电动汽车电池管理模块设计

1、怎样使用电动车电池管理系统

二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。 电池管理系统（BMS）主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池管理系统的发展，也会增添其它的功能。工具/原料BSB-1XX 电动车电池管理系统=直流特性综合测试仪+内阻测试仪+自动监测报警仪电动车电池在线监测系统步骤/方法容量预测SOC：在充放电过程中在线实时监测电池容量，随时给出电池系统的剩余容量。过流、过压、温度保护：当电池系统出现过流、过压、匀压和温度超标时，能自动切断电池充放电回路，并通知管理系统发出示警信号。自动充电控制：当电池的荷电量不足45%时，根据当前电压，对充电电流提出要求，当达到或是超过70%的荷电量时停止充电。充电均衡：在充电过程中，通过调整单节电池充电电流方式，保证系统内所有电池的电池端电压在每一时刻有良好的一致性。自检报警：自动检测电池功能是否正常，及时对电池有效性进行判断，若发现系统中有电池失效或是将要失效或是与其它电池不一致性增大时，则通知管理系统发出示警信号。通讯功能：采用CAN总线的方式与整车管理系统进行通讯。参数设置：可以设置系统运行的各种参数。上位机管理系统：电池管理系统设计了相应的上位机机管理系统，可以通过串口读取实时数据，可实现BMS数据的监控、数据转储和电池性能分析等功能，数据可灵活接口监视器、充电机、警报器、变频器、功率开关、继电器开关等，并可与这些设备联动运行。注意事项一个大型电池阵列的物理尺寸和重量对其可用性和重量分配有实际意义。连续监视每节电池会产生大量数据。所以采取模组化也许是个不错的方法。在此方法中，电池管理任务被分成子集，在模组级放置一个局部处理器。模组化方法还为多种设计提供一个公共平台。随着模组数量增加，模组的最小尺寸将有可能由附加的连接件成本和复杂性决定。 将一个大的高压电池组连接到电子电路，会引发另一个极大的设计挑战。电池到电子电路的连接一般由很多单个连接器上的很多触点组成，因为数据采集电子电路在连接到电池时一般是未加电的，而且连接可能随机发生，所以电池管理系统必须可以进行热插拔。为防止受到浪涌电流的损坏，外部保护要慎重。随机触点的存在，要求跨每节电池输入的标准齐纳二极管将跨缺失输入自动分配安全电压。

2、电动汽车电池组管理系统的组成？

电动汽车的动力输出依靠电池，而电池管理系统BMS(Battery Management System)则是其中的核心，负责控制电池的充电和放电以及实现电池状态估算等功能。通常情况下，BMS主要包括硬件、底层软件和应用层软件三部分，下面就来给大家详细介绍一下。
硬件
1、功能
硬件的设计和具体选型要结合整车及电池系统的功能需求，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通讯及数据存储等要求。
2、架构
BMS硬件架构分为分布式和集中式：
(1)分布式包括主板和从板，可能一个电池模组配备一个从板，这样的设计缺点是如果电池模组的单体数量少于12个会造成采样通道浪费(一般采样芯片有12个通道)，或者2-3个从板采集所有电池模组，这种结构一块从板中具有多个采样芯片，优点是通道利用率较高，节省成本;
(2)集中式是将所有的电气部件集中到一块大的板子中，采样芯片通道利用最高且采样芯片与主芯片之间可以采用菊花链通讯，电路设计相对简单，产品成本大为降低，只是所有的采集线束都会连接到主板上，对BMS的安全性提出更大挑战，并且菊花链通讯稳定性方面也可能存在问题。
3、通讯方式
采样芯片和主芯片之间信息的传递有CAN通讯和菊花链通讯两种方式，其中CAN通讯最为稳定，但由于需要考虑电源芯片，隔离电路等成本较高，菊花链通讯实际上是SPI通讯，成本很低，稳定性方面相对较差，但是随着对成本控制压力越来越大，很多厂家都在向菊花链的方式转变，一般会采用2条甚至更多菊花链来增强通讯稳定性。
4、结构
BMS硬件包括电源IC、CPU、采样IC、高驱IC、其他IC部件、隔离变压器、RTC、EEPROM和CAN模块等。其中CPU是核心部件，一般用的是英飞凌的TC系列，不同型号功能有所差异，对于AUTOSAR架构的配置也不同。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均衡电路等。

