電動汽車BMS上位機系統的設計

尹天成

（青島大學 自動化與電氣工程學院，山東 青島266071）

0 引 言

汽車的出現極大地方便了人們的出行，也促進了汽車產業的飛速發展，如今汽車已成為一種“生活必需品”。但隨之而來的污染也給地球環境帶來了巨大的挑戰，而新興的新能源汽車成為解決問題的關鍵。電動汽車以其零污染、零排放的清潔性能成為環保主力。電池管理系統的發展研究成為制約電動汽車發展的關鍵。上位機作為電池管理系統的重要組成部分，承擔著實現人機交互功能的重要責任。

1 電池管理系統的結構

整個系統由四部分組成，其中包括檢測模塊、運算模塊、控制模塊以及通信模塊。檢測模塊由各種不同的檢測電路組成，分別針對不同狀態量進行檢測，主要包含溫度、電壓和電流檢測。系統運行時，首先由檢測模塊對系統運行中的狀態量進行檢測、采集，并將這些數據交由運算模塊和控制模塊進行處理，然后通過通信模塊傳給上位機，上位機進行分析處理后在人機交互界面上顯示，供使用者進行瀏覽。若還需要發出指令，則可以通過上位機界面同時完成［1］。

2 上位機的軟件設計

2.1 上位機語言的選擇

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是虛擬儀器的一種，是實現計算機與儀器結合的優秀編程語言。LabVIEW又被稱為G語言，以其圖形化語言簡化傳統編程語言的編寫過程，實現編程過程圖形模塊化，更容易編寫，并且程序以圖形化語言展現，方便編寫者閱讀和修改。

Visual Basic、Visual C＋＋作為兩種最常用的編程語言，具有零散的編程語言以及復雜的程序結構，技術人員需要耗費大量時間與精力，而且檢測錯誤更為復雜，也不利于其他人員的解讀與修改。而Lab－VIEW語言基本不包含程序代碼，大大簡化了編寫過程，并且圖形化程序對沒有編程經驗的人員十分友好，簡單易學而且容易理解，可以很快上手，大大縮短學習語言和編寫程序的時間。所以，本文選擇LabVIEW作為實現上位機軟件的編程語言。

2.2 系統分析

（1）系統功能模塊。上位機的功能是實現BMS與使用者之間的人機信息交互，即實時、及時檢測、采集電池管理系統運行時的各種狀態量信息，對這些信息進行分析與處理，分析結果傳到上位機進行顯示，供使用者查詢。

（2）數據通信模塊。通信模塊是聯系整個電池管理系統運行的紐帶，上述系統功能模塊之間的信息傳輸都需要通過數據通信模塊完成，系統運行的狀態量主要包括溫度、電流和電壓等，這些狀態量采集的及時性和準確性是支撐系統運行的基礎。

（3）重要數據顯示模塊。該模塊主要用來顯示能衡量系統運行狀態的主要狀態量，例如總電流、總電壓等。

（4）詳細數據顯示模塊。該模塊主要顯示單體電池的狀態信息。

（5）參數顯示和設置模塊。該模塊主要功能包括各種報警上下限和容量狀態的設置，前者包括溫度報警、電壓報警以及電流報警等，后者涵蓋電池剩余電量（SOC）估算、電池健康狀態（SHC）等參數的設置［2］。

2.3 界面設計

上位機通過通信模塊與主要控制系統進行通信，界面上首先包括通信接口的選擇，還有每個控制器的溫度和電壓顯示。接下來是參數的設置界面，包括最大充電電流、最大放電電流、總過壓、總欠壓等主要參數的設置，還有超過這些參數限定時的報警，如電池過充、過放、過溫、欠溫、過壓、欠壓報警等故障狀態。還需要顯示電壓、電流、功率、SOC、SHC等參數來確定系統狀態。最重要的主體部分還是電池組中各單體電池的狀態量。以上的內容通過LabVIEW前面板進行展示。

3 基于CAN總線的通訊模塊的設計

上位機部分與下位機部分之間的信息傳遞和指令傳輸都是通過通信模塊完成的，通信模塊是整個電池管理系統運行的關鍵紐帶。本文的通信模塊采用CAN總線來設計實現，其主要優點有：

（1）傳輸速率快；

（2）傳輸距離遠；

（3）多主發送的方式；

（4）完備的錯誤檢測機制。

CAN通信模塊主要負責作用于硬件和軟件。其中，硬件部分即CAN接口卡設備，即通過上位機軟件發出的指令來操作下位機，利用與該指令相關的庫函數，實現基本操作功能，如初始化、復位等。軟件部分完成監控和協議轉換功能，即監控由下位機部分通過CAN總線傳輸過來的信息，一旦發現有信息傳來，再將信息通過通信協議轉換后，翻譯成上位機軟件可以識別的格式，讓上位機進行讀取并顯示［3］。整個過程如圖1所示。

圖1 CAN總線監控線程流程圖

4 結 論

本文主要研究了電動汽車電池管理系統上位機系統的設計，包括上位機軟件的設計與通信模塊的設計。經過比較，上位機軟件通過LabVIEW這個圖形化程序語言來編寫，并通過分析系統各方面功能來設計上位機前面板界面及后臺程序；由于CAN總線優點突出，通信模塊的設計也是基于CAN總線設計的?？傮w而言，該上位機系統具有一定的實用價值，能完成對電池管理系統運行的監控及調試。