電池管理系統(tǒng)軟件設計

電池管理系統(tǒng)軟件設計本電池管理系統(tǒng)的軟件主要包括三個部分：數(shù)據(jù)采集與控制部分、中央處理單元的管理部分、整個系統(tǒng)的CAN通訊部分。從軟件載體上分為：控制器程序和與之相配套的監(jiān)視軟件。1.1數(shù)據(jù)采集與控制部分1.1.1數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在硬件上由片外獨立A/D（TLC2543）和S12片內(nèi)A/D模塊組成，數(shù)據(jù)采集統(tǒng)程序需要分兩塊處理。數(shù)據(jù)采集的頻率是每10ms一次刷新一次數(shù)據(jù)。1）片外獨立A/D（TLC2543）采集程序。該部分負責對電流、電壓模擬量的轉(zhuǎn)換，考慮到硬件上采用浮地技術(shù)，故需要I/O口控制電子開關矩陣，以配合TLC2543的通道選擇，完成電流、電壓數(shù)據(jù)的采集。2）S12片內(nèi)A/D模塊采集程序。該部分負責對溫度模擬量的轉(zhuǎn)換，由于溫度模擬量物理信號直接與S12的端口連接，程序上只需要對A/D模塊的相關寄存器配置好(如位數(shù)、時鐘頻率、數(shù)據(jù)對齊方式等)，便完成初始化，隨后啟動轉(zhuǎn)換，查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位，即可完成一次A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。1.1.2熱量管理控制程序由于充、放電過程中，電池本身會產(chǎn)生一定熱量，從而導致溫度的上升。溫度會影響電池的很多特性參數(shù)，故對電池組進行熱量管理是非常重要的。采用并行通風散熱方式，可以獲得均勻的電池箱內(nèi)的溫度場分布，從而保證電池組各單體電池的溫度平衡。熱量管理的方式是通過分析采集的溫度數(shù)據(jù)，采用一定的控制策略，控制冷卻風扇控制的開啟，維持電池工作的最佳環(huán)境溫度。1.2中央處理單元的管理部分中央處理單元主要執(zhí)行以下工作：電壓、電流與溫度測量數(shù)據(jù)濾波；計算電池SOC；計算電池放電深度DOD；計算最大允許放電電流；計算最大允許充電電流；預測蓄電池壽命指數(shù)和SOH；故障診斷。1.2.1電池狀態(tài)參數(shù)計算流程電池狀態(tài)參數(shù)計算包括測量和計算部分：濾波電壓、電流與溫度測量數(shù)據(jù)；計算電池SOC；計算電池放電深度DOD；計算最大允許放電電流；計算最大允許充電電流；預測蓄電池壽命指數(shù)和SOH；故障診斷；1.2.2電池狀態(tài)故障診斷故障診斷功能是BMS的重要組成部分，本課題故障診斷可以在動力電池組工作過程中，實時掌握電池的各種狀態(tài)，甚至在停機狀態(tài)下也能將電池故障信息定位到動力電池系統(tǒng)的各個部分（包括電池模塊）。故障級別分為：一般故障、警告故障和嚴重故障。BMS根據(jù)故障的級別將將電池狀態(tài)歸納成盡快維修、立即維修和電池壽命警告等三類信息傳遞到儀表板以警示駕駛者。從而保護電池不被過分使用。1）BMS的重要診斷內(nèi)容如下：(1)啟動過程的BMS硬件故障診斷；(2)啟動過程的傳感器信號的合理性診斷；(3)啟動過程的電池組電壓信號合理性診斷；(4)啟動過程電池模塊電壓的合理性診斷；(5)啟動過程電流信號的合理性診斷；(6)啟動過程溫度信號的合理性診斷；(7)電壓波動診斷；(8)無模塊電壓診斷；(9)無電池組電壓診斷；(10)無溫度信號診斷；(11)電流故障診斷；(12)流量傳感器故障診斷；(13)模塊電壓一致性故障診斷；(14)過流故障診斷；(15)通訊系統(tǒng)故障診斷；(16)通風機故障診斷；(17)高壓電控制故障診斷；(18)模塊電壓的過充診斷；(19)電池組電壓的過充診斷；(20)模塊電壓變化率的過充診斷；(21)電池組電壓變化率的過充診斷；(22)SOC的過充診斷；(23)傳感器溫度的過充診斷；(24)平均溫度的過充診斷；(25)傳感器溫度變化率的過充診斷；(26)平均溫度變化率的過充診斷；(27)模塊電壓的過放診斷；(28)電池組電壓的過放診斷；(29)模塊電壓變化率的過放診斷；(30)電池組電壓變化率的過放診斷；(31)SOC的過放診斷；(32)傳感器溫度的過放診斷；(33)平均溫度的過放診斷；(34)傳感器溫度變化率的過放診斷；(35)平均溫度變化率的過放診斷。2）BMS的上述診斷內(nèi)容分充電過程、放電過程進行，診斷策略與失效處理的基本策略是：(1)根據(jù)各故障原因，對各種故障診斷分別設置了診斷程序的進入與退出條件；(2)采用分時診斷流程，節(jié)約CPU時間資源；(3)根據(jù)電池充電倍率，動態(tài)調(diào)節(jié)充電診斷過程參數(shù)；(4)根據(jù)電池放電倍率，動態(tài)調(diào)節(jié)放電診斷過程參數(shù)；(5)故障診斷分三種不同級別進行（報警、故障與危險）；(6)故障診斷結(jié)果通過CAN總線送至VMS；(7)故障診斷結(jié)果參與電池實際工作電流的控制；(8)故障診斷結(jié)果參與高壓電控制。