奥运电池管理系统使用手册v.docx
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奥运电池管理系统使用手册v
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1BMS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/T18384.1~18384.3-2001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：
Ø温度高
Ø温度传感器丢失
Ø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）；
✧电池管理测控模块的参数设置和数据读取；
✧检测电池管理系统是否正常和电压测量精度；
✧显示功能；
✧为电池管理检测模块提供电源。
手动检测模块硬件框图如下：
✧电源：
采用6节电池供电，利用LM2576变换得到CPU电源；
✧CPU采用MC9S12A64CPV；
✧能使用校准板校准；
✧能利用手持设备写入参数。
（2）运行模式：
为了保证车辆的高效运行，北京奥运用电动汽车用电池采用快速更换的运行模式，这样BMS在不同的场合具有不同的工作模式。
1、车辆运行模式
车辆运行模式下电池管理系统的结构参见图4。
BMS（中央控制模块）通过CAN1总线将实时的必要的电池状态告知整车控制器以及电机控制器等设备，以便采用更加合理的控制策略，既能有效的完成运营任务，又能延长电池使用寿命。
同时，电池管理系统（中央控制模块）通过高速CAN2将电池组的详细信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和故障报警等功能，为电池的维护和更换提供依据。
图4车辆运行模式下的电池管理系统拓扑
2、应急整车充电模式
处于应急性整车充电模式下的BMS拓扑结构参见图5。
应急充电模式下，车辆上的电池不卸载到地面。
充电机的充电线直接插在电动车的充电插头上进行充电。
此时的车载高速CAN2加入充电机节点，其余不变。
充电机通过高速CAN2了解电池的实时状态，调整充电策略，实现安全充电。
3、分箱充电模式
快换模式采用分箱充电，电池管理系统结构图参见图6。
由于在日常补充充电模式下，从整车卸载下来的只有电池箱以及电池箱内的电池测控模块，而中央控制器仍在车上，这样充电的时候，中央控制模块的电流检测功能、SOC估测功能以及和充电机之间的CAN通讯能力已经没有了，与充电机通讯的是电池管理系统的各个电池测控模块，所以采用RS-485总线结构，电池管理的测控模块实时地将该箱电池的各单体电压、温度和故障等信息告知充电机，实现安全优化充电。
图5应急充电模式下电池管理系统结构图
图6分箱充电模式下的系统结构
3系统功能
为了实现车辆的有效和高效运行以及电池的长寿命，BMS具备如下功能：
Ø单体电池电压的检测；
Ø电池温度的检测；
Ø电池组工作电流的检测；
Ø绝缘电阻检测；
Ø冷却风机控制；
Ø充放电次数记录；
Ø电池组SOC的估测；
Ø电池故障分析与在线报警；
Ø各箱电池离散性评价；
Ø与车载设备通信，为整车控制提供必要的电池数据CAN1；
Ø与车载监控设备通讯，将电池信息送面板显示CAN2；
Ø与充电机通讯，安全实现电池的充电RS-485；
Ø便携式设备实现电池管理系统的初始化、故障诊断和定位等功能
Ø人性化的PC机监控界面，实现数据的分析和数据库管理。
4技术指标
☞电压检测误差：
≤0.5%
☞温度测量误差：
≤±1℃（-40--125℃）
☞电流测量精度：
≤0.5%（-300A—300A）
☞SOC测量误差:
：
≤8%
☞工作温度：
-25-75℃
5电池管理系统的机械尺寸
BMS的中央控制器和检测模块的外形和机械尺寸一致，基本参数如下：
（1）外形尺寸：
300*200*45（单位：
mm）
（2）固定孔尺寸：
220*187（单位：
mm）
（3）安装位置：
BMS检测模块安装位置：
电池箱前面板。
BMS中央控制器安装位置：
车辆尾部高压仓内。
主板尺寸
从板尺寸
6安装操作
每套电池管理系统由一台中央控制模块（或称主机）和10个电池检测模块（或称从机）组成。
（1）中央控制模块
中央控制模块的配线参见图7。
图7中央控制模块配线原理
1）插头定义
可见，电池管理系统主机与整车共有4个连插头，接口形式和定义分别如下：
插头1：
插头2：
插头3：
插头4：
2）电池管理系统主机布线要求
Ø电池总正、总负、分流器正、分流器负以及24V电源线应采用1mm2高温导线连接。
Ø485通信线应采用双绞屏蔽线连接。
