电动汽车用锂电池管理系统软件设计
电动汽车电池管理系统软件设计

定着 动力 电池组 的使用 寿命 ,一个合 适的 电池 管理 系统 能 够在 充 分 发 挥 电池 优 越 性 能 的 同时 ,给 予 电池 最 佳 的保 护 ,保证 电池性 能 ,延 长 电池寿 命 , 降 低 电 动 汽 车 运 行 成 本 。 本 文给 出 了一 种 基 于
状态。 2 串 口通信相关 函数 : )
全 管理 等等 都是 以采 集到的数 据为 依据 的。 2 剩 余 电量 (O 估 计。 电池管理 系统 的一 ) S C)
收稿日期:2 1-1- 7 00 0 2 作者简介:包敏 (9 6 17 一) ,男 ,湖南冽 阳人 ,主要从事计算机 网络 、软件方面的研究工作 。 【2 第3 卷 1】 3 第 1期 2 2 1 — 2 下) 00 1 (
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电动汽车电池管理 系统软件设计
El t i vehi es ba t y m anagem ents t ec rc cl t er ys em ofw ar s t e desi gn
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( 长沙市电子工业学校 ,长沙 4 0 8 1 0) 0
ห้องสมุดไป่ตู้
控制 热 管 理 风机 的启 停 ,将 重 要 数 据 信 息整 车 通
过 C N 总线 报送 至整车控 制器 。 A
22 温度 测量软 件设计 .
这里 的温 度传感器 DS 8 2 tB 0与微处理 器间采用
串行数 据 传 送 ,因此 ,在 对 DS 8 0进 行读 写编 程 12 时 ,必须严 格的保 证读写 时序 ,否则将 无法读取 测
电动汽车用锂离子电池管理系统软件设计

Supervisor Professor ZHU Hao June, 2014
湖 南 大 学 学位论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名: 导师签名:
日期: 日期:
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日 日
I
电动汽车用锂离子电池管理系统软件设计
摘
要
汽车的发展,给人们的生活带来了各种便利,但同时也带来了各种问题。目 前环境问题和能源问题对汽车工业的发展提出了新要求。新能源汽车以其各方面 的优点备受关注,作为新能源汽车中的一个方向,电动汽车的研究取得了各方面 的成绩。但仍有许多关键性共性技术问题亟待解决,电池管理系统就是其中之一。 本文从电池管理系统软件设计的角度,构建了电池管理系统的软件大体框架,同 时对电池 SOC 估算进行了相应研究。主要研究工作包括以下几个方面: ( 1 )采用 RC 等效电路模型来模拟锂离子电池的电压特性,运用脉冲放电实 验方法对本文研究电池进行充放电实验,对实验得到的数据进行多元线性回归分 析,得到了本文研究锂离子电池 RC 等效电路模型的参数。考虑到电池管理系统 中对于电池特性参数的计算要求,完成了本文电池管理系统中使用电池参数及数 据格式的定义。 ( 2 )在电池管理系统的上位机软件设计中,采用了实时操作系统 μ C/OS II , 完成了 μ C/OS II 实时操作系统在上位机微控制器 MC9S12XS256 上的移植,并给 出了移植代码。基于 μ C/OS II 实时操作系统,对上位机所需完成的功能进行了任 务划分,并分别设定了各个任务的优先级和调度周期。 ( 3 )定义了电池管理系统的功能需求,结构上将电池管理系统分为上位机和 下位机,并分别给出了上位机和下位机的软件设计流程。其中,上位机软件基于 μ C/OS II 操作系统进行设计,下位机软件基于下位机所需完成功能先后顺序进行 设计,实现了上位机和下位机之间基于 CAN 总线的通信策略。并参照 DeviceNet 通信协议,完成了通信过程中单体电池电压、温度数据帧格式的系统定义。 (4)采用模糊自适应卡尔曼滤波方法,改进自适应卡尔曼滤波方法采用指数 加权方式修正噪声统计特性时容易由于突然扰动而导致发散的缺点,运用 UDDS 循环工况对滤波方法进行仿真对比,结果表明本文使用的模糊自适应卡尔曼滤波 法相比传统卡尔曼滤波法获得了较高的 SOC 估算精度。 关键词:电动汽车;锂离子电池;电池管理系统;μC/OS II;SOC 估计; DeviceNet
新型电动汽车锂电池管理系统的设计方案-技术方案