1.3CAN通訊系統(tǒng)部分1.3.1CAN的底層驅(qū)動設計底層軟件的CAN編程主要針對MC9S12DP512的msCAN模塊進行。msCAN的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分為發(fā)送和接收緩沖區(qū)，兩者分開定義，占用不同的地址空間。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可以定義成標準楨格式也可以定義成擴展楨格式，區(qū)別主要在ID標識符寄存器內(nèi)容的設定上。相同之處在于：若RTR=0則為數(shù)據(jù)楨；若RTR=1則為遠程楨。本系統(tǒng)根據(jù)需要，只使用了擴展楨格式。每個緩沖區(qū)在數(shù)據(jù)成功地傳送完成后都可以產(chǎn)生中斷。這里接收時使用了中斷，每次成功地接收了一組數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)復制到指定的全局變量中。1）初始化。初始化過程只有在msCAN進入初始化模式（設置CANCTL0和查詢CANCTL1）才能進行，初始化主要包括工作方式的設置(CANCTL1)、波特率的設置（CANBTR0和CANBTR1）、接收濾波方式的設置（CANIDAC）、接收代碼寄存器(CANIDAR)和接收屏蔽寄存器(CANIDMR)的設置，之后退出初始化模式（設置CANCTL0和查詢CANCTL1）。1）報文接收。接收的數(shù)據(jù)儲存在一個5級的輸入FIFO中，背景緩沖RxBG始終與msCAN相連，前景緩沖RxFG始終與CPU相連，這種處理方便了應用軟件。接收緩沖滿RXF標志表示了RxFG的狀態(tài)，當正確接收且通過標識符驗收的數(shù)據(jù)到達RxFG時，RXF置位，接收子程序可以通過查詢或中斷的方式來接收數(shù)據(jù)。接收時每幀信息都要接受標識符驗收濾波，其原理是把標識符驗收寄存器的每一位與接收到的標識符對應的位異或取反后再與標識符屏蔽寄存器的對應位取或，最后所有結(jié)果進行與運算得出驗收結(jié)果。本電池管理程序采用中斷方式接受報文，可減輕CPU負載，提高實時性。2）報文發(fā)送。本系統(tǒng)CAN模塊的發(fā)送采用定時方式來控制，按照整車CAN應用層協(xié)議同其他車載控制器交換信息，同時具備事件觸發(fā)控制功能，以滿足電池管理系統(tǒng)標定接口的要求。這里最好把CAN中斷優(yōu)先級設為高優(yōu)先級。發(fā)送時，CPU檢查CAN模塊的發(fā)送緩沖區(qū)，若有發(fā)送緩沖器處于“釋放”狀態(tài),標志(TXE[2:0])置位，則CPU將發(fā)送的信息傳送到該發(fā)送緩沖器，然后將該標志(TXE[2:0])清零，啟動發(fā)送，發(fā)送期間，TXE[2:0]處于“鎖定”狀態(tài)，此時CPU不能訪問發(fā)送緩沖器。發(fā)送成功結(jié)束時，TXE[2:0]處于“釋放”狀態(tài)，這時CPU就可以訪問發(fā)送緩沖器，進行下一次發(fā)送操作。1.3.2基于CAN的監(jiān)視軟件設計基于CAN的監(jiān)視軟件的是針對USBCAN開發(fā)的，PC通過USBCAN可與車載CAN網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)對電池管理系統(tǒng)的在線實時訪問，完全滿足車載動態(tài)實時監(jiān)測的要求。USBCAN針對不同的應用提供了其開發(fā)接口文件ControlCAN.h、ControlCAN.lib、ControlCAN.dll。對于本系統(tǒng)，需要將ControlCAN.h、ControlCAN.lib添加到工程，同時將ControlCAN.dll拷貝到系統(tǒng)目錄。這里涉及到數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)用接口里面的VCI_Transmit函數(shù)便可。數(shù)據(jù)接收是通過回調(diào)函數(shù)進行的。只要定義了接收隊列，而且準備USBCAN時，則在隊列接收到報文時，回調(diào)函數(shù)會自動被調(diào)用。只需在回調(diào)函數(shù)中把數(shù)據(jù)存儲到特定的緩沖區(qū)便可。監(jiān)視軟件實現(xiàn)的功能有：(1)監(jiān)測動力蓄電池的單體或模塊電壓；(