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電池特性測(cè)試系統(tǒng)

型　號(hào)SD

所屬分類(lèi)絕緣電阻測(cè)試儀

報(bào)價(jià)

更新時(shí)間2023-07-05

產(chǎn)品描述：電池特性測(cè)試系統(tǒng)：電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電池狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行控制、絕緣監(jiān)測(cè)、均衡管理、保護(hù)報(bào)警及通訊功能等，通過(guò)對(duì)電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定安全運(yùn)行；監(jiān)測(cè)電池的一致性，通過(guò)均衡對(duì)電池進(jìn)行在線式維護(hù)，保證電池成組的使用效率及壽命。

產(chǎn)品概述

品牌其他品牌產(chǎn)地類(lèi)別國(guó)產(chǎn)
應(yīng)用領(lǐng)域化工,綜合

電池特性測(cè)試系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)

1 BMS簡(jiǎn)介

1.1 BMS定義

BMS(Battery Management System簡(jiǎn)稱)電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電池狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行控制、絕緣監(jiān)測(cè)、均衡管理、保護(hù)報(bào)警及通訊功能等，通過(guò)對(duì)電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定安全運(yùn)行；監(jiān)測(cè)電池的一致性，通過(guò)均衡對(duì)電池進(jìn)行在線式維護(hù)，保證電池成組的使用效率及壽命。

電池管理系統(tǒng)基礎(chǔ)功能：電流、電壓和溫度采集、計(jì)算和校準(zhǔn)、電芯均衡、熱管理、系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析、充/放電控制、故障診斷、報(bào)警和安全保護(hù)、數(shù)據(jù)通訊等。

1.2 **電池特性測(cè)試系統(tǒng)組成

電池特性檢測(cè)系統(tǒng)是由電池包(PACK)、電池管理系統(tǒng)（BMS）、充放設(shè)備、DC12V供電電源、PC上位機(jī)、通信設(shè)備及外圍輔助設(shè)備組成。其中PACK是系統(tǒng)測(cè)試研究的對(duì)象，BMS是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制中樞一方面控制電池的充放電并時(shí)刻檢測(cè)和保護(hù)電池以免發(fā)生過(guò)充過(guò)放引起火災(zāi)，同時(shí)負(fù)責(zé)記錄充放電過(guò)程產(chǎn)的數(shù)據(jù)以便于學(xué)生分析電池特性。充放電設(shè)備是負(fù)責(zé)給電池充電或者放電，DC12V供電電源是負(fù)責(zé)給BMS系統(tǒng)供電；PC上位機(jī)是人機(jī)交互界面同時(shí)也是電池特性分析展示的窗口。

2系統(tǒng)框圖及硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明

638241547343977545801.png


圖一：系統(tǒng)框圖

2.1 關(guān)鍵模塊功能描述

2.1.1 充放電設(shè)備：

此系統(tǒng)采用KS80V50A-1CH充放電一體柜，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表一：

序號(hào)

規(guī)格型號(hào)

KS80V10A-1CH

1

輸出通道數(shù)

1CH

2

通訊方式

485(網(wǎng)口)

3

充電電壓

DC 5～80V

4

放電電壓

DC 80～5V

5

充電電流

DC 0.5～60A

6

放電電流

DC 0.5～50A

7

電壓精度

±（0.05%RD + 0.05%FS）

8

電流精度

±（0.05%RD + 0.05%FS）

9

電壓分辨率

1mV

10

電壓穩(wěn)定度

≤0.1%

11

電流分辨率

1mA

12

電流穩(wěn)定度

≤0.1%

13

功率輸出范圍

0.5～Pmax = Vmax * Imax

14

輸入阻抗

≧500 KΩ

15

輸入電源

AC 380V/220V±10%/ 50Hz

16

功率精度

±（0.05%RD+0.05%FS）

17

電流響應(yīng)時(shí)間

電流輸出在60A 時(shí)硬件響應(yīng)時(shí)間：≤50ms

18

時(shí)間設(shè)定范圍

0～9999 分鐘內(nèi)任意設(shè)置，時(shí)間單位分別為 h、min、s 任選，分辨率 1s

19

時(shí)間分辨率

1s

20

記錄方式

充電記錄時(shí)間、放電記錄時(shí)間、靜止記錄時(shí)間、全局記錄時(shí)間

21

記錄頻率

100mS～65535S

22

充電模式

恒流充電、恒壓充電、恒流恒壓（CC/CV）、恒功率充電

23

充電截止條件

電壓，電流，時(shí)間，容量

24

放電模式

恒流放電、恒壓放電、恒功率放電

25

放電截止條件

電壓，電流，時(shí)間，容量

26

保護(hù)功能

數(shù)據(jù)異?；謴?fù)； 電池反接保護(hù)功能；

軟件過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、欠流、過(guò)容量保護(hù)，電壓電流保護(hù)值范圍可設(shè)定，保護(hù)后可提示和記錄；