新型电动汽车锂电池管理系统的设计方案-技术方案摘要:电动汽车的发展有助于缓解能源短缺和环境污染问题,针对目前锂电池被逐渐应用在电动汽车上,提出了一种基于OZ8940芯片的电动汽车锂电池管理系统的设计方案。
系统包括电压、电流、温度采集电路,均衡电路,MCU主控电路,I2 C通信电路,CAN通信电路,显示单元。
该系统设计方案简单可靠,实现了对锂电池实时监测和保护的功能。
电动汽车的使用有助于保护环境和解决能源短缺问题。
电池组作为电动汽车的能源,其正常地工作是安全行驶的重要保证,因此,对电池组工作状态的管理显得尤其重要。
近年来,对电池管理系统的研究也越来越受到重视。
电池管理系统的职能是实时监测电池组状态,实施必要的管理和保护措施,以提高电池组的利用率,确保电池组工作的安全可靠,进而确保行车安全。
1 系统基本功能介绍设计的锂电池管理系统采用电池监测芯片对电动汽车电池的电压、电流、温度等信息进行实时监测。
采集到的电压、电流、温度等信息经过微处理器处理后,相应的信息显示在显示屏上。
如果电池状态信息超出正常范围,系统自动切断充放电回路并报警。
均衡电路的应用,延长了电池组的使用寿命。
系统结构如图1所示。
图1 电池管理系统基本结构2 系统硬件设计系统采用O2Micro公司的OZ8940芯片作为电池信息的采集芯片。
OZ8940是一款低功耗芯片,工作时电流小于500μA,休眠模式下小于50μA.可支持6~12节串联电池的信息测量,总的电压测量范围为9~60 V.内部包括12路的12位电压采集ADC,分辨率2.44 mV.1路片内温度采集ADC,精度为12位,2路片外温度采集ADC,精度为12位,分辨率1.22mV.OZ8940可提供两级保护功能,级保护包括过电压、过电流、过温度等保护。
第二级保护是性外部极高过电压故障的保护。
此外,OZ8940支持内部均衡与外部均衡两种均衡方式。
均衡技术的应用,使得电池组特性在充电时保持了良好的一致性,这有助于延长电池组的使用寿命。
电子汽车中的锂电池管理系统设计方法

电子汽车中的锂电池管理系统设计方法随着全球对环境保护和可持续发展的追求,电子汽车(EVs)逐渐成为未来交通方式的重要选择。
作为电子汽车的重要组成部分,锂电池的性能和管理对于电动汽车的续航能力和使用寿命起着至关重要的作用。
因此,设计高效可靠的锂电池管理系统(BMS)是电动汽车技术发展中的关键环节。
一、锂电池的基本特性作为电动汽车的能量存储单元,锂电池具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率和快速充电等优点。
然而,锂电池也存在一些问题,如过充、过放、过热和不均衡等。
因此,BMS的设计需要解决这些问题,确保锂电池的性能和安全。
二、锂电池管理系统的功能需求BMS是一种能够监测、控制和保护锂电池的系统,其主要功能包括电池电压监测、电流监测、温度监测、电池容量估计、状态估计、均衡控制和故障诊断等。
通过对电池的各个参数进行监测和控制,BMS能够确保电池的工作在安全范围内,并延长电池的使用寿命。
三、电池电压和电流的监测电池电压和电流是BMS最基本的监测参数。
通过准确测量电池的电压和电流,BMS能够实时监测电池的状态,并及时作出相应的控制和保护措施。
常用的监测方法包括使用电压和电流传感器,通过模拟转换和采样技术获取电池的电压和电流值。
四、温度的监测与控制电池的温度对其性能和安全性有着直接影响。
因此,BMS需要监测电池的温度,并在需要时采取相应的控制措施。
常见的温度监测方法包括使用温度传感器和热敏电阻等。
通过实时监测电池的温度,BMS可以及时采取通风、散热和控制充放电等措施,以保证电池的正常工作温度范围。
五、电池容量和状态估计电池容量估计和状态估计对于电动汽车的续航能力和使用寿命的评估非常重要。
电池容量估计是根据电池的电流特性和电压特性来计算电池的剩余容量。
状态估计则是通过对电池内部电性质的测量和分析,来确定电池的健康状态和剩余寿命。
六、均衡控制由于电池内部的状态和参数差异,不同的电池单体之间会出现不均衡现象。
如果不进行均衡控制,不均衡现象会导致电池容量和寿命的不均匀消耗。
LiFePO4电池管理系统的软件设计

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
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AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
时代汽车
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。
中央控 显
路
制单元 示
测
单节电池
电流传 感器
监控单元
I
CAN 网络
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。
1 主控 ECU
主控 ECU 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 ECU 的软件 流程图如图 2。
新能源汽车电池管理系统设计与实现

