Life po4电池管理系统的软件设计

曹步德

摘 要：本文对的动力电池硬件设计本文以锂离子电池为研究对象，在前文所述用扩展的卡尔曼滤波法建立模型的基础上，对电池管理系统的软件进行合理设计。

关键词：BMS 软件设计 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

本文所選电池为型号是的动力电池，从系统的可扩展性及易实现性出发，本文设计的BMS的内部采用基于无线RF网络的分布式结构。硬件部分设计采用功能划分和模块化设计思想，由上下两层系统构成。

图1中的下层的单体电池的检测单元用来保证单体电池温度、电压的采集、数据的通信、电池状态预测等功能的实现。上层的中央控制单元保证电池SOC的估算、上下层间通信、电池的故障诊断及警示、信息显示、用CAN总线和整车控制器进行通信、对整个电池组管理和控制功能的功能实现。该BMS采用了分布式电池管理和监控的结构。在设计过程中，分别单独设计电池检测单元和中央控制单元。

BMS软件采用的是低功耗、模块化设计，由单元的数据采集、主控控制与管理和上位机监控组成。如果车辆停车熄火，BMS自动转入低功耗模式。BMS的核心是主控，首先数据、锂电池的总电流、总电压，由其内部RF的网络进行接收后，再计算锂电池的SOC，通过分析电池相关数据对故障进行诊断，并输出故障报警信息，再对故障进行适当处理，在内存储重要参数;其次，来完成与负责监控上位机的软件、车辆的控制器及充电机通信。BMS内拥有软硬件结构和功能相同的16块单元监控的模块，RF的通信协议为这些模块分配不一样的ID号来加以区分。上位机监控软件对BMS进行实时的监控，它与下位机之间通过来通信，实时绘图、显示出系统的相关信息（如SOC、电压、电流、温度等），并对系统故障的信息进行显示，还可以使接收的数据存进数据库。

1 主控ECU

主控包含估算SOC、采集及计算电流、电压的程序，还有分析故障、给出报警以及数据通信程序等。主控单元将接收到参数（单体电池温度、电压等）以及所测量的自身SOC、电流、总电压等数据结合起来分析，判断出整个电池组所处的工作状态，并对其运行的历史数据进行记录。主控的软件流程图如图2。

因汽车的实际运行工况、环境比较复杂，固电池管理系统硬件和软件设计都必须考虑到抗干扰。本系统通过采集多次取均值、定时复位看门狗、冗余信息适当增加、滤波等方法，来防止程序的失效和提高系统可靠性。

2 单元ECU

判断电池的状态、定时采样和计算电压、温度、数据之间通信等都为单元的子程序。其定时的对电池信息进行采样，并判断其状态，在接到了主控模块发出的数据请求命令之后，单元通过把电池的信息进行封装后再发送出去。单元当车辆处于停滞时将自动转入到低功耗的模式。单元程序流程图如图3。

3 RF通信与CAN通信

（1）通信部分

作为是整个BMS的基础，RF通信是系统对各个单体电池进行检测的连接纽带。主控发出控制指令给各单元，各单元也通过RF网络向主控发送单体电池温度、电池状态的信息及电压，它们之间进行交互信息传输。信息请求指令先由主控发出，各单元分析收到的指令，在对该信息的地址进行验证，若相符则对信息进行发送，若不符单元的终端则回到原接收前的状态。

因信息传输采用了无线通讯的方式，需对现场环境中的噪声进行抑制。其次，校验方式是否有效、通信协议是否合理，是接收端与的电池端正常RF通信的保证。电池信息的传送采用数据帧的形式，其数据帧信息的长度是12bytes，表1为其格式。

①前导码

8位前导码设置成0X55，主要作用是分离噪声和指示数据帧开始。设计时，应与检测参数位避免重叠。

②设备标识位

该通信模块IA4421的同步字位共16位，其中9位可编程。在数据接收时，先对设备标识位进行检查，若发现不符，则立刻放弃接收数据帧。

③检测参数

在通信协议制定时，数据帧长度固定为40位，电池状态信息、温度信息、电压信息分别占8位、16位、16位。

④校验位

校验位提高数据传输的可靠性，共16位，由传输数据决定其内容。

⑤停止位

数据帧的结束由停止位来指示，共8位。

（2）CAN通信部分

CAN通信用来实现BMS、整车系统之间的数据传输，本系统采用CAN2.0B规范的通信协议。该通信通过高速CAN在主控模块和车辆的整车控制器、充电机、电动机等之间建立通信，向控制器等发送电池组关键信息并作为控制的依据，且在车载显示设备上显示电池组的全面信息。

参考文献：

[1]杨飞，磷酸铁锂动力电池管理系统的研究，[学位论文]，重庆大学，2010.

[2]彭超，锂离子电池管理系统软件设计与SOC估算的研究，[学位论文]，华北电力大学，2012.

[3]刘新天，电源管理系统设计及参数估计策略研究，[博士学位论文]2011.