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摘要：随着全球能源危机、环境污染等问题的日益突出，纯电动汽车以其无污染、节能等优势正日益受到各国政府和汽车商的青睐。纯电动汽车产业化的关键在于电池及其应用技术的发展，而电池管理系统就是制约电池技术发展的瓶颈之一。本文以电池管理系统为研究对象，从电池管理系统的功能研究，最终设计并实现系统的软件平台。
关键词：纯电动汽车；电池管理；软件设计
1 纯电动汽车电池管理系统功能分析
电动汽车引领着汽车技术的发展方向，具有低排放甚至零排放、热辐射低、噪音低且环境友好等特点，是节能、环保和可持续发展的新型交通工具，具有广阔的发展前景。在产业过程中，蓄电池及其管理系统作为主要的动力源部件是其中最为重要的一个环节。电池管理系统应具有如下功能：
1）参数检测。实时采集电池充放电状态。采集的数据有电池总电压、电池总电流、每包电池测点温度以及单体模块电池电压等；2）剩余电量(SOC)估计。电池剩余能量相当于传统车的油量。为了让司机及时了解SOC，系统应即时采集充放电电流、电压等参数，通过相应的算法进行SOC的估计；3）充放电控制。根据电池的荷电状态控制对电池的充放电。若某个参数超标，如单体电池电压过高或过低，为保证电池组的正常使用及性能的发挥，系统将切断继电器，停止电池的能量供给；4）热管理。实时采集每包电池测点温度，通过对散热风扇的控制防止电池温度过高；5）均衡控制。由于每块电池个体的差异以及使用状态的不同等原因，因此电池在使用过程中不一致性会越来越严重。系统应能判断并自动进行均衡处理；6）故障诊断。通过对电池参数的采集，系统具有预测电池性能、故障诊断和提前报警等功能；7）数据通信显示功能：电池管理系统收集到的电池信息首先被送往电池管理系统BMS主控芯片进行SOC电量估算与均衡控制等处理，再将结果通过CAN总线发送给其他设备使用。同时，电池管理系统BMS通过串口通信将信息显示在上位机，方便驾驶员及维修人员对车辆信息有清晰的掌握和判断。
2 电池管理系统的软件关键技术
2.1电池管理系统主程序
电池管理系统的主要功能是检测电池包的电流、电压、过电流、漏电流、温度等数据，同时在运行过程中估计电池的剩余容量并做出各种错误报警。如图 1 所示为系统的主程序流程图：各子模块测量所在电池包的单体电压和温度，将数据通过 CAN 总线报送母控制器，母模块完成电压、电流、过电流、漏电流等数据测量，同时控制热管理风机的启停，将重要数据信息整车通过 CAN 总线报送至整车控制器。
2.2系统初始化子程序
系统初始化子程序流程图如图2所示。其中主要对DSP内部系统寄存器的初始化，包括定时器初始、A/D采集模块初始化、CAN通信寄存器初始化、SCI串口寄存器初始化以及SPI通信寄存器初始化。
2.3SOC估算子程序
当前电池中的剩余荷电状态即SOC估算。只有精确地估算出SOC，才能帮助驾驶员做出正确的出行判断，同时也为其它控制提供了重要依据。SOC估算是BMS的一项主要功能，我们采用BP神经网络法对电池SOC进行估算，见图3。
2.4电池总电压/总电流采集子程序
在CCS中对AD初始化子程序进行配置，使用DSP内部EVA管理器将第一路至第三路A/D（通道0-2）转化，从而读取电池的信息值。
2.5电池包单体电池电压采集子程序
电池包单体电池电压采集子程序的采集板的主芯片支持SPI通信方式，主控制器采用SPI通信方式向采集板下发指令并执行相应指令，完成电池包单体电池电压采集。
2.6均衡控制子程序
电池管理系统均衡管理方案是以单体电池的电压值为参考量进行均衡管理。CAN通信模块软件设计
2.7通信协议的制定
系统的每个采集子板周期性采集底层数据，并作出处理，然后定时向主板发送数据。工作状态可以分为：1）上电诊断状态：系统上电后，完成初始化，发送网络初始化信息，同时随时接收其它节点的网络初始化信息。
通过网络初始化信息的交换，主控制器判断整个网络是否完成初始化过程，同时启动命令则进入正常工作状态。2）正常工作状态：在正常工作状态下，个单元之间通过以CAN总线进行通信，以实现传感器测量数据的共享、控制指令的发送和接收等。当休眠条件满足时，控制模块从正常工作状态转入休眠状态；当CAN模块故障计数器的计数值满足条件后，各模块从正常工作状态转入总线关闭状态。3）休眠状态：该状态下，系统处于低功耗模式。一旦接收到唤醒信号或远程唤醒信号，就从休眠状态转入正常工作状态其间需要使用网络初始化信息。4）总线关闭状态：关闭状态的系统复位CAN模块，重建连接；如果几次连接失败，则转为看门狗复位，并向主控制器请求重新进入工作状态。5）掉电状态：关闭电源时，控制单元所处的状态。
3 结论
本文设计开发了纯电动汽车电池管理系统，首先分析了电池管理系统的主要功能，在此基础上对系统总体流程图及其各个分块予以了描述，并描述了CAN通讯的程序设计，该系统实时检测各种运行参数、故障诊断报警和热管理等功能，而且系统精度、可靠性也满足使用要求，为纯电动汽车的推广使用奠定了基础。
参考文献
[1]动力电池管理系统数据采集模块设计[J].党晓圆,汪纪锋,马冬梅.电源技术.2017(08).
[2]电池管理系统采集板的设计与实现[D].黎凤.武汉理工大学,2015.
论文作者:夏荣华1,周素兰2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/2
标签：电池论文; 管理系统论文; 状态论文; 初始化论文; 子程序论文; 电压论文; 系统论文; 《防护工程》2017年第30期论文;