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新能源汽車電池管理系統(BMS)中感測器技術應用

2022.2.22 最新消息

Part 1

《基於ISO26262的汽車電子功能安全:方法與應用》從開發方法和應用指南兩個部分對汽車電子的功能安全進行介紹,提供了從系統工程的角度整體地對汽車電子功能安全進行開發的方法,方便讀者理解功能安全開發過程中所遇到的問題。本書還介紹了軟體發展的形式化方法和一種高可靠性的軟體發展功能安全驗證方法。本書第二部分的應用指南,結合實現開發應用中的案例,對ISO26262標準的理解和應用進行了具體的分析。《基於ISO26262的汽車電子功能安全:方法與應用》共14 章,包括緒論、整體安全管理方法、概念階段、系統級開發、硬體級開發、軟體級開發、系統集成、形式化方法、故障容錯系統開發、ASIL等級分解、汽車油量估測與顯示系統(FLEDS)功能安全的開發與分析、ISO 26262 功能安全認證案例、形式化方法在發動機管理系統建模中的應用、基於ASIL等級的電子節氣門控制系統(ETC)軟體發展。
 

正文

車載蓄電池作為新能源電動汽車的核心,直接關係到車輛壽命、行駛里程、車輛經濟性、安全性,這一切又取決於電池管理系統的性能。而電池管理系統監控的準確性、執行動作可靠性則依賴各類感測器,故對於感測器技術的研究與分析尤為必要。

 

一、新能源電動汽車電池管理系統

電池管理系統(Battery Management System,簡稱BMS)是監控車用蓄電池的電壓、電流、負載、溫度等狀態,並能為其提供安全、通信、電芯均衡和管理控制,提供同應用設備通信介面的系統。BMS具備監控蓄電池系統總電壓、電流資料,獲取單體電池、電芯組、電池模組電壓,掌握電池包內溫及其形態等資料。它主要由3個部分構成,包括硬體架構、底層軟體以及應用軟體。

 

1.1 硬體架構

BMS硬體包含CPU、電源和採樣IC、隔離變壓器、CAN模組、EEPROM和RCT等,其核心是CPU。集中式、分散式是BMS硬體的拓撲結構。集中式把電子部件歸納在板塊內,採樣晶片由菊輪鍊接主晶片通信,鏈路簡單,成本低廉,缺點是穩定性不足。分散式由主機板、從板組成,系統組態靈活,通道利用率高,適用於各類電池組,缺點是電池模組數量不足時造成通道浪費。

 

BMS的主控制器具備處理上報來的資訊、綜合判斷電池運行情況、實現控制策略並處理故障資訊功能。高壓控制器具備收集上報總電壓、電流,並為主機板提供載荷情況(SOC)、健康狀況(SOH)所需資料,實現預充電、絕緣兩項檢測功能。從控制器具備單體電池資訊採集上報,擁有動平衡功能,可以保持電芯的動力輸出一致性。採樣控制線束具備同時在每一根電壓採樣線上添加冗餘保險功能,可避免電池外部短路故障。

 

1.2 底層軟體

根據汽車開放系統結構(AUTO motive Open System Ar-chitecture,簡稱AUTOSAR),架構為了減少對硬體設備的依賴性,將BMS劃分為諸多通用功能區塊。能夠對不同的硬體實現配置,並對應用層軟體影響較小。其需要通過RET介面與應用層軟體連結,介於故障診斷事件管理(DEM)、故障診斷通信管理(DCM)、功能資訊管理(FIM)以及CAN通信預留介面等靈活性要求,應當從應用層進行配置。

 

1.3 應用層軟體

應用層涵蓋了高低壓管理、充電管理、狀態估算、均衡控制以及故障管理等。

 

1)高低壓管理主要是需要上電時,VCU通過硬線(CAN信號)的12V激發BMS,待後者完成自檢後閉合繼電器上高壓;需要下電時,VCU下達指令斷開12V信號,或者在充電時由CP(A+)信號激發。

 

2)充電管理中慢充流程較為簡單,而快充需要在45min內完成沖入電量80%,要通過充電輔助電源A+信號激發,目前中國國標中對快充尚未完成統一,即存在2011和2015兩個快充版本。

 

3)SOC是狀態估算功能的核心控制演算法,表示電池剩餘容量,通過特定的安時積分法計算得出;SOH是判別電池的壽命狀態及電池充滿狀態下的容量,一般低於80%的電池不得繼續使用;SOP需要根據溫度及SOC換算得出,能夠在電池臨界之前及時發出信號讓電力系統限定部分功能;SOE演算法是用來估算剩餘續航里程的,當前開發得較為簡單,因此新能源電動車續航里程常常不準確,俗稱“空電”現象。

 

4)均衡控制的作用是均衡單體電池放電不一致,由於電路當中必將由於性能最差的單體電池的截止而截止,造成其餘性能完備電池蓄存量的浪費。均衡控制分為主動和被動,其中主動控制將單體間能量進行轉移,其結構複雜且成本較高,而被動控制除會浪費部分能量外,優勢更為明顯,目前備受廠家青睞。

 

5)故障診斷主要是根據資料獲取、一般性故障、電氣設備故障、通信故障和電池故障等情況,劃分不同故障等級,並採取對應措施。
 

文章來源Vehicle,轉載需備註【智享新動力】