1、48V 锂 电 多 组 并 联 电 池 管 理 系 统项 目 技 术 方 案深 圳 蓝 锂 科 技二 一 七 年 三 月目 录一 、 电 池 管 理 系 统 方 案 设 计 概 要 .31 .1 本 方 案 的 设 计 主 要 技 术 特 点 ： .31 .2 三 级 系 统 架 构 3二 、 系 统 原 理 框 图 .42 . 1 电 池 管 理 系 统 BMS 原 理 图 42 .2 电 池 柜 内 部 通 信 原 理 图 4三 、 BMU 电 池 管 理 单 元 53 .1 、 BMU 芯 片 外 观 图 片 53 .2 、 BMU 规 格 参 数 .6四 、 BMS 及 中 控 模 块
2、 64 .1 、 外 观 图 片 64 .2 、 BMS 参 数 . 74 .3 、 BMS 板 主 机 接 口 定 义 .74 .4 、 系 统 技 术 指 标 及 功 能 84 .5 、 系 统 特 点 介 绍 8五 、 总 控 模 块 及 显 示 界 面 .95 .1 、 部 分 系 统 显 示 界 面 95 .2 、 系 统 主 要 功 能 1 1一 、 电 池 管 理 系 统 方 案 设 计 概 要该 系 统 为 电 信 机 房 后 备 电 池 ， 由 多 组 50-100AH、 15-16串 48V电 池 模 块 并联 运 行 。 本 方 案 为 机 架 式 结 构 ， 每 个 机
3、 架 （ 柜 ） 可 安 装 12组 48V模 块 。 由 于 锂电 安 全 性 及 可 靠 性 的 特 殊 要 求 ， 任 一 单 体 电 池 产 生 过 压 、 过 流 、 过 温 、 欠 压 ， 系统 都 必 须 使 该 电 池 停 止 工 作 ， 因 此 ， 系 统 设 计 必 须 考 虑 冗 余 方 案 ， 以 提 高 系 统 在寿 命 周 期 内 的 可 靠 性 。本 案 采 用 10组 独 立 电 池 模 块 ， 每 组 电 池 由 100AH单 体 电 池 16只 串 联 组 成 。当 任 意 一 组 电 池 退 出 运 行 时 ， 系 统 都 能 正 常 工 作 （ 系 统
4、可 用 储 能 减 为 9/10额 定值 ） ； 当 5组 电 池 因 维 护 或 故 障 退 出 工 作 时 ， 系 统 仍 能 正 常 工 作 （ 系 统 可 用 储 能减 为 1/2额 定 值 ） 。 系 统 检 测 到 低 于 5组 电 池 在 线 时 ， 将 根 据 负 载 电 流 状 况 ， 决定 是 否 维 持 供 电 还 是 退 出 运 行 。电 池 组 在 初 始 并 联 及 长 期 搁 置 后 ， 由 于 自 放 电 特 性 不 一 致 会 导 致 各 电 池 组电 压 的 差 异 ， 直 接 并 联 会 产 生 较 大 的 环 流 ， 系 统 配 置 预 充 预 放 电
5、路 ， 在 模 块 检 测到 与 直 流 总 线 电 压 不 一 致 时 ， 会 开 启 预 充 预 放 电 路 使 模 块 电 压 与 总 线 电 压 一 致 ，待 电 压 基 本 一 致 后 ， 本 模 块 才 会 并 机 工 作 ， 该 功 能 也 同 时 保 证 电 池 组 增 容 或 故 障检 修 完 成 后 重 新 投 入 时 不 会 产 生 环 流 。1.1本方案的设计主要技术特点：a. 监 测 到 系 统 中 每 一 节 电 池 的 电 压 、 电 流 、 SOC、 SOH及 温 度 ， 并 通 过 系 统 软 件自 动 找 出 落 后 电 池 与 故 障 电 池 ， 在 单