底层软件
按照AUTOSAR架构划分成许多通用功能模块，减少对硬件的依赖，可以实现对不同硬件的配置，而应用层软件变化较小。应用层和底层需要确定好RTE接口，并且从灵活性方面考虑DEM(故障诊断事件管理)、DCM (故障诊断通信管理)、FIM(功能信息管理)和CAN通讯预留接口，由应用层进行配置。

3、图解宝马iX3的电池模组设计和制造

随着9月13日宝马iX3在国内首发亮相及公布预售价，BMW也发布了沈阳电池模组工厂和Pack工厂的信息，今天我们来看一看电池模组在设计、制造中一些有意思的地方。之前我也写过有关530Le?PHEV的工厂信息，那时候PHEV模组线也是全自动的，这次加建的是iX3 BEV模组线和面向大型的电动汽车电池Pack制造线。

图１ ＢＭＷ的iX3电池模组

Part 1：模组制造的过程

首先我们来节选一些工艺部份的内容，主要包括如下的过程：

图２ 模组的工艺概览

１）模组生产线实现100%自动化生产，从之前的蓝膜时代到现在都改为采用喷涂工艺、加装绝缘隔膜等多种方式确保电芯之间彼此绝缘；

图３ 喷涂好的电芯

２）白色的部分，是通过两条黑色胶带粘住的，考虑到NCM811的特性，这里是否采用隔热材料还不确定，有可能采用了气凝胶。

图４ 白色的部分电芯之间的隔离材料

３）生产线上运用了等离子清洁、智能光学检查等技术，这些基本和之前PHEV产线的工艺要求是一致的

图５ 电芯的离子清洗和光学检查

４）翻转机构焊接：焊接采用了翻转的机构，这里看不到模组。

图６ 焊接的工艺

５）电芯堆叠：这里和端板相接的部分采用白色的隔离材料，电芯之间采用了黄色的隔离材料；每两个电芯使用一片黄色的隔离材料，背对背的电芯之间只有两条黑色的胶带进行粘接。

图７ 隔离材料

６）母线排跟之前一样是与CCS隔离板一体化的，由于没有看到采样线的设计，可能也是埋进去了。

图８ CCS隔离板和PCB板

７）CCS和模组紧固部分是按照下图的工艺实现的，这个可能要实物看一下具体的正面才能下判断。

图９ CCS和模组的紧固

Part 2: 对于模组的一些讨论

这个120Ah的电芯，还是有很多地方很有意思的，最早看到这个电芯是在三星SDI的展台上。

１）采样线设计

这个从Busbar上一路延伸过去的采样线的设计挺有意思，分成四段，汇总到中间的PCB上面，然后通过中间的连接器输出。

图10 模组的采样线设计

２）NCM811的防护

由于电芯热失控以后，整个冲击的气体和火焰都是往泄压阀往上走，这个模组的上盖似乎没有设计特殊的结构，泄压出来的气体直接往上走。在之前X1 PHEV的设计中采用了云母片的防护，这个我们在之后的Pack结构上再来做讨论。

图11 iX3的模组层面没有做过多的特殊防护

小结：宝马在中国是全面切换到NCM811体系的企业，不管是新X1、530Le的新款还是这个iX3的电池系统，当然电芯的容量范围还在51－120Ah，电芯的厚度做了严格的限制，胖电芯和瘦电芯在针刺的过程中效果可能不太一样，不过到底行不行也要看上了量之后的表现。

图｜网络及相关截图

作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

4、蓄电池管理系统基本结构组成？

电池管理系统

电池管理系统（BATTERYMANAGEMENTSYSTEM），电动汽车电池管理系统（BMS）是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。

