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电池管理编制BMS架构及功能知识

发布时间:2020-07-17 11:58     来源:兴业县哄迷名车网    点击:

新能源车与传统汽车最大的区别是用电池行为动力驱动,于是动力电池是新能源车的中央。电动汽车的动力输出凭借电池,而电池管理编制BMS(BatteryManagementSystem)则是其中的中央,是对电池进走监控和管理的编制,经历对电压、电流、温度以及SOC等参数采集、计算,进而控制电池的充放电过程,实现对电池的珍惜,升迁电池综相符性能的管理编制,是连接车载动力电池和电动汽车的主要纽带。

国外公司BMS做的比较益的有联电、大陆、德尔福、AVL和FEV等等,现在基本上都是根据AUTOSAR架构以及ISO26262功能坦然的请求来做,柔件功能更众,郑重性和精度也较高。国内很众主机厂也都有自立开发的BMS产品并行使,前期在功能和性能上与国外一流公司相差甚远,但随着国内电池和BMS技术的迅速发展差距正在逐步缩短,期待不久的异日能够实现成功追赶甚至超越。

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BMS主要包括硬件、底层柔件和行使层柔件三片面。

硬件

1、架构

BMS 硬件的拓扑组织分为荟萃式和分布式两栽类型:

(1)荟萃式是将一切的电气部件荟萃到一块大的板子中,采样芯片通道行使最高且采样芯片与主芯片之间能够采用菊花链通讯,电路设计相对浅易,产品成本大为降矮,只是一切的采集线束都会连接到主板上,对BMS的坦然性挑出更大挑衅,并且菊花链通讯安详性方面也能够存在题目。比较正当电池容纳量比较幼、模组及电池包型式比较固定的场相符。

(2)分布式包括主板和从板,能够一个电池模组配备一个从板,如许的设计弱点是倘若电池模组的单体数目少于12个会造成采样通道铺张(清淡采样芯片有12个通道),或者2-3个从板采集一切电池模组,这栽组织一块从板中具有众个采样芯片,益处是通道行使率较高,撙节成本,编制配置的变通性,适宜迥异容量、迥异规格型式的模组和电池包。

2、功能

硬件的设计和详细选型要结相符整车及电池编制的功能需求,通用的功能主要包括采集功能(如电压、电流、温度采集)、充电口检测(CC和CC2)和充电唤醒(CP和A )、继电器控制及状态诊断、绝缘检测、高压互锁、碰撞检测、CAN通讯及数据存储等请求。

(1)主控制器

处理从控制器和高压控制器上报的新闻,同时根据上报新闻判定和控制动力电池运走状态,实现BMS有关控制策略,并作出响答故障诊断及处理。

(2)高压控制器

实时采集并上报动力电池总电压、电流新闻,经历其硬件电路实现按期积分,为主板计算荷电状态(State of Charge,SOC)、健康状态(State of Health,SOH)挑供实在数据,同时可实现预充电检测和绝缘检测功能。

(3)从控制器

实时采集并上报动力电池单体电压、温度新闻,逆馈每一串电芯的SOH和SOC,同时具备被动平衡功能,有效保证了动力操纵过程中电芯的一致性。

(4)采样控制线束

为动力电池各栽新闻采集和控制器间新闻交互挑供硬件声援,同时在每一根电压采样线上增补冗余保险功能,有效避免因线束或管理编制导致的电池外短路。

3、通讯手段

采样芯片和主芯片之间新闻的传递有CAN通讯和菊花链通讯两栽手段,其中CAN通讯最为安详,但原由必要考虑电源芯片,阻隔电路等成本较高,菊花链通讯实际上是SPI通讯,成本很矮,安详性方面相对较差,但是随着对成本控制压力越来越大,很众厂家都在向菊花链的手段转折,清淡会采用2条甚至更众菊花链来添强通讯安详性。

4、组织

BMS硬件包括电源IC、CPU、采样IC、高驱IC、其他IC部件、阻隔变压器、RTC、EEPROM和CAN模块等。其中CPU是中央部件,清淡用的是英飞凌的TC系列,迥异型号功能有所迥异,对于AUTOSAR架构的配置也迥异。采样IC厂家主要有凌特、美信、德州仪器等,包括采集单体电压、模组温度以及外围配置平衡电路等。

