電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本電池管理系統(tǒng)的軟件主要包括三個(gè)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(gè)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(dú)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(dú)立A/D（TLC2543）采集程序。該部分負(fù)責(zé)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(guān)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(fù)責(zé)對溫度模擬量的轉(zhuǎn)換，由于溫度模擬量物理信號(hào)直接與S12的端口連接，程序上只需要對A/D模塊的相關(guān)寄存器配置好(如位數(shù)、時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)對齊方式等)，便完成初始化，隨后啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)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(huì)產(chǎn)生一定熱量，從而導(dǎo)致溫度的上升。溫度會(huì)影響電池的很多特性參數(shù)，故對電池組進(jìn)行熱量管理是非常重要的。采用并行通風(fēng)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(fēng)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(jì)算電池SOC；計(jì)算電池放電深度DOD；計(jì)算最大允許放電電流；計(jì)算最大允許充電電流；預(yù)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(jì)算流程電池狀態(tài)參數(shù)計(jì)算包括測量和計(jì)算部分：濾波電壓、電流與溫度測量數(shù)據(jù)；計(jì)算電池SOC；計(jì)算電池放電深度DOD；計(jì)算最大允許放電電流；計(jì)算最大允許充電電流；預(yù)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(dòng)力電池組工作過程中，實(shí)時(shí)掌握電池的各種狀態(tài)，甚至在停機(jī)狀態(tài)下也能將電池故障信息定位到動(dòng)力電池系統(tǒng)的各個(gè)部分（包括電池模塊）。故障級別分為：一般故障、警告故障和嚴(yán)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(hù)電池不被過分使用。1）BMS的重要診斷內(nèi)容如下：(1)啟動(dòng)過程的BMS硬件故障診斷；(2)啟動(dòng)過程的傳感器信號(hào)的合理性診斷；(3)啟動(dòng)過程的電池組電壓信號(hào)合理性診斷；(4)啟動(dòng)過程電池模塊電壓的合理性診斷；(5)啟動(dòng)過程電流信號(hào)的合理性診斷；(6)啟動(dòng)過程溫度信號(hào)的合理性診斷；(7)電壓波動(dòng)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(hào)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(fēng)機(jī)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(jìn)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(shè)置了診斷程序的進(jìn)入與退出條件；(2)采用分時(shí)診斷流程，節(jié)約CPU時(shí)間資源；(3)根據(jù)電池充電倍率，動(dòng)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(dòng)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(jìn)行（報(bào)警、故障與危險(xiǎn)）；(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(shí)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(dòng)設(shè)計(jì)底層軟件的CAN編程主要針對MC9S12DP512的msCAN模塊進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)楨格式也可以定義成擴(kuò)展楨格式，區(qū)別主要在ID標(biāo)識(shí)符寄存器內(nèi)容的設(shè)定上。相同之處在于：若RTR=0則為數(shù)據(jù)楨；若RTR=1則為遠(yuǎn)程楨。本系統(tǒng)根據(jù)需要，只使用了擴(kuò)展楨格式。每個(gè)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(shí)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(fù)制到指定的全局變量中。1）初始化。初始化過程只有在msCAN進(jìn)入初始化模式（設(shè)置CANCTL0和查詢CANCTL1）才能進(jìn)行，初始化主要包括工作方式的設(shè)置(CANCTL1)、波特率的設(shè)置（CANBTR0和CANBTR1）、接收濾波方式的設(shè)置（CANIDAC）、接收代碼寄存器(CANIDAR)和接收屏蔽寄存器(CANIDMR)的設(shè)置，之后退出初始化模式（設(shè)置CANCTL0和查詢CANCTL1）。1）報(bào)文接收。接收的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在一個(gè)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(yīng)用軟件。接收緩沖滿RXF標(biāo)志表示了RxFG的狀態(tài)，當(dāng)正確接收且通過標(biāo)識(shí)符驗(yàn)收的數(shù)據(jù)到達(dá)RxFG時(shí)，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(shí)每幀信息都要接受標(biāo)識(shí)符驗(yàn)收濾波，其原理是把標(biāo)識(shí)符驗(yàn)收寄存器的每一位與接收到的標(biāo)識(shí)符對應(yīng)的位異或取反后再與標(biāo)識(shí)符屏蔽寄存器的對應(yīng)位取或，最后所有結(jié)果進(jìn)行與運(yùn)算得出驗(yàn)收結(jié)果。本電池管理程序采用中斷方式接受報(bào)文，可減輕CPU負(fù)載，提高實(shí)時(shí)性。2）報(bào)文發(fā)送。本系統(tǒng)CAN模塊的發(fā)送采用定時(shí)方式來控制，按照整車CAN應(yīng)用層協(xié)議同其他車載控制器交換信息，同時(shí)具備事件觸發(fā)控制功能，以滿足電池管理系統(tǒng)標(biāo)定接口的要求。這里最好把CAN中斷優(yōu)先級設(shè)為高優(yōu)先級。發(fā)送時(shí)，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(biāo)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(biāo)志(TXE[2:0])清零，啟動(dòng)發(fā)送，發(fā)送期間，TXE[2:0]處于“鎖定”狀態(tài)，此時(shí)CPU不能訪問發(fā)送緩沖器。發(fā)送成功結(jié)束時(shí)，TXE[2:0]處于“釋放”狀態(tài)，這時(shí)CPU就可以訪問發(fā)送緩沖器，進(jìn)行下一次發(fā)送操作。1.3.2基于CAN的監(jiān)視軟件設(shè)計(jì)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(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對電池管理系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)訪問，完全滿足車載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求。USBCAN針對不同的應(yīng)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(shí)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(jìn)行的。只要定義了接收隊(duì)列，而且準(zhǔn)備USBCAN時(shí)，則在隊(duì)列接收到報(bào)文時(shí)，回調(diào)函數(shù)會(huì)自動(dòng)被調(diào)用。只需在回調(diào)函數(shù)中把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到特定的緩沖區(qū)便可。監(jiān)視軟件實(shí)現(xiàn)的功能有：(1)監(jiān)測動(dòng)力蓄電池的單體或模塊電壓；(