二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统（BMS）主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池管理系统的发展，也会增添其它的功能。

电池管理系统构成及原理：

电池管理系统（BMS），即BatteryManagementSystem，通过检测动力电池组中各单体电池的状态来确定整个电池系统的状态，并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施，实现对动力电池系统及各单体的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。

典型电池管理系统拓扑图结构主要分为主控模块和从控模块两大块。具体来说，由中央处理单元（主控模块）、数据采集模块、数据检测模块、显示单元模块、控制部件（熔断装置、继电器）等构成。一般通过采用内部CAN总线技术实现模块之间的数据信息通讯。

基于各个模块的功能，BMS能实时检测动力电池的电压、电流、温度等参数，实现对动力电池进行热管理、均衡管理、高压及绝缘检测等，并且能够计算动力电池剩余容量、充放电功率以及SOC&SOH状态。

电池管理系统的组成及工作原理

怎样构成电池管理系统

为一个新的和基于电池的电源系统设计监视器电路，那么你会采取什么策略来优化该设计的成本和可制造性呢？最初考虑的问题将是确定系统的首选结构以及电池和有关电子组件的位置。基本结构清楚以后，接下来必须考虑的一个问题是，电路拓扑的权衡协调问题，例如，怎样优化最终产品的通信和互连。

电池的外形尺寸将对电源系统结构有重大影响。要使用大量小型电池以适合形状复杂的电池模块（或电池组）吗？或者要使用外形尺寸很大的电池，因而由于重量问题而导致对电池数量的限制或引起其他的尺寸限制？这也许是设计变数最大的部分，因为外形新颖的电池不断上市，而且人们也在不断努力，务求电池模块或电池组集成到产品中后，会与整个产品概念更加一致。例如，在汽车设计情况下，电池最终也许分散在车辆上的某些空间中，这些空间如果不放电池，利用效率很低。

另一个考虑因素是，电池（或模块化电池组）、电池管理系统（或其子系统）以及最终应用接口之间的测试信号和/或遥测信号的互连。在大多数情况下，可以做一个外壳，用来集成电池模块或电池组中的某些数据采集电路，以便如果需要调换，那么生产ID、校准、使用规格等重要信息能随着可替换组件带走。这类信息对电池管理系统（BMS）或维修设备可能有用，而且最大限度地减少了线束中所需的高压额定值导线的数量。

5、电动汽车的电池能量管理系统一般有哪些功能？

电动汽车电池管理系统（BMS）是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。

EMS能量管理系统是现代电网调度自动化系统(含硬、软件）总称。其主要功能由基础功能和应用功能两个部分组成。基础功能包括计算机、操作系统和EMS支撑系统。应用功能包括数据采集与监视(SCADA）、自动发电控制(AGC）与计划、网络应用分析三部分组成。