新能源汽车电池管理系统设计与实现随着全球能源问题的日益紧迫,新能源汽车成为人们的热点关注,而电动汽车的核心电池管理系统也成为关注的重点。
电池管理系统(BMS)是一种监控、管理和保护电池的系统,其主要功能是保证电池安全可靠、延长电池寿命、提高电池效率。
本文将探讨新能源汽车电池管理系统的设计和实现。
一、电池管理系统的设备电池管理系统由软件和硬件设备两部分组成,其中,硬件设备包括电池、传感器、控制器、保护器等;软件是指电池管理软件(BMS software)和车辆控制单元(VCU)。
1. 电池电池是电动汽车的动力源,其表现直接影响到车辆性能。
目前,锂离子电池(Li-ion battery)已成为电动汽车主流的动力源。
锂离子电池轻便、能量密度大、充电时间短、无污染等优点,使其成为电动汽车领域的首选。
因此,电池管理系统的设计与实现,需要针对锂离子电池的特性进行优化。
2. 传感器传感器用于监测电池的状态信息,包括电量状态、电池温度、电压、电流等。
电池温度是一个关键的参数,因为高温会缩短电池寿命,同时会出现电池内部短路的风险。
因此,BMS需要在电池温度达到警戒值时,快速采取措施,如切断电源,以避免事故的发生。
同时,电压、电流的监测也是BMS的重点。
3. 控制器控制器是BMS的核心部件,负责控制电池的充放电过程。
当电池处于充电阶段时,BMS需要将充电器的电流和电压调整到最佳状态,以保证充电速度和充电效率。
当电池处于放电阶段时,BMS需要根据车速、功率等参数来控制电池的放电过程,以确保其安全和可靠。
4. 保护器保护器是BMS的最后一道防线,当电池过度充电或过度放电时,保护器会快速切断电源,以保护电池的安全。
此外,保护器还可以避免过流、过温等异常状态出现,对电池进行保护,延长其使用寿命。
二、电池管理系统的功能与设计BMS的主要功能包括电池状态监测、电池充放电控制、电池保护等。
在设计BMS时,需要充分考虑各种条件与因素,如温度、电量、电压等,以确保电池的安全可靠和延长使用寿命。
锂电池管理系统设计(硬件+软件+设计说明)

锂电池管理系统设计(硬件+软件+设计说明)锂电池管理系统概述:该锂电池管理系统设计实现了对15个锂电池单体的电压和温度监测,在保证信号监测精度的同时,提供了主监测电路和次级监测电路的架构,实现更高级别的系统保护。
同时,本参考设计提供了模块化可扩展的板级架构,除主监测电路模块、次级监测电路模块、数据接口模块外,可扩展主动均衡电路等其他模块,方便系统原型开发。
48V及以下电压的锂电池单元在微混动汽车和工业储能中的应用率很高。
系统由13至15个锂电池单体构成。
由于锂电池固有特性,需要对该数量的电池单体进行精确监测,以保障系统安全性并提高电池效率和寿命。
锂电池管理系统硬件设计介绍:•支持4~15通道电池电压输入,多至15通道电池温度输出•主监测电路及次级监测电路•板载15通道被动均衡电路,放电电流100mA;可扩展15通道主动均衡•前级测量电路与微处理器电路由隔离电路作电气隔离•+/-1.6mV typ. 电压测量精度,+/-1°C温度测量精度•支持USB通讯和CAN总线通讯。
CAN通讯模式下,支持多模块级联•工作温度:-40°C~+105°C硬件设计框图:锂电池管理系统软件功能介绍:•PC端GUI支持USB通讯或CAN总线通讯•提供CAN通讯协议,用户可采用其他CAN工具进行通讯评估•实时显示所有通道电压数据、温度数据、报警状态•配置采样方式、均衡通道、报警方式、报警阈值等系统参数如截图:该锂电池管理系统设计涉及到重要芯片:•AD7280A 6通道锂电池电压温度主监测芯片•AD8280 6通道锂电池电压温度次级监测芯片•ADuM5401 包含500mW供电隔离和4通道数据隔离的集成芯片•ADuM1201 2通道数据隔离芯片•ADuC7026 ARM7架构32-bit微处理器•AD8601 低成本高精度运算放大器电路相关文件电路图文件描述:包括原理图、PCB、BOM及gerber文件源代码描述:GUI软件安装文件下载链接教程描述:软件和硬件设计说明。
新能源汽车电池管理系统设计与实现