27

單循環(huán)工步數(shù)

≤100 步，具有嵌套循環(huán)功能

28

連續(xù)工作時(shí)間

設(shè)備的功率應(yīng)滿足所有通道能夠滿負(fù)荷、365*24 小時(shí)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)

29

設(shè)備噪音

小于 72dB

30

電路結(jié)構(gòu)

模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于替換和維修

32

重量

約30kg

33

軟件

1、軟件支持各種續(xù)接，如手動(dòng)暫停續(xù)接、軟件關(guān)閉續(xù)接、斷電中斷續(xù)接、設(shè)備通信中斷續(xù)接、異常停止續(xù)接；

2、支持條碼掃描，可對(duì)一維碼、二維碼進(jìn)行掃描，有順序掃碼、通道跳躍掃碼、裝盤(pán)掃碼等掃碼方式；

3、本地測(cè)試詳細(xì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可隨時(shí)查看各通道當(dāng)前測(cè)試數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)與曲線對(duì)應(yīng)兩種方式對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)，并且支持以單個(gè)或批量形式導(dǎo)出 EXCE 報(bào)表，另外可根據(jù)需要設(shè)置測(cè)試結(jié)束自動(dòng)導(dǎo)數(shù)據(jù)。

4、支持容量分選，可對(duì)電池進(jìn)行等級(jí)分選；

5、支持測(cè)試結(jié)束合格判斷，根據(jù)循環(huán)容量、電壓、時(shí)間等信息進(jìn)行判斷 Pass/NG 結(jié)果；

6、支持各種工步保護(hù)及全局電壓、電流、溫度異常保護(hù),并進(jìn)行異常報(bào)警；

7、支持單位轉(zhuǎn)換；

8、支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器后臺(tái)存儲(chǔ)或 MES 對(duì)接；

9、軟件脫機(jī)保護(hù)；

10、軟件提供免費(fèi)升級(jí)。

34

工作/存儲(chǔ)溫度

0℃～40℃/-10℃～50℃

35

工作/存儲(chǔ)環(huán)境相對(duì)濕度

≤70% RH /≤80% RH（沒(méi)有水汽凝結(jié)）

36

設(shè)備維護(hù)

非專(zhuān)業(yè)人士請(qǐng)勿拆開(kāi)機(jī)箱。定期對(duì)設(shè)備接頭進(jìn)行檢查，防止接觸不良。

37

運(yùn)輸

包裝適用與汽車(chē)、船、飛機(jī)、火車(chē)等運(yùn)輸，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)防雨，文明裝卸。

表一

2.1.2 BMS系統(tǒng)介紹：

BMS采用主從一體式架構(gòu),預(yù)留13路DI輸入口，預(yù)留7路DO輸出口，預(yù)留2路CAN，預(yù)留1路485通信MCU采用GD32F427VET6芯片，主頻可以達(dá)到144Mhz、支持浮點(diǎn)運(yùn)算、12ADC等功能豐富強(qiáng)大;兩路CAN通信分別和上位機(jī)、充放電設(shè)備通信；一路RS485通信可連接其他輔助設(shè)備；系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)PACK端BAT端的電壓檢測(cè)，總線電流檢測(cè)，PACK端的絕緣電阻檢測(cè)，PACK端的反接電壓檢測(cè)。關(guān)鍵電氣器件的溫度檢測(cè)。通過(guò)這些參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)SOC的計(jì)算，各關(guān)鍵電氣器件使用狀況進(jìn)行是否正常的判斷。以下是系統(tǒng)參數(shù)表。

<strong>電池特性測(cè)試系統(tǒng)</strong>概要設(shè)計(jì)1.png


圖二：BMS系統(tǒng)控制框圖

BMS基本參數(shù)表

參數(shù)

Parameter

描述

Description

技術(shù)指標(biāo) Rating

備注

Remarks

Min.