底层柔件

根据AUTOSAR架构划分成很众通辛勤能模块,缩短对硬件的倚赖,能够实现对迥异硬件的配置,而行使层柔件变化较幼。行使层和底层必要确定益RTE接口,并且从变通性方面考虑DEM(故障诊断事件管理)、DCM(故障诊断通信管理)、FIM(功能新闻管理)和CAN通讯预留接口,文章由行使层进走配置。

行使层柔件

柔件架构主要包括高矮压管理、充电管理、状态估算,平衡控制和故障管理等等。

1、高矮压管理

清淡平常上电时,会由VCU经历硬线或CAN信号的12V来唤醒BMS,待BMS完善自检及进入待机后VCU发送上高压指令,BMS控制闭相符继电器完善上高压。下电时VCU发送下高压指令后再断开唤醒12V。下电状态插枪充电时可经历CP或A 信号唤醒。

2、充电管理

(1)慢充

慢充是由交流充电桩(或220V电源)经历车载充电机将交流转化为直流给电池充电,充电桩规格清淡有16A、32A和64A,也可经历家用电源进走充电。可经历CC或CP信号唤醒BMS,但答保证充电终结后能平常睡眠。交流充电流程比较浅易,根据国标详细规定开发即可。

(2)快充

快充是由直流充电桩输出直流给电池充电,可实现1C甚至更高倍率充电,清淡45min可充进80%电量。经历充电桩的辅助电源A 信号唤醒,国标中快充流程比较复杂,同时存在2011和2015两个版本,而且充电桩生产厂家对于国标流程未清晰的技术细节理解迥异也给车辆充电适配性造成极大的挑衅,因此快充适配性是衡量BMS产品性能的一项关键指标。

3、估算功能

(1)SOP(StateOfPower)主要是经历温度和SOC查外得到现在电池的可用充放电功率,VCU根据发送的功率值决定现在整车如何操纵。必要兼顾考虑开释电池能力和对电池性能进走珍惜,比如在达到截止电压先进走片面功率节制,自然这会对整车驾驶感受产生肯定影响。

(2)SOH(StateOfHealth)主要外征现在电池的健康状态,为0-100%之间数值,清淡认为矮于80%以后电池便不能再用。能够用电池容量或内阻变化来外示,用容量时即经历电池运走过程数据估算出现在电池的实际容量,与额定容量的比值即为SOH。实在的SOH会挑高电池衰减时其他模块的估算精度。

(3)SOC(StateOfCharge)属于BMS中央控制算法,外征现在的盈余容量状态,主要经历安时积分法和EKF(扩展卡尔曼滤波)算法,并结相符修整策略(如开路电压修整,足够修整,充电着末修整,迥异温度及SOH下的容量修整等)。安时积分法在保证电流采集精度条件下比较郑重,但鲁棒性不强,原由存在偏差累计必须结相符修整策略,而EKF鲁棒性较强,但算法比较复杂,实现难度大。国内主流厂家清淡常温能够做到精度6%以内,在高矮温暖电池衰减时的估算是难点。

(4)SOE(StateOfEnergy)算法国内厂家现在开发的不众,或采用较为浅易的算法,查外得到现在状态下盈余能量与最大可用能量的比值。该功能主要用于盈余续航里程估算。

4、故障诊断

针对电池的迥异外现情况,区分为迥异的故障等级,并且在迥异故障等级情况下BMS和VCU都会采取迥异的处理措施,警告,限功率或直接堵截高压。故障包括数据采集及相符理性故障、电气故障(传感器和实走器)、通讯故障及电池状态故障等。

5、平衡控制

平衡功能是为了清除在电池操纵过程中产生的电池单体纷歧致性,根据木桶短板效答,充电和放电时都是性能最差的单体先达到截止条件,其他的单体还有一片面能力并未开释出来,造成电池铺张。

平衡包括主动平衡和被动平衡,主动平衡是能量从众的单体向少的单体迁移,不会造成能量亏损,但是组织复杂,成本较高,对于电器元件请求也较高,相对来说被动平衡组织浅易,成本也矮了很众,只是能量会以炎量的式样散发铺张失踪,清淡最大平衡电流在100mA旁边,现在国内很众厂家采用被动平衡也都能实现较益的平衡效率。

结语

BMS控制手段行为动力电池中央控制思维,直接影响动力电池的操纵寿命及电动汽车的坦然运走与整车性能。对续航具有宏大的影响,决定着新能源汽车的异日,做益电池管理编制,将极大的促进新能源汽车的发展。

【本文三大核心点】

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