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奥运电池管理系统使用手册
电池管理系统(BMS)对整车的安全运行、整车控制策略的选择、充电模式的选择以及运营成本都有很大的影响。电池管理系统无论在车辆运行过程中还是在充电过程中都要可靠的完成电池状态的实时监控和故障诊断,并通过总线的方式告知车辆集成控制器或充电机,以便采用更加合理的控制策略,达到有效且高效使用电池的目的。
1系统特点
经过近十年的不懈研究和实际装车运行,在和电池厂家密切合作、充分获取电池测试数据、大量的运行数据的分析和装车实践的基础上,BMS在结构、功能和性能方面都进行了大胆的改进、优化和创新,具备如下主要特点:
(1)完善的系统功能
BMS具备电池状态的实时监控、数据处理、故障分析和定位、SOC估算、数据传输、热管理、充放电控制、PC机在线监控、运行数据存储、数据转储和数据库管理等强大的功能。
(2) 检测精度高
电压检测方面,BMS采用浮地的电压检测结构和采用专用双积分ATD芯片,充分考虑充电时电网的交流纹波影响,有效地解决了共地的问题,避免了累积误差,使得电压检测的精度达到0.5%;
温度检测方面,在保证温度误差在±0.5℃的范围内的前提下还充分考虑温度传感器的可扩展性;
电流检测方面,采用全范围、等精度的传感器和高精度专用集成芯片,满足电流检测和能量累积的需要,使得电流检测的精度达到0.5%。
(3)接口简单
为了便于用户使用,BMS在保证上述功能的同时,对外输出接口进行了简化,对外连接只包括电源线和通讯线。
(4)齐备的辅助设备
为了简化用户的操作和增强系统的直观性,电池管理系统设计了便携式故障诊断和数据转储仪,实现了故障的诊断和定位,大大增强了现场解决电池故障的能力。
(5)人性化的PC机监控界面
BMS设计了相应的PC机监控界面,可实现BMS数据的在线监控、数据转储、数据库管理和数据分析和电池性能分析等功能。
(6)高安全性、可靠性和稳定性
系统采用大规模集成电路、滤波、高等级隔离、数据冗余等先进技术,结合实际的示范运行经验,保证了系统的安全性、可靠性和稳定性。
(7)工程化设计
为了满足车辆的恶劣运行环境的需求,BMS采用防水防尘设计,从元器件选型、芯片直销厂家调研、样品测试、系统高低温循环老化、电路板测试、产品出厂检验、现场测试等方面进行严格把关和记录机制,保证了产品的质量,专业的配线和后期维护团队,保证了车辆的高效运行。
(8)完善的系统自检功能
BMS设置了强大的系统自检功能,系统上电后对电压、温度、通讯、时钟、存储器等部件进行检测,保证系统自身的工作正常。
(9)在线故障诊断和定位
BMS设计了在线故障诊断和定位的功能,能有效地分析出设备自身和传感器的故障类型和故障的位置,大大缩短了系统的检测和维护时间。
(10)强大的通讯功能设计
4路通讯总线设计,包括2路符合CAN2.0B协议的CAN总线、1路RS-485总线和1路RS-232通讯线,满足不同设备的数据提取功能。车辆运行过程中,BMS能将车辆运行必须的数据送整车控制器,也难将电池的详细数据送司机组合仪表进行显示。电池充电的过程中,BMS能实现和充电机之间的通讯,使得充电机能充分的了解电池的当前状态,保证了充电的安全。
(11)直观的状态指示灯设计
BMS在每个检测模块和中央控制模块面板分别设置了电压、温度、通讯以及充放电控制和电流和通讯指示灯,可以直观方便的了解电池的工作状态。
2系统结构与原理
针对2008北京奥运用电动大客车的设计理念,BMS系统采用图1所示的集散式系统结构。
图1 BMS的系统结构