Type.

Max.

Unit

工作電壓

工作電壓范圍

9

12/24

48

V


工作電流

24V 下工作電流



100

mA


工作溫度

系統(tǒng)工作溫度范圍

-40

25

85

℃


工作濕度

系統(tǒng)工作濕度范圍

5%


95%

RH


CAN通信

CAN1 速率

125

250

500

Kbit/s

隔離

CAN2 速率

125

250

500

Kbit/s

隔離

RS485 通信

RS48  速率

9600

19200

115200

bps

隔離

總電壓采集

采集誤差值≤±0.5%F.S

0


1000

V


分流器電流

采集

采集誤差值≤0.5%F.S，不含分流器自身誤差

-500


500

A

全量程

誤差值≤±0.5A，不含分流器自身誤差

-50


50

A

小量程

粘連檢測(cè)

2 路總繼電器粘連檢測(cè)






溫度采集

10 路，-20~65℃范圍，誤差≤±1℃，

其它范圍誤差≤±2℃

40


125

℃


絕緣電阻采集

采集誤差≤±20%F.S

0.005


20

MΩ



誤差≤±10KΩ

5


50

kΩ


驅(qū)動(dòng)控制

1路高邊，6路低邊，持續(xù)載流能力≥3A

2A/24V，瞬態(tài)載流能力≥5A@100ms





典型值

12/24V

DO 輸出

6路最大輸出電流50mA






DI 檢測(cè)

13路DIH高電平閾值

6


32

V


干接點(diǎn)控制

2路機(jī)械繼電器，不可以帶載切斷，持續(xù)載流能力

-

-

2

A

30VDC/

250VAC

SOX 估算

SOC 估算



±5

%


SOH 估算



±8

%


SOE 估算



±8

%


DCR 估算



±10

%


數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

事件記錄條數(shù)



12000

條



實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)



1

Year


絕緣性能

1000V/DC 下

10



MΩ


耐壓性能

≥2U+1000V/DC



3000

V


60s 漏電流

-

-

1

mA


3 電池管理系統(tǒng)（BMS）特性

3.1 保護(hù)功能、閾值

報(bào)警等級(jí)說(shuō)明

報(bào)警等級(jí)

Action/相應(yīng)動(dòng)作

Level 1 failure/一級(jí)故障

播報(bào)報(bào)警代碼

Level 2 failure/二級(jí)故障

播報(bào)報(bào)警代碼

Level 3 failure/三級(jí)故障

播報(bào)報(bào)警代碼,超時(shí)10s后下電

3.2 電壓保護(hù)（以三元鋰電為例）

Item Definition/報(bào)警類(lèi)別定義

Trigger

Threshold (V)/觸發(fā)閾值

Trigger

Delay

(s)/觸發(fā)延時(shí)

Release Threshold

(V)/釋放閾值

Release Delay

(s)/釋放延時(shí)

Condition/充、放電狀態(tài)

CellHVoltAlarm1
單體電壓過(guò)高故障1級(jí)

4.16

3

4.14

5

During charge/充電

CellHVoltAlarm2
單體電壓過(guò)高故障2級(jí)

4.17

3

4.16

5

CellHVoltAlarm3
單體電壓過(guò)高故障3級(jí)

4.18

3

/

/

TotalHVoltAlarm1
總壓過(guò)高故障1級(jí)

79.04（4.16）

3

78.66（4.14）

5

TotalHVoltAlarm2
總壓過(guò)高故障2級(jí)

79.23（4.17）

3

79.04（4.16）

5

TotalHVoltAlarm3
總壓過(guò)高故障3級(jí)

79.42（4.18）

3

/

5

CellLVoltAlarm1
單體電壓過(guò)低故障1級(jí)

2.95

3

3.30

5

During discharge/放電

CellLVoltAlarm2
單體電壓過(guò)低故障2級(jí)

2.9

3

3.20

5

CellLVoltAlarm3
單體電壓過(guò)低故障3級(jí)

2.85

3

/

/

TotalLVoltAlarm1
總壓過(guò)低故障1級(jí)

56.05（2.95）

3

62.7（3.30）

5

TotalLVoltAlarm2
總壓過(guò)低故障2級(jí)