6、体 电 池 小 于 同 组 电 池 平 均 值 的 90%（ 可设 置 ） 时 ， 给 出 维 护 建 议 ， 小 于 80%（ 可 设 置 ） 时 ， 给 出 更 换 建 议 。b. 电 池 按 120只 为 单 位 进 行 分 组 配 容 ， 尽 量 降 低 同 组 内 单 体 电 池 的 不 一 致 性 。c. 提 供 一 定 的 均 衡 电 流 ， 降 低 浮 充 阶 段 由 于 电 池 不 一 致 性 导 致 的 不 均 衡 充 电 。d. 全 自 动 化 管 理 模 式 ， 通 过 一 套 系 统 、 一 个 屏 幕 管 理 所 有 10个 模 块 150或 160只 电 池 ，
7、故 障 及 落 后 电 池 自 动 检 出 ， 大 大 降 低 对 维 护 人 员 的 技 术 要 求 。e. 每 个 电 池 模 块 均 有 BMS系 统 。 由 BMS主 板 、 开 关 及 其 控 制 电 路 、 电 源 、 电 流电 压 检 测 电 路 、 预 充 预 放 电 路 等 组 成 。f. 系 统 配 置 中 控 模 块 提 供 总 开 关 、 与 PCS或 UPS或 整 流 器 的 各 类 通 信 接 口 ， 内置 7吋 显 示 屏 显 示 所 有 电 池 状 况 及 故 障 位 置 ， 为 电 池 组 脱 离 母 线 后 的 维 修 维护 提 供 方 便 。1.2三级系统
8、架构 48V 模 组 含 BMU主 板 、 开 关 及 其 控 制 电 路 、 电 源 、 电 流 电 压 检 测 电 路 、 预充 预 放 电 路 。 负 责 电 池 模 组 的 检 测 与 均 衡 ， 充 放 电 控 制 及 通 信 ，环 流 监 测 与 自 动 处 理 等 。 负 责 本 组 电 池 的 投 入 与 退 出 控 制 。 中 控 模 块负 责 电 池 柜 （ 10x15s=150只 电 池 ） 共 10个 电 池 模 组 的 数 据 收 集 、整 理 、 计 算 、 控 制 ， 负 责 与 总 控 模 块 （ 在 2个 以 上 电 池 柜 并 联 时使 用 ） 或 上 级
9、设 备 （ 整 流 柜 、 pcs、 ups等 ） 交 换 数 据 和 控 制 命 令 。 总 控 模 块 （ 本 案 不 需 要 ）负 责 收 集 多 个 中 控 模 块 （ 360只 电 池 ） 的 数 据 ， 根 据 大 数 据的 处 理 结 果 ， 形 成 警 告 、 报 警 、 维 护 等 命 令 。 负 责 显 示 电 池 、 电池 模 块 和 电 池 组 及 整 个 电 池 系 统 的 各 类 参 数 、 曲 线 、 告 警 、 历 史信 息 等 。 负 责 与 上 级 系 统 交 换 数 据 ， 包 括 PCS、 UPS、 整 车 管 理 系统 、 外 部 充 电 桩 等 。
10、提 供 多 路 CANRS485ETHERNET干 接 点 接 口 。二 、 系 统 原 理 框 图2. 1电池管理系统BMS原理图2.2电池柜内部通信原理图三 、 BMU 电 池 管 理 单 元BMU， 主 要 提 供 电 池 电 压 监 控 及 报 警 ， 电 池 组 温 度 监 控 及 报 警 ， 电 池 电 量 均衡 等 功 能 。 BMU 负 责 监 控 1 5 节 或 1 6 节 串 联 电 池 单 元 ， 根 据 电 池 组 成 方 式 不 同 ，被 监 控 电 池 单 元 可 以 是 一 个 大 容 量 电 池 单 体 ， 也 可 以 是 多 个 中 小 容 量 电 池 并 联
11、 的组 合 体 。 BMU 规 格 参 数BMU 型 号 LS1 6 BMU电 池 规 格 磷 酸 铁 锂 、 三 元 锂 、 锰 酸 锂 、 钛 酸 锂 、 铅 酸 、 铅 炭 电 池电 池 串 数 1 6 节供 电 由 中 控 模 块 1 2 VDC 电 源 供 电 ,电 池 模 块 机 箱 散 热 风 扇 由 BMU 从本 模 块 取 电均 衡 类 型 电 阻 被 动 式 均 衡均 衡 电 流 3 0 0 mA温 度 采 样 检 测 点 数 8 点检 测 精 度 2 检 测 范 围 -4 0 1 0 0 电 压 采 样 精度 检 测 精 度 1 0 mV检 测 范 围 0 4 .5 V自
