新能源电动汽车锂电池管理系统结构介绍
1.1硬件架构
BMS硬件包含CPU、电源和采样IC、隔离变压器、CAN模块、EEPROM和RCT等,其核心是CPU。BMS硬件结构如图2所示,集中式、分布式是BMS硬件的拓扑结构。集中式把电子部件归纳在板块内,采样芯片由菊花链接主芯片通信,链路简单,成本低廉,缺点是稳定性不足。分布式由主板、从板组成,系统配置灵活,通道利用率高,适用于各类电池组,缺点是电池模组数量不足时造成通道浪费。
BMS的主控制器具备处理上报来的信息、综合判断电池运行情况、实现控制策略并处理故障信息功能。高压控制器具备收集上报总电压、电流,并为主板提供载荷情况(SOC)、健康状况(SOH)所需数据,实现预充电、绝缘两项检测功能。从控制器具备单体电池信息采集上报,拥有动平衡功能,可以保持电芯的动力输出一致性。采样控制线束具备同时在每一根电压采样线上添加冗余保险功能,可避免电池外部短路故障(图2)。
1.2底层软件
根据汽车开放系统结构(AUTO motive Open System Ar-chitecture,简称AUTOSAR),架构为了减少对硬件设备的依赖性,将BMS划分为诸多通用功能区块。能够对不同的硬件实现配置,并对应用层软件影响较小。其需要通过RET接口与应用层软件链接,介于故障诊断事件管理(DEM)、故障诊断通信管理(DCM)、功能信息管理(FIM)以及CAN通信预留接口等灵活性要求,应当从应用层进行配置。
1.3应用层软件
应用层涵盖了高低压管理、充电管理、状态估算、均衡控制以及故障管理等,如图3所示。
1)高低压管理主要是需要上电时,VCU通过硬线(CAN信号)的12V激发BMS,待后者完成自检后闭合继电器上高压;需要下电时,VCU下达指令断开12V信号,或者在充电时由CP(A+)信号激发。
2)充电管理中慢充流程较为简单,而快充需要在45min内完成冲入电量80%,要通过充电辅助电源A+信号激发,目前国标中对快充尚未完成统一,即存在2011和2015两个快充版本。
3)SOC是状态估算功能的核心控制算法,表示电池剩余容量,通过特定的安时积分法计算得出;SOH是判别电池的寿命状态及电池充满状态下的容量,一般低于80%的电池不得继续使用;SOP需要根据温度及SOC换算得出,能够在电池临界之前及时发出信号让电力系统限定部分功能;SOE算法是用来估算剩余续航里程的,当前开发得较为简单,因此新能源电动车续航里程常常不准确,俗称“空电”现象。
4)均衡控制的作用是均衡单体电池放电不一致,由于电路当中必将由于性能最差的单体电池的截止而截止,造成其余性能完备电池蓄存量的浪费。均衡控制分为主动和被动,其中主动控制将单体间能量进行转移,其结构复杂且成本较高,而被动控制除会浪费部分能量外,优势更为明显,目前备受厂家青睐。
5)故障诊断主要是根据数据采集、一般性故障、电气设备故障、通信故障和电池故障等情况,划分不同故障等级,并采取对应措施。
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