高性能动力电池组管理系统关键 技术开发
张志国
-/新能源与节能
动力电池组新能源汽车核心能量源,为整车提供驱动电能,它主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体。模
块化的结构设计实现了电芯的集成,通过热管理设计与仿真优化电池包热管理性能,电器部件及线束实现了控制
系统对电池的安全保护及连接路径;通过BMS实现对电芯的管理,以及与整车的通讯及信息交换。电池包包括电
芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS。BMS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。 电池管理系统(BMS)、整车控制器(VCU)和电机控制器(MCU)是新能源三大
核心技术,对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。其中动力电池组及管理系统问题已成为
制约电动汽车发展的关键因素,例如不合理使用导致电池寿命缩短、电池一致性差造成的续驶里程短时间内显著
下降、电池与电动汽车高压系统的安全,以及电池管理系统的功能安全问题等。道路车辆功能安全标准ISO26262
自2011年11月颁布之后,其先进的技术和方法开始被国际汽车厂商、零部件供应商用于解决包括电动汽车在内的
汽车电子电器的安全问题。 本项目的目标是,开发符合道路功能安全标准ISO26262的电池组电池管理系统
(BMS),以解决和改善前面阐述的问题,提升电池系统的性能和安全,从而推动电动汽车的产业化发展。 掌握道
路车辆功能安全标准的架构、要求、应用及功能安全核心技术,并将标准有效地导入到电动汽车电池管理系统的
开发设计工作中,可提升系统或产品的可靠度,避免过当设计而增加成本;使电池管理系统符合所需的汽车安全
完整性等级(ASIL),与国际市场要求规范接轨,强化客户对产品的信赖度,提升企业形象, 获取更多的商
机;最大程度地降低因为电子电气部件可靠性问题而导致的整车召回风险,避免经济损失。最后,标准的实施和
应用可提高开发能力及软件开发效率。 BMS核心部分由硬件电路、底层软件和应用层软件组成。但BMS硬件由主
板(BCU)和从板(BMU)两部分组成,从版安装于模组内部,用于检测单体电压、电流和均衡控制;主板安装位置比
较灵活,用于继电器控制、荷电状态值(SOC)估计和电气伤害保护等。BMU硬件部分完成电池单体电压和温度测
量,并通过高可靠性的数据传输通道与BCU 模块进行指令及数据的双向传输。BCU 可选用基于汽车功能安全架构
的32 位微处理器完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动及状态监测等功能。底层软件架构符合AUTOSAR或
ASPICE标准,模块化开发容易实现扩展和移植,提高开发效率。应用层软件是BMS的控制核心,包括电池保护、
电气伤害保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从板控制、均衡控制、SOC估计和通讯管理等模块。 本项
目为新能源领域研究,主要研究内容涉及 (1)研究动力电池性能参数的理论计算方法; (2)开发满足面向汽
车行业流程评估模型的电池管理软件系统; (3)研究开发高安全性、低故障率的电池管理硬件系统。项目执行
期内,新增销售收入4000万元以上; (4)撰写(申请)相关专利4项以上,并发表学术论文2篇。并实现: 1、
动力电池电化学阻抗谱幅值理论计算误差不大于3 mΩ; 2、开发符合《ISO26262道路车辆功能安全》标准的动
力电池管理系统,汽车安全完整性等级不低于ASIL C级; 3、电池管理系统采用汽车级处理器,监测电池电压不
小于1000V,串联锂离子电池单体数不小于300个