12、 耗 电 充 电 模 式 5 mA放 电 模 式 5 mA静 置 模 式 1 mA通 信 要 求 CAN2 .0 B（ 与 中 控 BMS 板 内 部 通 信 ）3.1、BMU芯片外观图片BMU 芯 片 BMU 芯 片 加 外 壳3.2、BMU规格参数BMU 型 号 LS1 6 BMU电 池 规 格 磷 酸 铁 锂 、 三 元 锂 、 锰 酸 锂 、 钛 酸 锂 、 铅 酸 、 铅 炭 电 池电 池 串 数 1 6 节供 电 由 中 控 模 块 1 2 VDC 电 源 供 电 ,电 池 模 块 机 箱 散 热 风 扇 由 BMU 从本 模 块 取 电均 衡 类 型 电 阻 被 动 式 均 衡均
13、 衡 电 流 3 0 0 mA温 度 采 样 检 测 点 数 8 点检 测 精 度 2 检 测 范 围 -4 0 1 0 0 电 压 采 样 精度 检 测 精 度 1 0 mV检 测 范 围 0 4 .5 V自 耗 电 充 电 模 式 5 mA放 电 模 式 5 mA静 置 模 式 1 mA通 信 要 求 CAN2 .0 B（ 与 中 控 BMS 板 内 部 通 信 ）四 、 BMS 及 中 控 模 块BMS 芯 片 板 含 开 关 控 制 电 路 、 通 信 电 路 、 电 源 、 电 流 电 压 检 测 及 BMU 单 元 ， 与 预 充 预 放 板 、开 关 电 路 等 设 备 构 成
14、BMS 模 块 。BMS 电 池 组 管 理 系 统 （ Battery Management System） 负 责 本 组 电 池 的 投 入 与 退 出 控 制 。 并负 责 与 中 控 模 块 交 换 能 量 信 息 与 控 制 信 息 。4.1、外观图片中 控 模 块 MBS 芯 片 加 外 壳4.2、BMS参数BMS 板 型 号 ： LS-BMS1 6 B最 大 BMU 管 理 数 ： 1 2 个电 流 采 样 范 围 ： 5 0 0 A（ 1 0 0 A 1 5 0 0 A 可 选 ）电 流 采 样 精 度 ： 1 %电 流 采 样 周 期 ： 1 0 0 mS通 信 接 口 ：
15、 RS4 8 5 x1 、 CANx2 、 ETHERNETx1BMS 供 电 ： 1 2 VDC， 隔 离 电 源BMS 功 耗 ： 3 W4.3、BMS板主机接口定义接 口 接 口 描 述 功 能 描 述 线 束 定 义CAN1 5 0 0 Kbps BMS 通 过 CAN 总 线 与 下 辖BMU 通 信 ， 轮 询 电 池 组 电 压 和温 度 信 息 , 同 时 能 及 时 接 收BMU 上 报 的 告 警 信 息 屏 蔽 差 分 双 绞 线 ， 1 KV绝 缘 , 使 用 Open5 接口CAN2 5 0 0 Kbps BMS 板 通 过 CAN 总 线 与 PCS通 信 交 换
16、控 制 命 令 与 数 据 也 可用 于 与 BMSS(总 控 模 块 ) 通 信 ，上 报 电 池 组 电 压 和 温 度 信 息 ,电 流 信 息 ,各 种 告 警 信 息 ,同 时 接收 BMSS 下 发 的 各 种 配 置 命 令 .屏 蔽 差 分 双 绞 线 ， 1 KV绝 缘 ， 使 用 Open5 接口RS4 8 5 9 .6 1 1 5 .2 Kbps与 PCS 通 信 交 换 控 制 命 令 与 数据 屏 蔽 差 分 双 绞 线 ， 1 KV绝 缘ETHERNET 网 线 用 于 与 BMSS(总 控 模 块 ) 通 信 ，上 报 电 池 组 电 压 和 温 度 信 息 ,电
