Life po4電池管理系統的軟件設計

曹步德

摘 要：本文對的動力電池硬件設計本文以鋰離子電池為研究對象，在前文所述用擴展的卡爾曼濾波法建立模型的基礎上，對電池管理系統的軟件進行合理設計。

關鍵詞：BMS 軟件設計 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是的動力電池，從系統的可擴展性及易實現性出發，本文設計的BMS的內部采用基于無線RF網絡的分布式結構。硬件部分設計采用功能劃分和模塊化設計思想，由上下兩層系統構成。

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、數據的通信、電池狀態預測等功能的實現。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行通信、對整個電池組管理和控制功能的功能實現。該BMS采用了分布式電池管理和監控的結構。在設計過程中，分別單獨設計電池檢測單元和中央控制單元。

BMS軟件采用的是低功耗、模塊化設計，由單元的數據采集、主控控制與管理和上位機監控組成。如果車輛停車熄火，BMS自動轉入低功耗模式。BMS的核心是主控，首先數據、鋰電池的總電流、總電壓，由其內部RF的網絡進行接收后，再計算鋰電池的SOC，通過分析電池相關數據對故障進行診斷，并輸出故障報警信息，再對故障進行適當處理，在內存儲重要參數;其次，來完成與負責監控上位機的軟件、車輛的控制器及充電機通信。BMS內擁有軟硬件結構和功能相同的16塊單元監控的模塊，RF的通信協議為這些模塊分配不一樣的ID號來加以區分。上位機監控軟件對BMS進行實時的監控，它與下位機之間通過來通信，實時繪圖、顯示出系統的相關信息（如SOC、電壓、電流、溫度等），并對系統故障的信息進行顯示，還可以使接收的數據存進數據庫。

1 主控ECU

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

因汽車的實際運行工況、環境比較復雜，固電池管理系統硬件和軟件設計都必須考慮到抗干擾。本系統通過采集多次取均值、定時復位看門狗、冗余信息適當增加、濾波等方法，來防止程序的失效和提高系統可靠性。

2 單元ECU

判斷電池的狀態、定時采樣和計算電壓、溫度、數據之間通信等都為單元的子程序。其定時的對電池信息進行采樣，并判斷其狀態，在接到了主控模塊發出的數據請求命令之后，單元通過把電池的信息進行封裝后再發送出去。單元當車輛處于停滯時將自動轉入到低功耗的模式。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BMS的基礎，RF通信是系統對各個單體電池進行檢測的連接紐帶。主控發出控制指令給各單元，各單元也通過RF網絡向主控發送單體電池溫度、電池狀態的信息及電壓，它們之間進行交互信息傳輸。信息請求指令先由主控發出，各單元分析收到的指令，在對該信息的地址進行驗證，若相符則對信息進行發送，若不符單元的終端則回到原接收前的狀態。

因信息傳輸采用了無線通訊的方式，需對現場環境中的噪聲進行抑制。其次，校驗方式是否有效、通信協議是否合理，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據幀的形式，其數據幀信息的長度是12bytes，表1為其格式。

①前導碼

8位前導碼設置成0X55，主要作用是分離噪聲和指示數據幀開始。設計時，應與檢測參數位避免重疊。

②設備標識位

該通信模塊IA4421的同步字位共16位，其中9位可編程。在數據接收時，先對設備標識位進行檢查，若發現不符，則立刻放棄接收數據幀。

③檢測參數

在通信協議制定時，數據幀長度固定為40位，電池狀態信息、溫度信息、電壓信息分別占8位、16位、16位。

④校驗位

校驗位提高數據傳輸的可靠性，共16位，由傳輸數據決定其內容。

⑤停止位

數據幀的結束由停止位來指示，共8位。

（2）CAN通信部分

CAN通信用來實現BMS、整車系統之間的數據傳輸，本系統采用CAN2.0B規范的通信協議。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、電動機等之間建立通信，向控制器等發送電池組關鍵信息并作為控制的依據，且在車載顯示設備上顯示電池組的全面信息。

參考文獻：

[1]楊飛，磷酸鐵鋰動力電池管理系統的研究，[學位論文]，重慶大學，2010.

[2]彭超，鋰離子電池管理系統軟件設計與SOC估算的研究，[學位論文]，華北電力大學，2012.

[3]劉新天，電源管理系統設計及參數估計策略研究，[博士學位論文]2011.