55.1（2.85）

3

60.8（3.20）

5

TotalLVoltAlarm3
總壓過(guò)低故障3級(jí)

54.15（2.70）

3

/

/

3.3 壓差警告（以三元鋰電為例）

Item Definition

/報(bào)警類(lèi)別定義

Trigger

Threshold (mV)

/觸發(fā)閾值

Trigger

Delay (s)

/觸發(fā)延時(shí)

Release

Threshold (mV)

/釋放閾值

Release

Time (s)

/釋放延時(shí)

Condition/充、放電狀態(tài)

HDiffVoltAlarm1
壓差過(guò)大故障1級(jí)

300

3

200

5

Charge &Discharge

充放電

HDiffVoltAlarm2
壓差過(guò)大故障2級(jí)

400

3

300

5

HDiffVoltAlarm3
壓差過(guò)大故障3級(jí)

500

3

/

/

3.4 過(guò)流保護(hù)

Item Definition

/報(bào)警類(lèi)別定義

Trigger

Threshold

(A) /觸發(fā)閾值

Trigger

Delay

(s) /觸發(fā)延時(shí)

Release

Threshold

(A) /釋放閾值

Release

Time

(s) /釋放延時(shí)

Condition/充、放電狀態(tài)

ChgHCurrentAlarm1
充電電流過(guò)大故障1級(jí)

15

5

10

5

During charge

充電時(shí)

ChgHCurrentAlarm2
充電電流過(guò)大故障2級(jí)

17

5

15

5

ChgHCurrentAlarm3
充電電流過(guò)大故障3級(jí)

20

5

/

/

DischgHCurrentAlarm1
放電電流過(guò)大故障1級(jí)

15

5

10

5

During discharge

放電時(shí)

DischgHCurrentAlarm2
放電電流過(guò)大故障2級(jí)

17

5

15

5

DischgHCurrentAlarm3
放電電流過(guò)大故障3級(jí)

20

5

/

/

3.5 短路保護(hù)

Overcurrent protection valve：100A≤500uS

過(guò)流保護(hù)值：100A≤500uS

3.6 溫度保護(hù)（詳細(xì)參數(shù)根據(jù)不同電池有所調(diào)整）

Item Definition

/報(bào)警類(lèi)別定義

Trigger

Threshold (°C) /觸發(fā)閾值

Trigger

Delay(s)

/觸發(fā)延時(shí)

Release

Threshold

(°C) /釋放閾值

Release

Time (s) /釋放延時(shí)

Condition/充、放電狀態(tài)

PackHTempAlarm1
PACK充電溫度過(guò)高故障1級(jí)

52

3

45

10

During charge

充電狀態(tài)

PackHTempAlarm2
PACK充電溫度過(guò)高故障2級(jí)

53

3

50

10

PackHTempAlarm3
PACK充電溫度過(guò)高故障3級(jí)

55

3

/

/

PackLTempAlarm1
PACK充電溫度過(guò)低故障1級(jí)

5

3

8

5

PackLTempAlarm2
PACK充電溫度過(guò)低故障2級(jí)

3

3

5

5

PackLTempAlarm3
PACK充電溫度過(guò)低故障3級(jí)

0

3

2

5

PackLTempAlarm1
PACK放電溫度過(guò)低故障1級(jí)

-17

3

-14

5

During discharge

放電狀態(tài)

PackLTempAlarm2
PACK放電溫度過(guò)低故障2級(jí)

-18

3

-15

5

PackLTempAlarm3
PACK放電溫度過(guò)低故障3級(jí)

-20

3

-17

5

PackHTempAlarm1
PACK放電溫度過(guò)高故障1級(jí)

57

3

54

5

PackHTempAlarm2
PACK放電溫度過(guò)高故障2級(jí)

58

3

55

5

PackHTempAlarm3
PACK放電溫度過(guò)高故障3級(jí)

60

3

/

/

3.7 絕緣電阻低告警

Item Definition

/報(bào)警類(lèi)別定義

Trigger

Threshold

/觸發(fā)閾值

Trigger

Delay (s) /觸發(fā)延時(shí)

Release

Threshold

/釋放閾值

Release

Time (s)

/釋放延時(shí)

Condition/充、放電狀態(tài)

ISORAlarm1
絕緣過(guò)低報(bào)警1級(jí)