17、流 信 息 ,各 种 告 警 信 息 ,同 时 接 收 BMSS 下 发 的 各 种 配 屏 蔽 差 分 双 绞 线 ， 1 KV绝 缘BMS 电 源 线 2 芯 连 线 ，1 2 VDC 电 源 ，与 电 池 组 直 流隔 离 。 为 BMS 提 供 电 源 最 小 1 mm2 铜 芯 线 ，1 KV 绝 缘4.4、系统技术指标及功能4.5、系统特点介绍本 系 统 拥 有 以 下 功 能 特 点 ：1 ) 均 衡 功 能 ， 防 止 电 池 芯 之 间 的 不 平 衡 现 象 ， 维 护 电 池 组 容 量 ， 延 长 电 池 组 寿命 ；2 ) 单 体 电 池 电 压 检 测 ， 提 供
18、准 确 过 充 过 放 保 护 电 压 测 量 ， 同 时 为 均 衡 控 制 策 略 提供 可 靠 依 据 ；3 ) 单 电 池 组 内 多 点 温 度 采 集 ， 严 密 监 控 电 池 温 度 场 不 均 匀 性 ， 提 高 电 池 组 寿 命 ；4 ) 针 对 每 个 电 池 组 串 进 行 分 布 式 SOC 估 量 ， 支 持 针 对 每 个 电 池 组 串 的 功 率 控 制 ，有 效 的 提 高 电 池 系 统 单 元 的 可 用 容 量 和 使 用 寿 命 ;5 ) 高 精 度 电 流 检 测 ， 为 精 确 SOC 估 计 算 法 提 供 基 础 ， 同 时 有 效 防 止
19、 充 放 电 电 流过 大 ， 损 伤 电 池 寿 命 ；6 ) 三 层 模 块 化 结 构 ， 扩 展 性 强 ， 灵 活 应 对 不 同 电 池 组 串 电 压 需 求 及 电 池 系 统 单 元容 量 需 求 ；7 ) 系 统 内 部 数 据 传 输 采 用 CAN2 .0 高 速 总 线 ， 数 据 信 息 反 馈 高 效 及 时 ；8 ) 提 供 多 路 高 速 通 信 接 口 与 外 围 设 备 互 联 ， 包 括 LCD,以 太 网 ， RS4 8 5 ， CAN 等 。9 ) 多 路 并 联 系 统 大 大 提 升 系 统 可 靠 性 。序 号 项 目 技 术 指 标 备 注1
20、 工 作 电 源 DC2 0 0 -1 0 0 0 V 可 选 配 低 压 输 入 模 块2 单 装 置 功 耗 1 .5 W 单 个 BMS3 单 体 电 池 电 压 采 集 精 度 1 0 mV4 单 体 电 池 温 度 采 集 精 度 2 5 电 流 采 集 精 度 1 % 霍 尔 传 感 器6 电 压 采 集 周 期 2 0 0 ms7 温 度 采 集 周 期 2 0 0 ms8 电 流 采 集 周 期 2 0 0 ms9 有 无 均 衡 电 流 有 被 动 式 均 衡1 0 两 次 SOC 测 量 误 差 1 0 %1 1 保 护 包 括 过 充 、 过 放 超 温 、 短 路 等保
21、 护1 2 BMS内 部 通 信 方 式 CAN2 .01 3 与 PCS 通 信 方 式 CAN、 RS4 8 51 4 与 总 控 模 块 通 信 方 式 Ethernet1 5 事 件 记 录 存 储 1 0 0 0 0 条1 6 历 史 数 据 存 储 3 0 天1 7 运 行 环 境 参 数 海 拔 高 度 4 5 0 0 m1 8 安 装 地 点 室 内1 9 工 作 温 度 范 围 -2 0 -5 5 2 0 工 作 湿 度 范 围 1 0 % 9 0 %RH,无 凝 露五 、 总 控 模 块 及 显 示 界 面负 责 收 集 13 个 中 控 模 块 （ 2496只 电 池 ）
22、 的 数 据 ， 根 据 大 数 据 的 处 理 结 果 ，形 成 警 告 、 报 警 、 维 护 等 命 令 。 负 责 显 示 电 池 、 电 池 模 块 和 电 池 组 及 整 个 电 池 系统 的 各 类 参 数 、 曲 线 、 告 警 、 历 史 信 息 等 。 负 责 与 上 级 系 统 交 换 数 据 ， 包 括 PCS、UPS、 整 车 管 理 系 统 、 外 部 充 电 桩 等 。 提 供 多 路 CANRS485ETHERNET干 接 点 接口 。5.1、部分系统显示界面5.2、系统主要功能1 ) 电 池 模 拟 量 高 精 度 监 测 及 上 报 功 能 包 括 电 池
