翟東風，李濟祿，張旱年，渠敬

新能源BMS控制策略探討

翟東風，李濟祿，張旱年，渠敬

（奇瑞商用車(安徽）有限公司，安徽 蕪湖 241003）

隨著國家對環(huán)保要求日益重視，不斷提高燃油汽車排放標準來減少對環(huán)境的污染，研究開發(fā)新型能源汽車來代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車已經(jīng)是大勢所趨。近年來國家不斷加大對新能源汽車補貼及支持力度，希望汽車行業(yè)在新能源動力領(lǐng)域開發(fā)最經(jīng)濟的動力電池。但由于受到多種方面的影響，動力電池在不同環(huán)境下會導致性能降低，甚至存在著不可預知安全隱患，因此開發(fā)優(yōu)化動力電池管理系統(tǒng)控制策略既BMS成為新能源汽車開發(fā)過程中一項非常重要的工作。

BMS；上下電策略；快慢充策略；互鎖功能檢測

1 BMS及BMS控制策略全景圖

BMS系統(tǒng)指電池管理系統(tǒng)（英語：Battery Management System）是對電池進行管理的系統(tǒng)，顧名思義就是用來管理動力電池的一套系統(tǒng)，它通過對電壓、電流、溫度以及電量等參數(shù)采集、計算進而控制動力電池的充電放電過程，實現(xiàn)對電池的保護，保證動力電池能夠在最佳的環(huán)境下，發(fā)揮最好的性能。BMS也是連接動力電池和電動汽車的重要紐帶，BMS控制策略的好壞直接影響動力電池的性能發(fā)揮，針對新能源汽車BMS控制策略主要有以下控制策略圖1。

2 BMS控制策略闡述

本文重點從電源系統(tǒng)闡述整車上下電策略，充放電系統(tǒng)闡述快慢充電策略、熱管理策略，高壓互鎖系統(tǒng)闡述互鎖功能檢測策略。

圖1 BMS控制策略全景圖

2.1 整車上下電策略

2.1.1 上電策略

當點火開關(guān)打到ON檔，整車控制器，電機控制器，儀表，BMS等自檢。

BMS自檢確認：

a.若插槍為充電狀態(tài)時，BMS發(fā)送插槍狀態(tài)給VCU，VCU不執(zhí)行上電程序。

b.環(huán)路互鎖檢測端為低電位搭鐵信號，若BMS未檢測到搭鐵信號，則發(fā)送環(huán)路互鎖故障報文c給VCU，VCU不執(zhí)行上電程序

c.BMS自檢電池各個狀態(tài)允許上電，發(fā)送電池狀態(tài)允許上電報文d給VCU。

VCU自檢后確認：

VCU確認BMS的a、b、c、狀態(tài)允許上電，并確認收到電機控制器已完成上電準備的可驅(qū)動報文m，并檢測到鑰匙ON信號后發(fā)送繼電器閉合報文k給BMS允許上電。

然后BMS啟動K4、K3、K2預充電（圖2），檢測G1、G2電壓與總電壓相比較差值小于總電壓的10%（預充90%），此時K1吸合，同時釋放K4完成預充過程，BMS向VCU發(fā)送預充完成報文e，VCU收到后向MCU發(fā)送可運行報文r。若從上電開始到預充超過3秒沒完成，BMS記錄故障，停止預充，BMS給VCU發(fā)送預充故障報文e，VCU向MCU發(fā)送關(guān)閉報文r，不啟動空調(diào)，PTC，DC/DC等。

2.1.2 下電策略

當點火開關(guān)打到OFF檔位時，VCU發(fā)出下電報文，向電機控制器發(fā)出關(guān)閉驅(qū)動的關(guān)閉報文r，電機控制器完成關(guān)閉后給VCU發(fā)送扭矩關(guān)閉報文m。然后VCU給BMS發(fā)出關(guān)閉繼電器報文k，BMS控制K1、K2、K3斷開完成下電。

行車下電策略：

1）行車下電就是行駛過程斷高壓，是指在行車過程中，VCU發(fā)送高壓回路斷開要求，VCU進入錯誤狀態(tài)（IGHOLD狀態(tài)），所有高壓設備不使能，在VCU發(fā)送高壓回路緊急斷開指令后，BMS立即響應，依次斷開K1/K2繼電器；

2）當出現(xiàn)三級故障，BMS上報VCU告警后，若是未接收到下電指令，關(guān)斷K1/K2繼電器策略如下：

BMS需要延時切斷，最大延時時間為30S。

在下電過程中，若BMS的12V喚醒信號（包括IGN OFF和充電槍斷開信號）丟失，BMS需要按照原下電邏輯進行延時下電，數(shù)據(jù)存儲完畢并在12V喚醒信號丟失3s內(nèi)進入休眠。

圖2 K2預充電檢測

2.2 快充和慢充策略

（1）插入快充或者慢充槍時，啟動充電樁，當點火開關(guān)在OFF檔時，BMS接通12V電源進行自檢，檢測到插槍報文給整車CAN。

BMS確認：

a.電池自身狀態(tài)允許充電b，充電機的硬件，溫度正常報文。

若BMS檢測到a，b狀態(tài)只要有一個不滿足，則發(fā)送關(guān)閉報文給交流充電機；若滿足，則控制K2、K4吸合，達到預充電壓后，K1吸合，K4釋放，完成預充。然后BMS發(fā)送允許充電最高電壓356V和最大電流報文，并發(fā)送打開充電機命令報文，充電機發(fā)送啟動報文給BMS，充電機在充電過程中，充電機發(fā)送任何一個故障或充滿電請求關(guān)閉時BMS立即關(guān)閉接觸器K1，K2。若充電過程中，打開點火鑰匙ON時，VCU收到BMS插槍報文b后，不執(zhí)行上電程序。

