BMS应用方案

电动大巴选型及应用系统接线示意图

电动轿车选型及应用系统接线示意图2.10BMS常见故障及处理方法BMS使用过程中可能会遇到以下故障情况，请参考下属方法进行简单故障处理故障现象代码可能原因排除方法BMS与整车不通信整车显示BMS通信故障1.BSU(主控器）不工作1.检查BSU24V工作电压是否正常2.CAN信号中断或错误2.检查CAN信号传输线是否退针或插头未插CAN高CAN低3.车协议盒坏3.更换车协议盒绝缘检测异常CRU-F1.电池箱继电器未闭合1.检测电池箱电压是否为本箱电压2.模块检测正负极线接反2.检测绝缘模块正负检测线3.绝缘模块坏3.更换绝缘模块或检查霍尔线的顺序显示电流不对IO-H或IC-H1.绝缘模块坏1.静态时拔掉霍尔线正常电流约为90A，否则绝缘模块坏2.霍尔信号线跟地线接反2.检查霍尔线3.霍尔坏3.更换霍尔4.主板坏4.更换主板故障现象代码可能原因排除方法漏电R-E整车器件漏电（含变频器、发电机、打气泵）断开变频器的高压输入或断开打气泵，故障仍未排除则为电池漏电过温TEMP-H