纯电动汽车有以下优点：

1、零排放。纯电动汽车使用电能，在行驶中无废气排出，不污染环境。

2、电动汽车比汽油机驱动汽车的能源利用率要高。

3、因使用单一的电能源，省去了发动机、变速器、油箱、冷却和排气系统，所以结构较简单。

4、噪声小。

5、可在用电低峰时进行汽车充电，可以平抑电网的峰谷差，使发电设备得到充分利用。

6、电动汽车电池管理系统是什么？有什么作用？

BMS电池管理系统，主要是启到保护电池的作用，对电池的充放电进管理。

车用钠硫电池暂时只有试验品。

1、燃料电池也有许多的分类，用在车上的有氢燃料电池、高温燃料电池、直接甲醇燃料电池、甲醇重整制氢燃料电池、金属燃料电池等等。

2、目前氢燃料电池是乘用车领域的主流，代表厂商有丰田、现代，最大的特点的可以达到全生命周期无污染（从原材料制造开始到最后回收）。

7、电动汽车电池管理系统适合什么单片机

基于单片机的动力电池管理系统的硬件设计时间：2010-05-04 11:10:19 来源：电子技术应用 作者：李练兵 梁 浩 刘炳山 电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车。目前主要有纯电动汽车、混合电动车和燃料电池汽车3种类型。电动汽车目前常用的动力来自于铅酸电池、锂电池、镍氢电池等。 锂电池具有高电池单体电压、高比能量和高能量密度，是当前比能量最高的电池。但正是因为锂电池的能量密度比较高，当发生误用或滥用时，将会引起安全事故。而电池管理系统能够解决这一问题。当电池处在充电过压或者是放电欠压的情况下，管理系统能够自动切断充放电回路，其电量均衡的功能能够保证单节电池的压差维持在一个很小的范围内。此外，还具有过温、过流、剩余电量估测等功能。本文所设计的就是一种基于单片机的电池管理系统[1]。1 电池管理系统硬件构成 针对系统的硬件电路，可分为MCU模块、检测模块、均衡模块。1.1 MCU模块 MCU是系统控制的核心。本文采用的MCU是M68HC08系列的GZ16型号的单片机。该系列所有的MCU均采用增强型M68HC08中央处理器(CP08)。该单片机具有以下特性： (1)8 MHz内部总线频率；(2)16 KB的内置Flash存储器；(3)2个16位定时器接口模块；(4)支持1 MHz～8 MHz晶振的时钟发生器；(5)增强型串行通信接口(ESCI)模块。1.2 检测模块 检测模块中将对电压检测、电流检测和温度检测模块分别进行介绍。1.2.1 电压检测模块 本系统中，单片机将对电池组的整体电压和单节电压进行检测。对于电池组整体电压的检测有2种方法：(1)采用专用的电压检测模块，如霍尔电压传感器；(2)采用精密电阻构建电阻分压电路。采用专用的电压检测模块成本较高，而且还需要特定的电源，过程比较复杂。所以采用分压的电路进行检测。10串锰酸锂电池组电压变化的范围是28 V～42 V。采用3.9 M?赘和300 k?赘的电阻进行分压，采集出来的电压信号的变化范围是2 V～3 V，所对应的AD转换结果为409和614。 对于单体电池的检测，主要采用飞电容技术。飞电容技术的原理图如图1所示[2]，为电池组后4节的保护电路图，通过四通道的开关阵列可以将后4节电池的任意1节电池的电压采集到单片机中，单片机输出驱动信号，控制MOS管的导通和关断，从而对电池组的充电放电起到保护作用。 如图1所示，为电池组后4节的保护电路图，通过四通道的开关阵列可以将后4节电池的任意1节电池的电压采集到单片机中，单片机输出驱动信号，控制MOS管的导通和关断，从而对电池组的充电放电起到保护作用。 以上6节电池可以用2个三通道开关切换阵列来实现。MAX309为1片4选1、双通道的多路开关，通过选址实现通道的选择。开关S5、S6、S7负责将电池的正极连接至飞电容的正极。开关S2、S3、S4负责将电池负极连接至飞电容的负极。三通道开关切换阵列结构与四通道开关切换阵列类似，只是通道数少1路。工作时，单片机发出通道选址信号，让其中1路电池的正负极与电容连接，对电容进行充电，然后断开通道开关，接通跟随放大器的开关，单片机对电容的电压进行快速检测，由此完成了对1节电池的电压检测。