曹步德

摘 要：本文對的動(dòng)力電池硬件設(shè)計(jì)本文以鋰離子電池為研究對象，在前文所述用擴(kuò)展的卡爾曼濾波法建立模型的基礎(chǔ)上，對電池管理系統(tǒng)的軟件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：BMS 軟件設(shè)計(jì) RF

Software Design of? Battery management system

Cao Bude

Abstract：Aiming at the hardware design of the? of the? battery， this article takes lithium-ion batteries as the research object. Based on the model established by the extended Kalman filter method described above， the software of the battery management system is rationally designed.

Key words：BMS， software design， RF

本文所選電池為型號(hào)是的動(dòng)力電池，從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及易實(shí)現(xiàn)性出發(fā)，本文設(shè)計(jì)的BMS的內(nèi)部采用基于無線RF網(wǎng)絡(luò)的分布式結(jié)構(gòu)。硬件部分設(shè)計(jì)采用功能劃分和模塊化設(shè)計(jì)思想，由上下兩層系統(tǒng)構(gòu)成。

圖1中的下層的單體電池的檢測單元用來保證單體電池溫度、電壓的采集、數(shù)據(jù)的通信、電池狀態(tài)預(yù)測等功能的實(shí)現(xiàn)。上層的中央控制單元保證電池SOC的估算、上下層間通信、電池的故障診斷及警示、信息顯示、用CAN總線和整車控制器進(jìn)行通信、對整個(gè)電池組管理和控制功能的功能實(shí)現(xiàn)。該BMS采用了分布式電池管理和監(jiān)控的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過程中，分別單獨(dú)設(shè)計(jì)電池檢測單元和中央控制單元。

BMS軟件采用的是低功耗、模塊化設(shè)計(jì)，由單元的數(shù)據(jù)采集、主控控制與管理和上位機(jī)監(jiān)控組成。如果車輛停車熄火，BMS自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式。BMS的核心是主控，首先數(shù)據(jù)、鋰電池的總電流、總電壓，由其內(nèi)部RF的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接收后，再計(jì)算鋰電池的SOC，通過分析電池相關(guān)數(shù)據(jù)對故障進(jìn)行診斷，并輸出故障報(bào)警信息，再對故障進(jìn)行適當(dāng)處理，在內(nèi)存儲(chǔ)重要參數(shù);其次，來完成與負(fù)責(zé)監(jiān)控上位機(jī)的軟件、車輛的控制器及充電機(jī)通信。BMS內(nèi)擁有軟硬件結(jié)構(gòu)和功能相同的16塊單元監(jiān)控的模塊，RF的通信協(xié)議為這些模塊分配不一樣的ID號(hào)來加以區(qū)分。上位機(jī)監(jiān)控軟件對BMS進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，它與下位機(jī)之間通過來通信，實(shí)時(shí)繪圖、顯示出系統(tǒng)的相關(guān)信息（如SOC、電壓、電流、溫度等），并對系統(tǒng)故障的信息進(jìn)行顯示，還可以使接收的數(shù)據(jù)存進(jìn)數(shù)據(jù)庫。

1 主控ECU

主控包含估算SOC、采集及計(jì)算電流、電壓的程序，還有分析故障、給出報(bào)警以及數(shù)據(jù)通信程序等。主控單元將接收到參數(shù)（單體電池溫度、電壓等）以及所測量的自身SOC、電流、總電壓等數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析，判斷出整個(gè)電池組所處的工作狀態(tài)，并對其運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。主控的軟件流程圖如圖2。

因汽車的實(shí)際運(yùn)行工況、環(huán)境比較復(fù)雜，固電池管理系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)都必須考慮到抗干擾。本系統(tǒng)通過采集多次取均值、定時(shí)復(fù)位看門狗、冗余信息適當(dāng)增加、濾波等方法，來防止程序的失效和提高系統(tǒng)可靠性。

2 單元ECU

判斷電池的狀態(tài)、定時(shí)采樣和計(jì)算電壓、溫度、數(shù)據(jù)之間通信等都為單元的子程序。其定時(shí)的對電池信息進(jìn)行采樣，并判斷其狀態(tài)，在接到了主控模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)請求命令之后，單元通過把電池的信息進(jìn)行封裝后再發(fā)送出去。單元當(dāng)車輛處于停滯時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)入到低功耗的模式。單元程序流程圖如圖3。

3 RF通信與CAN通信

（1）通信部分

作為是整個(gè)BMS的基礎(chǔ)，RF通信是系統(tǒng)對各個(gè)單體電池進(jìn)行檢測的連接紐帶。主控發(fā)出控制指令給各單元，各單元也通過RF網(wǎng)絡(luò)向主控發(fā)送單體電池溫度、電池狀態(tài)的信息及電壓，它們之間進(jìn)行交互信息傳輸。信息請求指令先由主控發(fā)出，各單元分析收到的指令，在對該信息的地址進(jìn)行驗(yàn)證，若相符則對信息進(jìn)行發(fā)送，若不符單元的終端則回到原接收前的狀態(tài)。

因信息傳輸采用了無線通訊的方式，需對現(xiàn)場環(huán)境中的噪聲進(jìn)行抑制。其次，校驗(yàn)方式是否有效、通信協(xié)議是否合理，是接收端與的電池端正常RF通信的保證。電池信息的傳送采用數(shù)據(jù)幀的形式，其數(shù)據(jù)幀信息的長度是12bytes，表1為其格式。

①前導(dǎo)碼

8位前導(dǎo)碼設(shè)置成0X55，主要作用是分離噪聲和指示數(shù)據(jù)幀開始。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)與檢測參數(shù)位避免重疊。

②設(shè)備標(biāo)識(shí)位

該通信模塊IA4421的同步字位共16位，其中9位可編程。在數(shù)據(jù)接收時(shí)，先對設(shè)備標(biāo)識(shí)位進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)不符，則立刻放棄接收數(shù)據(jù)幀。

③檢測參數(shù)

在通信協(xié)議制定時(shí)，數(shù)據(jù)幀長度固定為40位，電池狀態(tài)信息、溫度信息、電壓信息分別占8位、16位、16位。

④校驗(yàn)位

校驗(yàn)位提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?6位，由傳輸數(shù)據(jù)決定其內(nèi)容。

⑤停止位

數(shù)據(jù)幀的結(jié)束由停止位來指示，共8位。

（2）CAN通信部分

CAN通信用來實(shí)現(xiàn)BMS、整車系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)采用CAN2.0B規(guī)范的通信協(xié)議。該通信通過高速CAN在主控模塊和車輛的整車控制器、充電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等之間建立通信，向控制器等發(fā)送電池組關(guān)鍵信息并作為控制的依據(jù)，且在車載顯示設(shè)備上顯示電池組的全面信息。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊飛，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的研究，[學(xué)位論文]，重慶大學(xué)，2010.

[2]彭超，鋰離子電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與SOC估算的研究，[學(xué)位論文]，華北電力大學(xué)，2012.

[3]劉新天，電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)估計(jì)策略研究，[博士學(xué)位論文]2011.