<500?/V

30

>=600 ?/V

30

During charger &discharge

充放電狀態(tài)

ISORAlarm2
絕緣過(guò)低報(bào)警2級(jí)

<200?/V

30

>=300 ?/V

30

ISORAlarm3
絕緣過(guò)低報(bào)警3級(jí)

<100?/V

6

/

/

3.8 被動(dòng)均衡功能

當(dāng)任何單體電芯Cx" (X=1 to 20)的電壓高于VBLON，并且壓差大于VBLDE1時(shí)，以電流IBL開(kāi)啟均衡功能，直到最大壓差小于VBLDE2或者充電完成

ITEM Specification/條件說(shuō)明:

ITEM Thresholds/閾值:

Conditions/狀態(tài):

VBLON (Minimum voltage for cell)/單體最小電壓

3.95V ± 25mV (per cell)

When charging/充電時(shí)

VBLDE1 (Minimum voltage deviation)/壓差

50 mV

VBLDE2 (Minimum voltage deviation)/壓差

20 mV

IBL (balancing current) /均衡電流

140 mA Max

Max balancing quantity at same time/同時(shí)刻最多均衡單體數(shù)量

10 series

3.9 預(yù)放電

ITEM Specification/條件說(shuō)明:

ITEM Thresholds/閾值:

Conditions/狀態(tài):

IPD (Max Pre-Discharge current) /最大預(yù)放電流

3.9A

Before connecting the main power loop/主回路連接前

tPD (Max Pre-Discharge time)/最大預(yù)放時(shí)間

1500 ms

Pre-Discharge over time limit release /預(yù)放超限處理

上報(bào)預(yù)放失敗故障，中止上電

Report the failure of Pre-Discharge and stop power

3.10 工作模式與功耗

ITEM Specification/條件說(shuō)明:

ITEM Thresholds/閾值:

Conditions/狀態(tài):

IBSC1 (BMS self-consumption current 1) /BMS功耗1

150uA Max

Sleep mode/

休眠模式

IBSC2 (BMS self-consumption current 2)

/BMS功耗2

50mA Max

Working mode

工作模式

4 軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明

4.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明

為了提高代碼的可維護(hù)性、可重用性、可測(cè)試性、減少代碼間的耦合、兼容不同開(kāi)發(fā)工具，將軟件主要分為ASW,RTE和RSW三層。

image.png

ASW：實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度、電芯數(shù)據(jù)處理、診斷、上下高壓、絕緣、IO口控制等模塊；在Matlab中的Simulink和Stateflow功能模塊建模并生成代碼，再把代碼放入工程中。

RTE：實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，也就是連接應(yīng)用層和底層的中間層，因?yàn)槠鹆顺猩蠁⑾碌淖饔盟圆捎昧耸謱?xiě)C代碼的方式，可以靈活修改。RTE包括M_Interface.c、Protocol.c、Manage.c、Tool.c、Task.c。M_Interface.c中申明了ASW層的所有輸入變量和調(diào)用的函數(shù)。Protocol.c中包了內(nèi)部通信協(xié)議（主從通信、并包通信）和外部通信協(xié)議（BMS和EMS通信）。Manage.c中包括了存儲(chǔ)的管理，比如GD32F4內(nèi)部Flashde管理和W25Q外部存儲(chǔ)的管理。Tool.c中包括了RTE的一些工具函數(shù)。Task.c管理了所有任務(wù)的調(diào)度，包括了ASW和BSW的任務(wù)。

BSW：驅(qū)動(dòng)層，配置系統(tǒng)時(shí)鐘，并配置每一個(gè)管腳的輸入輸出和通信功能，并封裝各個(gè)模塊，生成對(duì)RTE層的接口。供上層調(diào)用。

4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明

上位機(jī)功能界面顯示：

1、通信配置界面、用戶登錄界面

2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示及控制界面；顯示信息有單體電芯電壓、溫度、總壓、告警信息、狀態(tài)信息等，控制界面有上下高壓控制、充放電設(shè)置控制等

3、數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)寫(xiě)入和導(dǎo)出功能界面。數(shù)據(jù)記錄包括記錄實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)到excel，寫(xiě)入數(shù)據(jù)有故障閾值，校準(zhǔn)閾值等，導(dǎo)出數(shù)據(jù)包括歷史故障、歷史事件、歷史運(yùn)行參數(shù)等



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