若发现检测电压小于2.8 V，则可推断出电池可能发生短路、过放或保护系统到电池的检测线断路，单片机将马上发出信号切断主回路MOS管。重复上述过程，单片机即完成对本模块所管理的电池的检测。1.2.2 电流采样电路 电流采样时，电池管理系统中的参数是电池过流保护的重要依据。本系统中电流采样电路如图2所示。当电池放电时，用康铜丝对电流信号进行检测，将检测到的电压信号经过差模放大器的放大，变为0～5 V的电压信号送至单片机。如果放电的电流过大，单片机检测到的电压信号比较大，就会驱动三极管动作，改变MOS管栅极电压，关断放电的回路。比如，对于36 V的锰酸锂电池来说，设定其保护电流是60 A。康铜丝的电阻是5 mΩ左右。当电流达到60 A时，康铜丝的电压达300 mV左右。为提高精度，将电压通过放大器放大10倍送至单片机检测。1.2.3 温度检测 电池组在充、放电过程中，一部分能量以热量形式被释放出来， 这部分热量不及时排除会引起电池组过热。如果单个镍氢电池温度超过55℃，电池特性就会变质，电池组充、放电平衡就会被打破，继而导致电池组永久性损坏或爆炸。为防止以上情况发生，需要对电池组温度进行实时监测并进行散热处理。采用热敏电阻作为温度传感器进行温度采样。热敏电阻是一种热敏性半导体电阻器，其电阻值随着温度的升高而下降。电阻温度特性可以近似地用下式来表示：1.3 均衡模块 电池组常用的均衡方法有分流法、飞速电容均衡充电法、电感能量传递方法等。在本系统中，需要较多的I/O口驱动开关管，而单片机的I/O口有限，所以采取整充转单充的充电均衡方法。原理图如图3所示。Q4是控制电池组整充的开关，Q2、Q3、Q5是控制单节电池充电的开关。以10节锰酸锂电池组为例，变压器主线圈两端电压为42 V，副线圈电压为电池的额定电压4.2 V。刚开始Q4导通，Q2、Q3、Q5截止，单节电池的电压不断升高，当检测到某一节电池的电压达到额定电压4.2 V以后，电压检测芯片发出驱动信号，关闭Q4，打开Q2、Q3、Q5，整个系统进入单充阶段，未充满的电池继续充电，以达到额定电压的电池保持额定电压不变。经测试，电压差值不会超过50 mV。 2 SOC电量检测 在锂离子电池管理系统中，常用的SOC计算方法有开路电压法、库伦计算法、阻抗测量法、综合查表法[3]。 (1)开路电压法是最简单的测量方法，主要根据电池开路电压的大小判断SOC的大小。由电池的工作特性可知，电池的开路电压与电池的剩余容量存在着一定的对应关系。 (2)库仑计算法是通过测量电池的充电和放电电流，将电流值与时间值的乘积进行积分后计算得到电池充进的电量和放出的电量，并以此来估计SOC的值。 (3)阻抗测量法是利用电池的内阻和荷电状态SOC之间一定的线性关系，通过测出电池的电压、电流参数计算出电池的内阻，从而得到SOC的估计值。 (4)综合查表法中电池的剩余容量SOC与电池的电压、电流、温度等参数是密切相关的。通过设置一个相关表，输入电压、电流、温度等参数就可以查询得到电池的剩余容量值。 在本设计中，从电路的集成度、成本、所选MCU的性能方面考虑，采用了软件编程的方法。综合几种方法，采用库伦计算法比较合适。 (1)用C表示锂电池组从42 V降到32 V时放出的总的电量。 (2)用η表示电流i经过时间t后，放出的电量与C的比值。 其中CRM为剩余电量。令ΔCi=i×Δt，表示?驻t时间内电池组以i放电的放电量；或者是以i充电的充电量，剩余电量实际上是对ΔCi的计算以及累加。设定合适的采样时间Δt，测定当前的电流值，然后计算乘积，得到Δt时间内剩余容量CRM的变化量，从而不断更新CRM的值，即可实现SOC电量的检测。3 试验结果 通过电池管理系统对锰酸锂电池组进行充放电测试。图4(a)为锂电池组放电测试图，放电电流为8 A，当电池组电压降至32 V时，放电MOS管关断。图4(b)为充电的测试图。充电结束4小时后，均衡完成。 本文的电池管理系统以M68HC08GZ16为核心，实现了对电池组单体电压、电流、温度信号的采集。充电电量平衡以后，单体电池的电压差值不超过50 mV。整体系统运行性能良好，能够满足电动车动力电池组应用需要。