一种基于AUTOSAR的BMS软件系统编译技术路线

杨 桃，李曙生，邹海曙，吉 盛

（1.江苏春兰清洁能源研究院有限公司；2.泰州职业技术学院，江苏 泰州 225300）

随着全球金融危机、生态环境恶化与能源、资源枯竭等问题的加剧，大力研究和利用新能源汽车相关技术及促进产业发展已成为世界汽车工业竞争的一个新焦点，美国、日本、德国等世界主要汽车制造强国纷纷加入抢占新能源汽车技术和市场制高点的行列。2015年5月，国务院印发我国实施制造强国战略行动纲领《中国制造2025》，强调要大力推动节能与新能源汽车领域的突破发展，进一步推动节能与新能源汽车核心技术的工程化和产业化能力，形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系。2016 年10 月，中国汽车工程学会发布《节能与新能源汽车技术路线图》，指出预计到2030 年我国节能与新能源汽车的销量将占汽车总销量的40%～50%。在各项政策的推动下，国内汽车企业不断增加对新能源汽车及相关零部件的研发投入，在突破动力电池、电驱动、电控等关键技术，完善基础设施建设，推动新能源汽车产业化等方面取得了长足的进步，这意味着在未来十几年，我国新能源汽车市场需求将急剧扩大，相关核心技术将迎来前所未有的发展机遇。

随着国家政策的推动和汽车行业的发展，新能源汽车的发展如火如荼地进行着。BMS（Battery Management System，电池管理系统）作为动力电池的核心部件能够完成对动力电池的精确管理与安全保障，BMS的性能优劣将直接决定电动汽车的动力性能、续航里程与安全。将AUTOSAR（AUTOmotive Open System Architecture 汽车开放系统架构）技术引入到BMS 系统研发中，对探索基于AUTOSAR的BMS软件系统编译技术路线，优化BMS算法，实现高效研发具有重要意义。

1 AUTOSAR架构的技术概述

AUTOSAR架构由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立，各成员保持开发合作伙伴关系。自2003年起，各伙伴公司携手合作，致力于为汽车工业开发一个开放的、标准化的软件架构。AUTOSAR架构有利于车辆电子系统软件的交换与更新，并为高效管理愈来愈复杂的车辆电子、软件系统提供基础。

图1所示为AUTOSAR的层次架构，分三个层次，分别是应用层（Application Layer）、运行时环境（RTE）层、基础软件（BSW）层（见图1）。

图1 AUTOSAR架构

应用层（Application Layer）由各种相互通信的AUTOSAR 应用软件组件组成，实现BMS 部分或全部功能，是BMS的核心技术。

运行时环境（RTE）层负责应用层（Application Layer）与基础软件（BSW）层之间的通讯，系统中的所有软件组件均需以RTE 为通道与基础软件BSW 或其他组件进行信息交互，使得各应用软件的实现并不依赖于硬件平台和系统的网络构成[1]。

基础软件（BSW）层主要用于提供基础软件服务，包括标准化的系统功能以及功能接口，并且由一系列的基础服务软件组件构成，包括系统服务、内存服务、通信服务等。

2 动力电池管理系统（BMS）功能

新能源汽车区别于传统车最核心的技术是“三电”，即动力电池、电驱动、电控。动力电池是新能源汽车的动力来源，为新能源汽车的行驶提供源源不断的能量，是新能源汽车的心脏。动力电池管理系统（BMS）是动力电池的核心部件，通过对动力电池进行全方位的实时监控、管理和保护，提高电池的性能和使用效率，进而提高整个系统的可靠性和稳定性，确保新能源汽车的安全。BMS有如下基本功能：

动态监测单体电池或电池组电压，实时采集单体电池或电池组的端电压，测量精度≤±0.5%FS。

动态监测单体电池或电池组温度，实时采集单体电池或电池组温度场的温度，测量精度≤±2℃。

单体电池或电池组电压均衡管理，均衡管理的目的是“削峰填谷”。即在充电、放电或搁置过程中，通过外加电路对电池充放电电流的调节，使电池的电压达到较好的一致性，均衡后电池间SOC差≤10%。

动态监测电池系统总电压，实时采集电池系统输出总电压，测量精度≤±2%FS。

动态监测电池系统总电流，实时采集电池系统输出总电流，测量精度≤±3%FS。

电池荷电状态（SOC）估算，SOC 估算一直是BMS 中非常关键的技术问题，是整车控制策略制定的重要依据，因此对SOC 的估算精度（尤其是动态精度）要求较高，SOC估算精度≤10%。