1）若插槍前點火鑰匙在ON檔時且整車處于上高壓狀態(tài)時，BMS檢測慢充或快充報文b發(fā)送給VCU,VCU立即向MCU發(fā)送關(guān)閉扭矩輸出報文r，并向BMS發(fā)送繼電器斷開報文k，BMS立即向充電機發(fā)送關(guān)閉命令，BMS立即強行切斷K1、K2、K3，繼電器，并停止充電。

2）正常充電過程中，BMS根據(jù)采集到動力電池最高最低的溫度、不同階段時的電壓，實施調(diào)整充電電流大小，保證充電正常充電，一般來說，常溫情況下快充不得超過2小時，慢充不得超過12小時。

（2）熱管理策略

慢充加熱策略

當慢充插槍插入，車載充電機輸出一路12V電源給BMS供電，當電池最低溫度≤0℃時，閉合慢充繼電器和加熱繼電器，啟動加熱系統(tǒng)，加熱請求電壓為370V，加熱請求電流為3A；

當電池最低溫度T≥6℃時，延時2秒斷開加熱繼電器，恢復正常充電，若是充電過程中溫度T＜0℃時，請求電流降為3A，延時2秒閉合加熱繼電器，實現(xiàn)循環(huán)加熱；

當加熱過程中溫差＞15℃時則停止加熱；

快充加熱策略

當快充插槍插入，充電樁輸出一路12V電源給BMS供電，當電池溫度≤0℃時，先閉合快充繼電器和加熱繼電器，再閉合總負繼電器啟動加熱系統(tǒng)，加熱請求電壓為370V，加熱請求電流為5A；

當溫度T≥5℃時，延時2秒斷開加熱繼電器，恢復正常充電，若是充電過程中溫度T＜0℃時，請求電流降為3A，延時2秒閉合加熱繼電器，實現(xiàn)循環(huán)加熱；

當加熱過程中溫差＞15℃時則停止加熱；

2.3 高壓互鎖功能檢測

1）高壓互鎖功能，用于整個高壓電路中互鎖功能檢測；

2）BMS上電時如果無法檢測到高壓互鎖信號，則不允許上高壓，BMS運行中檢測到高壓互鎖信號丟失，需要發(fā)報文通知VCU，按照三級故障下電流程動作，如充電狀態(tài)下無法檢測互鎖信號，BMS需要將充電需求電流降為0，按照3級故障斷開充電回路。放電狀態(tài)下，BMS需要將放電功率限制為0，按照3級故障斷開放電回路；

3）BMS檢測到此故障后，整車報文中總故障上報3級故障，TBOX監(jiān)控平臺將顯示故障等級。

4）放電回路互鎖信號由整車控制器提供12V，當整車ACC信號斷電時，該信號值為0V；

5）放電環(huán)路互鎖信號保護要求硬件獨立控制，當放電回路互鎖信號所連接的接插件、維護拔出時，斷開放電回路接觸器，斷開高壓；

3 結(jié)語

本文重點闡述整車上下電策略、快慢充電策略、互鎖功能檢測策略，隨車新能源汽車的發(fā)展，在實際應用中不斷識別和發(fā)現(xiàn)問題，需要不斷對BMS策略進行優(yōu)化，使BMS管理系統(tǒng)更加完善，對新能源質(zhì)量的提升奠定了堅實的基礎。

[1] 田晟.純電動汽車上下電及電池管理系統(tǒng)故障控制策略[J].華南理工大學學報（自然科學版）,2016,44(09).

[2] 趙宏濤.純電動汽車電池管理系統(tǒng)故障分析[J].山東工業(yè)技術(shù), 2016(07).

[3] 李愛蓮.新能源動力快速充電電源系統(tǒng)及BMS管理系統(tǒng)的研發(fā)設計[J].電子技術(shù)與軟件工程,2019(08).

[4] 王秋霞.鋰動力電池管理系統(tǒng)熱管理策略研究[J].機電工程技術(shù), 2016,45(09).

Discussion on New Energy BMS Control Strategy

Zhai Dongfeng, Li Jilu, Zhang Hannian, Qu Jing

( Chery Commercial Vehicle (Anhui) Co., Ltd., Anhui Wuhu 241003 )

With the increasing attention of the state to environmental protection requirements, it is the general trend to research and develop new energy vehicles to replace the traditional fuel vehicles by continuously improving the emission standards of fuel vehicles to reduce environmental pollution. In recent years, the state has continuously increased subsidies and support for new energy vehicles, hoping that the automobile industry can develop the most economical power battery in the field of new energy and power. However, due to the influence of many aspects, the performance of power battery will be reduced in different environments, and even there are unpredictable security risks. Therefore, developing and optimizing the control strategy of power battery management system (BMS) has become a very important work in the development of new energy vehicles.

BMS; Power on and off strategy; Fast and slow charging strategy; Interlock function detection

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翟東風，就職于奇瑞商用車（安徽）有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.003

CLC NO.: U469.7