ØCAN1和CAN2通信线应采用双绞屏蔽线连接。
Ø电源线及通信线应尽量远离强电部分，以减少干扰。
Ø车辆生产厂家应负责所有配线工作直到和电池管理连接的插头处，由电池管理厂家负责插头到电池管理的连接。
Ø电流检测用分流器由电池管理厂家提供，由车辆生产商负责安装。
Ø24V+采用红色，24V-采用黑色，所有通信线的正负应用不同颜色区分。
（2）电池检测模块
电池箱面板电池检测模块布局参见图8。
图8电池箱面板电池检测模块布局图
管理系统、电池箱号、电池号的对应关系
管理系统编号
电池箱号
电池号
管理系统编号
电池箱号
电池号
1
1
1—8
2
2
9—16
3
3
17—24
4
4
25—32
5
5
33—40
6
6
41—56
7
7
57—72
8
8
73—88
9
9
89—96
10
10
97—104
图9电池箱正面视图
图10电池箱俯视图
图11小电池箱管理系统与端子排连接图
图12大电池箱管理系统与端子排的连接
图13小电池箱采集和安普线与端子排的连接
图14大电池箱采集和安普线与端子排的连接
图15小电池箱俯视图（带电池）
图16大电池箱俯视图（带电池）
小电池箱采集线与电池的连接示意表
采集和安普线号
8-A1
8-A2
8-A3
8-A4
8-A5
电池极柱号
极柱1
极柱3
极柱5
极柱7
极柱8
采集和安普线号
8-A6
8-A7
8-A8
8-A9
8-A10
电池极柱号
极柱9
极柱10
极柱12
极柱14
极柱16
大电池箱采集线与电池的连接示意表
采集和安普线号
16-A1
16-A2
16-A3
16-A4
16-A5
电池极柱号
极柱1
极柱3
极柱5
极柱7
极柱9
采集和安普线号
16-A6
16-A7
16-A8
16-A9
16-A10
电池极柱号
极柱11
极柱13
极柱14
极柱16
极柱17
采集和安普线号
16-A11
16-A12
16-A13
16-A14
16-A15
电池极柱号
极柱19
极柱20
极柱22
极柱24
极柱26
采集和安普线号
16-A16
16-A17
16-A18
电池极柱号
极柱28
极柱30
极柱32
2）手动检测安普插头定义
大箱（16节电池），21芯安普插头定义
1点：
16-B12点：
16-B23点：
16-B34点：
16-B45点：
16-B5
6点：
16-B67点：
16-B78点：
16-B89点：
16-B910点：
16-B10
11点：
16-B1112点：
16-B1213点：
16-B1314点：
16-B1415点：
16-B15
16点：
16-B1617点：
16-B1718点：
16-B1819点：
20点：
CANH
21点：
CANL
小箱（8节电池），21芯安普插头定义
1点：
8-B12点：
8-B23点：
8-B34点：
8-B45点：
8-B5
6点：
8-B67点：
8-B78点：
8-B89点：
8-B910点：
8-B10
11点：
12点：
13点：
14点：
15点：
16点：
17点：
18点：
19点：
20点：
CANH
21点：
CANL
3）温度传感器安装数量和位置
Ø电池的总正、总负接插件处处安装2个温度传感器（对应编号1和6）；
Ø在电池的中部电池极柱上安装2个温度传感器（对应编号2和5）。
Ø进风口和出风口安装2个温度传感器（对应编号3和4）；
每个电池箱总共6个。
4）风扇连接图
每箱电池的风扇采用如图12所示的并行连接方式。
图12风扇接线图
5）电池管理系统从机布线要求
Ø电压检测线
采用1mm2高温导线，由电池箱组装单位负责连接线到端子排之间的连接线，由电池管理生产单位负责电池管理和端子排的连接线。
Ø温度检测线
由电池管理生产单位提供温度传感器及连接线，由电池箱组装单位负责温度传感器安装和到端子排的配线工作。
温度线屏蔽层应接车身。
Ø电源线
24V电源线采用1mm2高温导线，正线用红色、负线用黑色，由电池箱组装单位负责连接线到端子排之间的连接线。
Ø485通信线
采用0.3mm2以上两芯屏蔽双绞线，通信线屏蔽层应接车身。
Ø风扇控制
采用1mm2高温导线，由电池箱组装单位负责连接线到端子排之间的连接线，由电池管理生产单位负责电池管理和端子排的连接。
7电池管理故障报警阀值
Ø设置主板参数
1、设置不均衡阀值：
温度阀值：
5oC
电压阀值：
0.1V
2、设置严重故障阀值：
温度阀值：
50oC
电压阀值上限：
4.25V（冬）或4.23V（夏）
电压阀值下限：
3.3V
3、设置最高电压（充电）：
电压阀值：
4.25V（冬）或4.23V（夏）
4、设置不匹配参数：
电压阀值：
0.5V
5、设置总电压阀值：
