車載電池管理系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2773車載電池管理系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 圖1.17數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊1.9時(shí)鐘模塊當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障，需要通過系統(tǒng)發(fā)生的故障時(shí)間來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息，使電池的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。因?yàn)榭赡艽嬖诠╇娛植环€(wěn)定的情況，所以本文考慮對時(shí)鐘芯片進(jìn)行掉電保護(hù)設(shè)計(jì)。其硬件電路如圖1.18所示：圖1.18外部時(shí)鐘模塊由于外部電池的功率有限，車輛電池管理系統(tǒng)中其他芯片的電源端口連接到時(shí)鐘芯片的電源端口。如果外部電池不是為保護(hù)而設(shè)計(jì)的，則將不可避免地導(dǎo)致外部電池向車輛電池管理系統(tǒng)中的其他芯片供電。因此，在該物品中使用二極管來保護(hù)外部電池，以防止外部電池向其他芯片供電，這提高了外部電池的循環(huán)壽命。1.10本章小結(jié)本章節(jié)根據(jù)電動(dòng)汽車廠家相關(guān)功能需求以及第二章節(jié)搭建的整套系統(tǒng)功能框圖，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)功能硬件電路。為了保證文中設(shè)計(jì)的車載電池管理系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，系統(tǒng)分析了車載電池管理系統(tǒng)相關(guān)噪聲源，并給出了相應(yīng)的抗干擾措施。第2章電池管理系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)目前，市面上電池管理系統(tǒng)對電池SOC實(shí)時(shí)在線估算方法都存在一定的缺陷，其無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對電池SOC電量信息進(jìn)行估算。這主要原因是車載電池SOC和電池實(shí)時(shí)溫度、前一時(shí)刻電池充放電狀態(tài)、以及電池使用壽命存在一定的關(guān)系。而且，電池自身存在較強(qiáng)的非線性，從而給電池進(jìn)行SOC估算帶來了一定的困難。為了準(zhǔn)確對電池SOC進(jìn)行評估，系統(tǒng)需從軟件程序角度對電池SOC進(jìn)行修正。因此，對于車載電池管理系統(tǒng)而言，軟件程序設(shè)計(jì)的好壞直接影響到車載電池管理系統(tǒng)整體評估精度。2.1主程序設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)不僅需要穩(wěn)定可靠的硬件電路，同時(shí)，還需一套實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、高效的軟件程序。考慮到車載電池管理系統(tǒng)軟件程序后續(xù)升級維護(hù)難度，文中采用多功能狀態(tài)機(jī)架構(gòu)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。為了保證設(shè)計(jì)的車載電池管理系統(tǒng)軟件程序整體實(shí)時(shí)性，文中設(shè)計(jì)的軟件程序充分融入了多任務(wù)設(shè)計(jì)思想，其車載電池管理系統(tǒng)流程圖如圖2.1所示。 圖2.1車載電池管理系統(tǒng)流程圖在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，系統(tǒng)軟件程序剛啟動(dòng)后，軟件程序首先借助初始化功能模塊對RX210單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置。完成對RX210單片機(jī)初始化后，軟件程序各個(gè)功能模塊狀態(tài)標(biāo)志位對各個(gè)功能模塊進(jìn)行調(diào)度，以此實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)各項(xiàng)功能。電壓采集模塊：該功能模塊主要實(shí)現(xiàn)對車載動(dòng)力電池進(jìn)行電壓采集，并根據(jù)采集的電壓對車載電池SOC進(jìn)行評估；電流采集模塊：該模塊與電壓采集模塊相類似，其對車載動(dòng)力電池流過的電流大小進(jìn)行采樣，以此來對車載電池SOC進(jìn)行評估；電池均衡模塊：系統(tǒng)借助電池均衡模塊對車載動(dòng)力電池進(jìn)行均衡處理；時(shí)鐘模塊：在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，系統(tǒng)需借助時(shí)鐘模塊進(jìn)行計(jì)時(shí)，以便于車載電池管理系統(tǒng)軟件程序后期能夠按時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；CAN總線模塊：在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，系統(tǒng)軟件程序中CAN功能模塊主要實(shí)現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)通信；存儲(chǔ)模塊：在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，存儲(chǔ)模塊主要用于對重要數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存處理；人機(jī)交互功能模塊：在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，人機(jī)交互模塊用于實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器數(shù)據(jù)交互；看門狗功能模塊：在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，看門狗功能模塊主要對車載電池管理軟件程序運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；2.2系統(tǒng)初始化系統(tǒng)在剛上電后，首先需要對微處理器進(jìn)行初始化，以便于RX210單片機(jī)能夠正常工作。在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序，初始化功能模塊主要對系統(tǒng)軟件程序中相關(guān)寄存器進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證整套系統(tǒng)能夠正常工作，其初始化功能模塊總體流程圖如圖2.2所示。

