电池参数阈值采集和报警功能上位机设计

杨思敏 申彩英

（辽宁工业大学）

动力电池作为动力源是电动汽车的核心组成部分之一，其性能关系到整车的行驶里程以及安全性，因此对电动汽车动力电池组的分析和管理至关重要[1]。实时采集和监控电池的参数变化能够较好地发挥电池组的性能。其中电池参数的阈值对保证电池以及整车的安全性起到了很大的作用[2]。在电池管理系统的设计中，电池的控制策略会根据预先设定好的阈值对电池进行管理，例如温度过高，电池管理系统打开风机并将温度过高的信息显示给驾驶员。所以将电池管理系统中的电池参数阈值读取并显示到上位机，可以令设计人员更加清晰地了解到电池的各种特性，并进行设计。

1 系统整体结构

电池管理系统（BMS）分为主控制器（BCU）和从控制器（MCU）。BCU是BMS的核心，负责采集单体电池电压及温度等信息，通过CAN网络将信息发送给上位机[3]。上位机根据不同的CANID，对接收到的数据进行解包，然后将系统状态显示出来。为了方便和标准调试电动车电池路跑性能以及便于排查问题，将所接收到的数据存储到数据库里，同时，将电池报警、电池SOC、单体温度及单体电压等阈值信息展现在显示设备上。

2 上位机系统的主要功能

根据BMS的主要功效，BMS中的上位机系统包含功能的定义如下：

1）CAN接收模块：接收MCU发送过来的报文，并显示、存储及解析报文。

2）BMS运行状态显示：电池单体最高最低电压；电池单体温度、最高温度、最低温度及平均温度；电池充放电电流；电池报警信息等。

3）BMS中的上位机管理系统：系统底层是通讯层，按照CAN协议接收数据，存储到缓冲区，协议层按照内部协议进行解包，发送到显示队列里面，准备显示和存储。

3 通讯协议的制定

协议报文，如表1～表4所示。

表1 电池管理系统温度报文

表2 电池管理系统电流报文

表3 电池管理系统配置报文

表4 电池管理系统单箱单体电池的参数报文

4 上位机开发

4.1 开发环境

上位机软件以LabVIEW为开发环境，实现对BCU数据请求指令和控制指令的发送、数据显示及数据存储等功能[4]。软件界面前面板包含多个自定义控件样式。

4.2 软件的前面板

前面板设计主要利用仪表控件进行显示，如图1所示，各种仪表控件可以直观地将电池参数显示出来。在配置部分，本设计可以根据情况选择CAN报文的传输通道和传输速率，本上位机设计了8个通道和125，250，500，800 Baud 4种波特率。在报文显示部分，上位机显示了当前运行的时间、电池的各项参数及电池各项阈值的信息。在报警部分的设计中，当电池的参数超过预先设定好的阈值时，上位机会出现报警信息。

图1 上位机前面板显示界面

4.3 软件的后面板

设计主要采用了“顺序结构”“while结构”“条件结构”，主要采用调用库函数节点的方法来实现软件和硬件的结合。

4.3.1 数据解析流程

首先要将CAN数据从底层提取出来，这时就要进行配置设置（要对PCAN进行初始化，对PCAN的通道和波特率进行配置）；然后利用已经写好的底层库读取CAN数据，将接收到的CAN数据以ID进行解绑，根据事先拟好的通讯协议进行解析。

4.3.2 底层库的设计

1）数据采集子程序。数据从PCAN输入类中输出给写入模板，而写入模板的PCANstatues则由动态链接库来设置，其中有参数、缓冲寄存器和字节的设置，如图2所示，所有满足这些要求的数据进入到写入模板中，往下传递。2）PCAN初始化。初始化就是把变量赋为默认值，把控件设为默认状态，把没准备的准备好[5-6]。如图3所示，设计主要对PCAN进行初始化设置，当一次采集数据任务完成之后，软件要对通道、波特率、缓冲寄存器、错误帧及IO口等进行初始化，以便完成下一次的数据采集工作。

图2 写入数据子程序的后面板图

图3 PCAN初始化子程序的后面板图

4.3.3 数据保存

当程序运行完毕之后，用户可以单击数据保存控件将数据保存到Excel表格中，以便日后分析数据使用。

5 测试结果与验证

为了验证仿真软件的稳定性和正确性，利用PCAN-Explorer软件，对设计的仿真软件的正确性和稳定性进行了监控。如图4所示，上位机接收PCAN软件发送来的CAN报文并进行解析显示，报文部分和仪表部分的数值是相同的，而且两部分的数据均正常显示。

图4 上位机前面板测试结果图

6 结论

随着电动汽车的发展，对车用电池管理系统性能的要求也逐渐提高。本BMS上位机实现了锂离子电池阈值的读取及锂离子电池故障自诊断与报警功能。该上位机的特点是：监测参数多（电压、电流及温度等阈值），监测对象可以具体到每箱电池组，采用CAN通信传输速率高且稳定性好，提高了电池管理系统的可靠性。