电压上限阀值：
437V
电压下限阀值：
347V
6、设置总电流阀值：
最大充电电流：
150A
最大放电电流：
300A
Ø设置从板参数
1、设置风机温度：
开风机温度阀值：
40oC
关风机温度阀值：
30oC
参数说明
Ø设置主板参数
1、设置不均衡阀值：
电压阀值---当某节电池的电压与整组电池的平均电压相差大于此值时，管理系统报警
温度阀值---当某个温度点的温度与所有温度的平均值相差大于此值时，管理系统报警
2、设置严重故障阀值：
温度阀值---当某个温度点的温度高于此值时，管理系统报警
电压阀值上限---当某节电池的电压高于此值时，管理系统报警
电压阀值上限---当某节电池的电压低于此值时，管理系统报警
3、设置最高电压（充电）：
电压阀值---电池管理与充电机配合充电时，单体电压控制的上限值
4、设置不匹配参数：
电压阀值---电池管理系统的箱与箱平均电压相差超过此值时，管理系统报警
5、设置总电压阀值：
电压上限阀值---电池组总电压高于此值时，管理系统报警
电压上限阀值---电池组总电压低于此值时，管理系统报警
6、设置总电流阀值：
最大充电电流---电池管理系统测量的反向电流值高于此值时，管理系统报警
最大放电电流---电池管理系统测量的正向电流值高于此值时，管理系统报警
Ø设置从板参数
1、设置风机温度：
开风机温度阀值---电池管理系统从机测量的温度超过此值时，管理系统打开风扇
关风机温度阀值---电池管理系统从机测量的温度低于此值时，管理系统关闭风扇
车载烟尘报警器
在车辆行驶过程中由于路况复杂及电池本身的工艺问题,电池可能由于过热、挤压和碰撞等原因而导致电池出现冒烟或着火等极端恶劣的事故发生，若不能及时发现并得到有效的处理，势必导致事故的进一步扩大，给周围电池、车辆以及车上人员构成威胁，严重的影响到车辆运行的安全性。
为防患于未然,在每个电池箱和车辆后仓内安装烟尘检测装置是必要的。
1系统特点
烟尘报警器具有如下特点：
☞低功耗设计；
☞光电式结构；
☞故障声光报警和定位；
☞高灵敏度；
☞采用与车辆电源兼容的24V报警信号输出；
☞独立式电源设计；
☞24小时不间断报警功能。
2系统原理
烟尘报警系统由烟尘报警器和控制器两部分组成。
其中烟尘报警器分散安装于各电池箱及车后舱内用于烟尘检测,发出报警信号。
控制器安装于司机控制台左侧,保证司机能够及时发现，能接收报报警器发出的警信号，在接收到报警信号时迅速发出声光报警和故障定位。
报警器采用9V碱性或碳性电池供电,保证其在24小时都在正常工作。
报警信号采用车上24V蓄电池电源,该路电源单独供应,保证了报警系统工作的独立性。
分散的报警器通过内部的烟尘传感器检测烟尘浓度，输出形式为继电器触点。
继电器公共节点接+24V电源,当烟尘浓度未达到限量时，报警器内部控制器控制继电器输出为开路；当烟尘浓度超过限量时，报警器内部控制器控制继电器输出为短路,接将+24V电源迅速引入显示板,与显示板上的-24V电源形成报警回路,发出声光报警信号。
显示板上共有12个报警信号,分别编号为1-12。
每个报警信号与一个电池箱对应，可以准确的定位到每一个电池箱，其与电池箱的具体对应关系如图1所示。
报警信号1-10分别和1#-10#电池箱对应,报警信号11,12对应后舱。
若某一电池箱内有烟尘报警信号,显示板上相对应的报警灯会发出红色报警光,并有蜂鸣报警声,说明对应电池箱内有烟尘产生。
图1报警信号序号与电池箱的具体位置的对应关系
3系统结构
烟尘报警器的系统结构参见图2。
图2车载烟尘报警系统的结构
4接线说明
（1）烟尘报警器线束
烟尘报警器采用防水和防托扣接插件连接，接插件及其线号的定义参见图3。
为了便于区分，报警信号线采用不同颜色以及线号F1-F12进行辨识。
图3报警器线束插头定义
（2）控制器线束
控制器的线束包括电源（2条）、报警电源（2条）和报警信号线（12条），接插件及其线号定义参见图4-6。
接插件具有脱扣和防反插设计。
图4电源接插件及线束定义图5报警电源接插件及线束定义
图6报警信号线及其线束定义
5机械尺寸
（1）报警器参数机械尺寸参见图7（单位:
mm）
图7报警器外形及尺寸
（2）控制器面板和机械尺寸图参见图8
图8控制器面板和机械尺寸图
6技术参数
☞供电电源:
9V碱性或碳性电池；
☞工作电流:
静态电流<10uA；
报警电流5-10mA（单个报警器）；
☞报警输出信号电压:
24±6VDC；
☞报警信号电流:
2-3mA；
☞使用温度范围:
-20℃～60℃；
☞相对湿度：
<90%
☞
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