Battery Management System

Battery Management System (BMS) Simulation Environment for Electric Vehicles Luca Buccolini, Adrianna Ricci, Cristiano Scavongelli, Giuseppe DeMaso-Gentile, Simone Orcioni, Massimo ContiDipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università Politecnica delle Marche,Ancona, Italy 摘要 - 全电动汽车和混合动力电动汽车的广泛应用正在不断促进对电能存储系统和电池管理系统（BMS）的研究。电池管理系统必须确保许多复杂的功能，如充电控制，电池容量监控，剩余运行时间信息和充电周期计数。BMS的优化可以允许改进车辆的安全性，发动机的性能，能量优化和电池寿命的延长。 这项工作的主要目标是开发基于SystemC的仿真环境， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和优化电池管理系统，包括锂离子电池模型和CAN通信接口。 BMS已经使用真实世界的场景和数据进行了验证。 关键词：BMS，电池，系统，CAN I.引言 经过多年的讨论，科学证据表明气候变化正在发生，主要是由于人类活动。 世界各地的舆论和决策者正在朝着解决这个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的方向前进。 全球变暖主要是由于化石燃料（煤，天然气和石油）燃烧所产生的二氧化碳排放，用于能源生产和运输。 从可再生能源生产更多的能源是减少碳排放的一种方式。 化石燃料燃烧运输人和货物（公路车辆，航空旅行，海上运输和铁路）是工业化国家最大的二氧化碳排放来源之一。 例如，“欧洲绿色汽车 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ” 工作计划 幼儿园家访工作计划关于小学学校工作计划班级工作计划中职财务部门工作计划下载关于学校后勤工作计划 集中于电动和混合动力车辆的研究，目的是大幅度减少二氧化碳排放。 在这些考虑的基础上，现在有许多用于运输的低排放发动机的研究，原型和商业产品。 全电动车辆（FEV），也称为插电式电动车辆（PEV），仅由电池和电动机供电。 如今，FEV有一些严重的局限性，例如高电池成本，有限的驱动范围，高的充电时间。 为了使混合动力，插电式混合动力和全电动车适合大众市场，电池组的能量密度和效率需要增加。 除了对高级电化学的研究，将电池原电池集成到电池组中也是很重要的部分。 此外，FEV对电网的再充电和充电电气基础设施缺乏充电的影响是一个相关的方面。 FEV中的能量优化必须面对许多方面，例如： -电机与变速器的系统集成; -与制动系统的集成优化能量回收; -电力电子与电池充电功能的集成; -创建可用于设计，仿真，诊断和测试的组件（电机，电池，逆变器，燃料电池）。 -创建用于电数字模拟组件和机械和化学组件的仿真的仿真环境 在这种情况下，要面对的方面是电池监控系统。如果我们想使FEV可靠，我们必须能够控制电池的充电状态，告诉我们是否需要停止和充电汽车，电池的健康状况，告诉我们电池是否仍然良好;如果我们需要购买一个新的，和电池的温度，这必须保持在一个明确的安全值范围内。在FEV中，电池管理系统（BMS）控制电池的状态和使用。 但是文献中使用的模型不能容易地集成在用于系统级设计的环境中。 SystemC是一种基于C ++的综合设计语言和环境，用于电子系统的系统级描述。 SystemC非常适合从系统级下降到寄存器传输级（RTL）的HW / SW系统的设计和改进。 然而，对于广泛的应用，电子系统的数字部分与模拟的嵌合和机械部分紧密地相互作用，因此与连续时间环境紧密地相互作用。 SystemC-WMS 已经用于这种类型的应用与数字和模拟模拟部分，例如蓝牙收发器，无线通道建模和固态调光。 在这项工作中，我们在第二部分介绍了BMS的SystemC模型，可以轻松地与其他硬件模型（例如CAN总线）接口。 为了证明我们的模型的有效性，在第三部分中，我们报告了该模型在几个真实驾驶测试场景中的应用。 II.BMS模型 电池管理系统（BMS）正在成为FEV最重要的组件。 BMS必须规划和检查能量车的行为，向用户报告关于电池的所有相关信息。它必须最大化每次放电的运行时间和生命周期数。通常，BMS通过CAN总线连接到其余的电子系统。 BMS执行以下操作： - 监测电池电压，电流，温度，充电状态（SOC），健康状态（SOH）; - 电池电压平衡; - 电池单元的防护超出规模 运行条件： BMS必须确保： - 安全：在异常条件下分离电池组; - 使用适当的充电算法的长寿命和高效充电; - 维护：使用SOH测量。 图.1是BMS的框图。