(1) 系统原理
① 电池管理系统中央控制模块硬件结构框图参见图2。
图2 电池管理系统中央控制模块
电源变换:利用车上的24V供电,通过电源变换器得到3路隔离电源,输出电压均为5V。
指示灯:包括电源指示灯(6个)和运行状态指示灯(10个),其中电流、RS—485、CAN1、CAN2四个引出的灯定义如下表:
名称
作用
状态
电流是否工作正常
正常时常亮,复位的时候闪烁一次
RS--485是否工作正常
通讯时闪烁
CAN1是否工作正常
通讯时闪烁
CAN2是否工作正常
通讯时闪烁
看门狗:采用硬件看门狗MAX706ESA。
存储器:包括FM24C16(2K字节)和AT45DB041(512K字节),其中FM24C16记录系统参数,AT45DB041记录运行数据。
系统时钟:用于提供系统记录数据的发生时间,也可用于自放电的处理。
绝缘检测:检测动力电池与车底盘之间的绝缘电阻,并按照国家电动汽车GS/T 18384.1~ 18384. 3-2001相关标准对绝缘进行分级,分级编号、标准和建议参见下表。
故障级别
绝缘电阻
建议
0
>500Ω/V
正常
1
介于100Ω/V与500Ω/V之间
到站后及时维护
电流SOC:通过分流器(300A/75mV)进行电流采样,完成电流的测量和AH累计。
CAN1:用于与车辆控制器之间通讯,将电池的重要参数(协议参见纯电动汽车电池管理系统网络协议及接口标准,北京理工大学起草,2006年6月)传送至集成控制器,优化驾驶。
CAN2:用于将各单体电池的电压、温度等数据(协议参见纯电动汽车电池管理系统网络协议及接口标准,北京理工大学起草,2006年6月)传送到组合仪表显示。
RS—485:主控模块和测控模块之间的通讯接口。
RS—232:用于与手持或PC上位机连接,进行数据监控或用户程序下载。
② 电池管理系统的电池检测模块的结构框图参参见图3。
电源变换:利用车上的24V供电,通过电源变换器得到3路隔离电源,输出电压均为5V。
指示灯:包括电源指示灯(4个)和运行状态指示灯(7个),其中引出到外部的充电指示灯、电压检测灯、温度检测灯、通讯灯等定义参见下表。
图3 电池管理系统电池检测模块
名称
作用
状态
3色灯
充电指示灯
正常充电时为黄色
充电正常结束绿色
故障状态为红色
电压检测灯
正常时候每检测完一节电压闪烁一次
电压错,但是MAX111正常常亮
MAX111故障时灭
温度检测灯
正常时候每检测完一个温度候闪烁一次
故障时灭
通讯灯
通讯时闪烁
看门狗:采用硬件看门狗MAX706ESA。
存储器:FM24C16(2K字节),用于记录系统参数。
温度检测:每个模块放置6个温度传感器(型号DS18B20),系统具备温度传感器查询、温度传感器丢失、温度传感器不能读回数据、温度超高等检测功能。温度传感器不能正常工作的时候,需要分类并反映到故障字节和指示灯。
电压检测:设置电压检测通道数为17路。由于加装保险,为了排除保险对测量误差的影响,需要在保险前后分别引线,所以8节电池共有10条导线,16节电池有18条导线。保险位置,8节电池的在4、5节电池之间;16节电池在8、9节电池之间。电压检测具备区分MAx111损坏、电压极性、电压溢出、断线能力。
RS—485:主控模块和测控模块之间的通讯接口。
风扇控制:风扇参数:0.12A/个,6个并联。以下几种状态启动风扇:
?温度高
?温度传感器丢失
?温度不能正常读出
③ 手动检测模块:
手动检测的主要功能是在没有24V的时候,对电池管理系统检测模块进行初始化和功能检测。
手动检测模块的主要功能包括:
?单箱电池电压的采集(按照17路设计