23、组 串 实 时 电 压 检 测 ， 电 池 组串 充 放 电 电 流 检 测 ， 单 体 电 池 端 电 压 检 测 ， 电 池 组 多 点 温 度 检 测 ， 电 池 组 串漏 电 监 测 。2 ) 电 池 系 统 运 行 报 警 、 报 警 本 地 显 示 及 上 报 功 能 包 括 电 池 系 统 过 压 告 警 ，电 池 系 统 欠 压 告 警 ， 电 池 系 统 过 流 告 警 ， 电 池 系 统 高 温 告 警 ， 电 池 系 统 低 温告 警 ， 电 池 系 统 漏 电 告 警 ， 电 池 管 理 系 统 通 信 异 常 告 警 ， 电 池 管 理 系 统 内 部异 常 告 警
24、。3 ) 电 池 系 统 保 护 功 能 电 池 管 理 系 统 在 电 池 系 统 出 现 电 压 、 电 流 、 温 度 等 模拟 量 出 现 超 过 安 全 保 护 门 限 的 情 况 时 ， 将 与 PCS 及 上 级 管 理 软 件 交 换 命 令 对问 题 电 池 组 进 行 故 障 隔 离 ， 将 问 题 电 池 组 退 出 运 行 ， 同 时 上 报 保 护 信 息 ， 并在 本 地 进 行 显 示 。4 ) 自 诊 断 功 能 本 电 池 管 理 系 统 具 备 自 诊 断 功 能 ， 在 电 池 管 理 系 统 内 部 通 信或 与 外 部 通 信 出 现 中 断 故 障
25、时 ， 能 够 上 报 通 信 中 断 告 警 ； 另 外 ， 针 对 模 拟量 采 集 异 常 等 其 他 异 常 也 具 备 故 障 自 诊 断 、 本 地 显 示 和 上 报 就 地 监 测 系 统 的功 能 。5 ) 均 衡 功 能 本 电 池 管 理 系 统 具 备 均 衡 功 能 ， 通 过 高 效 的 均 衡 策 略 能 够 很 好得 维 护 电 池 组 的 一 致 性 。6 ) 运 行 参 数 设 定 功 能 本 电 池 管 理 系 统 提 供 对 电 池 管 理 系 统 的 各 项 运 行 参数 进 行 修 改 ， 并 提 供 修 改 授 权 密 码 验 证 功 能 。 参
26、数 修 改 在 电 池 管 理 系 统 本 地触 摸 屏 上 完 成 ， 电 池 管 理 系 统 提 供 参 数 修 改 使 用 的 通 信 规 约 及 命 令 字 格 式 。参 数 设 定 项 目 包 括 ： 单 体 电 池 充 电 上 限 电 压 单 体 电 池 放 电 下 限 电 压 电 池 运 行 最 高 温 度 电 池 运 行 最 低 温 度 电 池 组 串 过 流 门 限 电 池 组 串 短 路 保 护 门 限 电 池 短 时 温 升 过 快 门 限 本 地 运 行 状 态 显 示 功 能7 ) 本 电 池 管 理 系 统 能 够 在 本 地 对 电 池 系 统 的 各 项 运 行
27、 状 态 进 行 显 示 ， 包 括 ： 电 池 组 串 电 流 /SOC/SOH 查 询 及 显 示 系 统 运 行 状 态 显 示 电 池 单 体 电 压 /温 度 查 询 及 显 示 电 池 组 电 压 /温 度 查 询 及 显 示 告 警 信 息 显 示 保 护 信 息 显 示 其 他 异 常 信 息 显 示 事 件 及 历 史 数 据 记 录 功 能8 ) 本 电 池 管 理 系 统 能 够 在 本 地 对 电 池 系 统 的 各 项 事 件 及 历 史 数 据 进 行 存 储 ，记 录 超 过 1 0 0 0 0 条 事 件 及 最 少 3 0 天 的 历 史 数 据 。9 ） 电 池 系 统 容 量 标 定 及 SOC 标 定 本 电 池 管 理 系 统 系 统 能 够 在 PCS 的 配 合下 进 行 电 池 组 的 全 充 全 放 ， 完 成 电 池 系 统 容 量 标 定 以 及 SOC 标 定 的 功 能