在这项工作中，BMS已使用SystemC建模。我们做出这个选择主要是因为SystemC模拟是便捷的，我们可以以一种简单的方式更改BMS参数。此外，使用SystemC，我们将BMS模型与我们已经开发的CAN总线模型相连，以便模拟更复杂的系统。详细描述单个块。 测量 测量，A / D转换和串行传输的功能在SystemC模块中简单地仿真。 电池组的每个模块的电压，电流和温度被发送到电池平衡，能力估计，SOH，SOC和热管理块。 电池组平衡 电池单元平衡块用于均衡电池组的每个电池单元上的电压。 由于制造不准确性，通常相同电池组中的电池不具有相同的电容或相同的额定电压。 在电池组中，模块之间的不匹配已经用随机发生器模拟。 电池平衡块模拟迫使电池具有相同电压的系统。 电池平衡块评估中值或最小值，然后重写每个电池的电压。 能力估计 能力估计块估计电池在任何时间可支持/提供的最大充电/放电电流。 该值由BMS使用CAN总线发送到管理电池的电池充电/放电的汽车的电子控制单元。 在充电阶段，能力取决于并随温度，SOC和OCV而降低。 相反，在放电阶段，能力取决于并随温度，SOC和SOH而降低。 充电状态（SOC） 充电状态（SOC）是电池的剩余容量，以百分比表示，它受温度，电池寿命和放电速率的影响。 电池的SOC由等式（6）中所报告的定义为[15-20]，作为由制造商给出的剩余电荷Q（t）与标称容量Q nom之间的比率。 SOC估计是电池管理的基础。 通常使用两种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：OCV方法和库仑计数方法。 这两种方法都已在SystemC模型中实现。 OCV方法[15-16]基于OCV和SOC之间的关系的估计。 电荷 - 电压曲线是非线性的，并且根据具体电池，根据诸如电池寿命，温度等操作条件而显着变化。电池查找表已经从Panasonic CGR-18650DA的数据表导出， 结果如图3。 库仑计数法[17-20]测量放电电流并随时间积分。 该量必须减去电池的先前容量，从而获得剩余电荷，如表达式 在SystemC代码中，积分用测量块测量的具有恒定时间间隔的电流值的和近似。 健康状况（SOH） 电池的最大容量（以mAh表示）在每次电池充电时减少。 SOH定义为归一化为初始容量的电池的实际容量，如等式（8）中所报告的 SOH给出了相对于其标称性能的电池的一般健康状况的估计。 SOH给出了关于电池仍然是多好的想法，以及是否是时候买一个新的。 SOH估计可以从实验测量执行。 我们使用松下CGR-18650DA电池的数据表来导出查找表，结果如图1所示。从图1中的模型的内阻R1，R2的测量得到SOH的估计值。 热管理 由于电池组性能与温度密切相关，因此基本的是保持电池的每个电池的温度受控并激活加热器或冷却器以将温度保持在限定的限度内。 此操作由热管理块执行。 如果温度过高，则该模块会启用冷却风扇，而如果温度过低，则该模块会启用电阻。 在以SystemC代码实现的电池组的模型中，温度根据修改（5）中的系数h的冷却器/加热器的激活而降低或增加。 CAN控制器 BMS已经通过用作CAN协议的应用层的接口连接，CAN协议将来自BMS的信息转换为CAN总线的数据字段的位串： -SOC（1字节）， -SOH（1字节）， - 温度（2字节）， - 可用功率（2字节）， - 电压（2字节）， - 电流（2字节）。 完整的系统允许在CAN总线上模拟BMS数据的传输，进行时钟精确分析。 III.结果 图1中的完整系统的SystemC模型已经被开发并且利用来自电池的恒定电流吸收进行测试。 对于实际情况的更完整的测试需要来自电动车辆的实际电流需求。 这个需求取决于车辆所遵循的路线，它所做的停止次数，其运行的速度等等。 美国环境保护署（EPA）提供关于在不同街道条件下的汽车和轻型卡车的速度的记录。 在[21]中，给出了EPA SC03驾驶循环和EPA US06驾驶循环的车辆速度和相关的电流要求。 SC03驾驶循环是一个以几个车站和有限速度为特点的城市轨道，而US06是一个更加公路的情况，具有更高的速度和更少的停站。 我们使用EPA SC03和EPA US06的数据来估计电池吸收的电流。 已经用两个驱动循环（SC03，US06）执行了图1的完整系统的模拟。 每个驱动周期对电池组的电流需求是从[21]中的数据导出的，并在图5中显示。 在公路循环中，当车辆加速达到高速度值时，车辆吸收高电流。 在减速期间，系统能够用电流的负值对电池进行部分再充电。 系统的所有参数都已经被监控，特别是OCV，电流吸收，SOH，SOC，温度。 我们报告了图6中的归一化平均电池组电压（Vpack），图7中的温度和图8中的SOC。 电池初始充满电，外部温度为25°C。开发的模拟环境已经过测试，并将用于未来的工作，以开发BMS的控制策略。 IV.结论 本文提出了基于SystemC的设计框架，其具有电池模型，电池管理系统的模型和具有CAN总线的接口。 所开发的模型允许系统探索，并且其将有益于在不同的测试条件下BMS的算法的优化。