电池健康状态（SOH）估算，SOH 反映电池容量、健康度、性能状态，是电池使用一段时间后性能参数与标称参数的比值，当电池充满电时的容量低于电池额定容量的80%时，电池就应该更换。老化电池性能严重下降，且容易引发各种安全问题。如果能准确估算电池健康状态，及时提醒人们更换新电池，可以避免老化电池使用过程中发生不可预知的安全问题，同时还可以避免过早更换新电池造成资源浪费。

电池系统热管理，根据动态监测单体电池或电池组温度数据，通过导热介质、温控装置构成的闭环调节系统，适时对动力电池采取加热、散热、温度均恒措施，使动力电池保持在10～30℃的温度范围之内，维持其最佳的使用状态，保证电池系统的使用性能、安全和寿命。

电池系统绝缘电阻监测，动力电池系统属高压带电系统，电气安全直接关系到乘客的人身安全，绝缘失效会造成高压对人体的直接伤害，因此绝缘电阻的检测是重要环节，一般通过检测电池正对地、负对地的绝缘电阻来判定绝缘性能。

故障诊断处理，通过动态监测动力电池的工作状态，对过温、过电压、欠电压、过流、SOC过低、绝缘电阻报警等故障及时诊断处理，并通过CAN通信报给整车ECU。

CAN通信，CAN通信是一种控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴，与一般的通信总线相比，CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，在汽车领域应用最广泛。BMS 的CAN通信一般由内部CAN总线和外部CAN总线组成，内部CAN总线完成BMS主控制器与各子系统控制器之间的数据交换，外部CAN 总线完成BMS与整车之间的数据交换。

3 基于AUTOSAR 的BMS 软件系统编译技术路线

AUTOSAR 架构有利于BMS 软件的开发与更新，为高效管理日渐复杂的软件系统提供基础，并且在确保产品及服务质量的同时降低了成本，提高了效率，依托汽车开发V 模式，实现将控制模型直接移植到目标BMS的无缝连接。

AUTOSAR 层次化的软件架构和标准化的接口以及虚拟功能总线的这些特点使得基于AUTOSAR 的开发方式能够实现软硬件相互脱离，驱动代码以配置的形式自动生成，应用代码的自动生成以及工具链之间的无缝连接，不用像传统方式一样在应用代码生成之后进行繁琐的应用代码和驱动代码之间的拼接工作，标准的开发流程和AUTOSAR 工具链的配合使得在统一标准下，任务可以分散进行，然后集中起来配置，这些都大大加速了电子系统的开发速度，标准化的接口定义也使得产品集成后的一致性和可靠性得到保证[2]。

基于AUTOSAR 的开发方法，从总体软件架构的设计到软件组件的应用代码，再到底层驱动代码、底层服务代码以及RTE 代码，依托AUTOSAR 工具链来进行。

搭建MATLAB/Simulink 功能模型。根据功能需求在Simulink 环境下搭建功能模型，并进行仿真分析。然后将Simulink 模型转化为Targetlink 模型，并根据实际需要进行变量定标、算法优化、设置代码生成选项等工作，并针对Targetlink 模型进行仿真分析。

自动生成代码及在环测试。在模型验证通过后，通过Targetlink 工具自动生成C 语言代码。进行Tasking 集成编译链接，将生成的.s19 文件下载至硬件平台。先进行软件在环测试，测试软件代码的功能与性能能否满足要求，再进行硬件在环测试，用于测试应用层软件与底层软件的兼容性。

技术路线如图2所示。

图2 技术路线

4 结语

BMS 通过对电池组实施有效管理，有利于确保电动汽车的安全，保障电池组的性能，提高电池使用效率，进而提高整个系统的可靠性和稳定性。探索基于AUTOSAR 的BMS 软件系统编译技术路线，通过对BMS 的功能与性能的深入了解，对其进行基于MATLAB/Simulink 的应用层可视化模型搭建，得到结构紧凑、故障率少的自动代码，对其进行软硬件在环仿真和实车搭载试验，不断调试与修改，得到准确无误、性能优异的BMS 系统，这对于节约编写代码的时间，缩短BMS 项目的开发周期，提高BMS 代码的准确性具有重要意义，同时提升了新能源汽车动力电池管理系统的竞争力，带动了相关产业升级，促进新能源汽车行业发展。