圖2.2初始化功能模塊圖2.3SOC估計(jì)算法軟件設(shè)計(jì)在車載電池管理系統(tǒng)中，如何有效對車載電池進(jìn)行SOC評估是整套系統(tǒng)的基礎(chǔ)。由于車載電池具有一定的滯后特性，為了能夠有效對車載電池進(jìn)行準(zhǔn)確評估，系統(tǒng)采用卡爾曼濾波修正算法來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組SOC在線精確評估，其軟件設(shè)計(jì)流程如圖2.3所示：在對車載電池SOC進(jìn)行評估時(shí)，系統(tǒng)首先采用開路電壓法對車載電池組中每一節(jié)電池單端電壓值大小進(jìn)行測量。在結(jié)合開路電壓法求出電池剩余電量初始值SOC此時(shí)，軟件程序?qū)⒉杉母鱾€(gè)電池SOC中最小值作為整個(gè)電池的SOC由于電池內(nèi)部存在較強(qiáng)的衰減特性，故采用傳統(tǒng)的方式對電池SOC進(jìn)行估計(jì)會(huì)產(chǎn)生較高的誤差。為了緩解電池衰減滯后特性，系統(tǒng)軟件程序采用在充電前期引入200S的時(shí)間緩沖期來消除滯后效應(yīng)，從而提高系統(tǒng)軟件程序?qū)﹄姵豐OC的評估的準(zhǔn)確性。接下來，軟件程序每間隔1s產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘中斷，用于對電池組的電壓、電流以及電池組的溫度大小進(jìn)行檢測，軟件程序在前4s根據(jù)安時(shí)測量算法對電池SOC進(jìn)行算法，在第5s時(shí)則采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法估算每一節(jié)電池剩余電量大小，然后，取最小的SOC量作為電池組的SOC當(dāng)系統(tǒng)軟件程序檢測到車載電池組某一節(jié)電池充電時(shí)電壓大于一定值或車載電池組在放電時(shí)電壓小于一定值時(shí)，此時(shí)，軟件程序停止對車載電池組進(jìn)行充放電，完成對車載電池SOC進(jìn)行估算。當(dāng)車載電池管理系統(tǒng)借助擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對電池進(jìn)行SOC估算時(shí)，其需要根據(jù)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算?？紤]到系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，文中借助查表方式進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)，避免系統(tǒng)軟件程序因進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理影響到系統(tǒng)軟件程序整體實(shí)時(shí)性。在借助查表方式對電池基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要涉及電池剩余變量初始值SOC電池充放電倍率系數(shù)以及電池溫度對電池SOC評估影響系數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)軟件程序在對SOC進(jìn)行查表計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)軟件程序首先通過開路電壓法對電池電壓進(jìn)行測量。完成對車載電池開路電壓測量后，軟件程序通過查表方式計(jì)算出電池SOC值大小，其查表方式如式2.1所示： (2.1)

圖2.3卡爾曼濾波修正算法程序流程圖當(dāng)系統(tǒng)軟件程序在對，進(jìn)行查表計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)軟件程序?qū)﹄姵爻浞烹婋娏鱥進(jìn)行測量，再由軟件程序根據(jù)測量的電流查表電池充放電大小，其查表方式如式2.2所示： (2.2)在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，系統(tǒng)借助溫度傳感器對車載電池組溫度大小進(jìn)行采集，再由軟件程序根據(jù)測量的溫度大小得出值，其查表法可由式2.3求得： (2.3)在對車載電池SOC進(jìn)行評估時(shí)，系統(tǒng)軟件程序首先讀取當(dāng)前車載電池剩余電量大小，其剩余電量SOC范圍為。軟件程序根據(jù)當(dāng)前車載電池剩余電量SOC得出卡爾曼濾波算法系數(shù)，其查表方式可通過式5.4求得：(5.4)在對車載電池進(jìn)行SOC評估時(shí)，軟件程序根據(jù)輸入的電量SOC值由查表方式求得卡爾曼濾波輸出估計(jì)電壓，在表方式如式5.5所示：其擴(kuò)展卡爾曼濾波算法流程圖如圖2.4所示：圖4.圖4.4擴(kuò)展卡爾曼濾波算法程序流程圖相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理算法而言，擴(kuò)展卡爾曼濾波算法具有較強(qiáng)的修正能力，故能夠有效避免了傳統(tǒng)的開路電壓法估計(jì)SOC初始值不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。2.4電池保護(hù)程序設(shè)計(jì)在車載電池管理系統(tǒng)軟件程序中，系統(tǒng)需實(shí)時(shí)對車載電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)車載電池出現(xiàn)過溫、過壓等情況時(shí)，系統(tǒng)軟件程序需借助電池保護(hù)程序?qū)?/p>