新能源汽车电池管理系统设计与实现近年来,新能源汽车的普及率逐渐提高,而其中的电池管理系统也越来越受到关注。
电池管理系统(Battery Management System,简称BMS)是新能源汽车电池组的核心控制系统,可以对电池的状态进行监测、保护和管理等功能。
本文将介绍新能源汽车电池管理系统的设计与实现。
一、电池管理系统的功能与要求电池管理系统是新能源汽车电池组的核心控制系统,其功能与要求可以归纳为以下几点:1.电池状态监测。
电池管理系统可以实时监测电池的温度、电压、电流和SOC等状态,确保电池组的稳定性和安全性。
2.电池均衡控制。
电池管理系统可以对电池组内部的单体电池进行均衡控制,确保单个电池的寿命和安全性。
3.电池组保护。
电池管理系统可以对电池组进行短路、过充、过放、超温等保护措施,防范电池组发生故障。
4.故障诊断。
电池管理系统可以对电池组的故障进行识别和诊断,提高新能源汽车的可靠性和维护性。
二、电池管理系统的硬件设计电池管理系统的硬件设计包括电池监测电路、均衡控制电路和保护电路三个部分。
1.电池监测电路。
电池监测电路主要用于对电池的电压、电流、温度和SOC进行监测。
其中,电压监测可以通过ADC芯片实现,电流监测可以通过霍尔元件实现,温度监测可以通过NTC热敏电阻实现。
SOC采用卡尔曼滤波算法计算。
2.均衡控制电路。
均衡控制电路主要用于对电池组内部的单体电池进行均衡控制。
采用电池监测电路采集到的电池状态,通过控制MOS管的开关状态,实现对单体电池的均衡控制。
3.保护电路。
保护电路主要用于电池组的保护措施,可处理过流、过压、欠压和过温等情况,防范电池组发生故障。
三、电池管理系统的软件设计电池管理系统的软件设计主要包括配置参数、状态监测、均衡控制、保护措施和故障诊断等功能。
1.配置参数。
配置参数是电池管理系统的基础,包括电池组容量、电池单体数量、最大充电电压、最大放电电压、最高温度等参数。
2.状态监测。
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层S t a r t P o l I 函
启动 从 节点 轮 询 功 能
发送轮询 包,启动定时器
无 响 应 节 点 计 数 器
Ti me Ou t Co u n t 加l
择K e i l u V i s i o n 4 。上 位机 监控 模 块 采 用 的开 发 环 境 为 O t 。各 模块之 间通过 C A N方式进行 通信 。系统的功能 结构如 图 3
加 l ,并 重 发 相 应 的 均 衡 数 据 ,若 R e t r y C o u n t大 于
Ma x R e t r y C o u n t , 则 表 明连 接 中 断 , 调用错误处 理函数 , 当 所 有
的节 点 响应 包 都 收 到 以后 ,应 用 层 调 用 S e t B a l F i n i s h回 调 函
《 电子 设计 工程 ̄ 2 0 1 3年 第 l 9期
使 用 标 准 帧格 式 , 传 输 层 实 现 了包 的 分 片 重 组 功 能 , 应 用 层 实 现 了具 体 的 应 用 数 据 传 输 。 协议 的分 层 如 图 2所 示 。
应用层A p p L a y e r 传输层T r a n L a y e r ( P a c k e t ) 数据链 路层 ( M e s s a g e )
( 报文 ) , 传 输 层 的 数 据 传 输 单元 称 为 P a c k e t ( 包) , P a c k e t 由一 个 或 多个 M e s s a g e 组成 。 数据链路层和物理层只使用标准帧 . 并且不使用远程帧 , 数 据 链 路 层 上 传 到 传 输 层 的 数据 单 元 为 M e s s a g e 。传 输 层 接 收 来 自数 据 链 路 层 的 M e s s a g e , 向应 用 层
物 理 层
机 查 询 和设 置 等功 能 。 从 节 点 轮 询 功 能 是 指 主 控 节 点 发 在 定 时 器 固定 时 间 内收 到 轮 询 响 应 包 则 更
新全局数据结构 , 将 得 到 的数 据 包 进 行 存 储 。从 节 点 轮 询 的 具 体 流 程 如 下 图 4所 示 。 当用 户 调 用 应 用 层 的 S t a r t P o l l 函数
图 2 系统 协 议
Fi g . 2 S y s t e m p r o t o c o l
后, 从节点轮询功能启动 ; 应 用 层 在 每 个 轮 询 周 期 开始 时 , 发
送 一个轮询包 , 并 且启动定 时器 ; 应 用 层 在 每 次 收 到 一 个 轮
其 中 ,在 数 据 链 路 链 路 层 的 数 据 传 输 单 元 称 为 Me s s a g e
所 示
锂离子 电池管理软件系统 I 甭
封 珂丽丽 ■] 更新全局数据结构 l
控 模 块 l
l 理 模 块 l
I 析 模 块 l l 曩
调用P o l l F i n i s h 回 调函数通 知用户 数据更新
连接 中断 ,调用 错 误 处 理 函 数
I 耋 J
上传 P a c k e t 。设 立 传 输 层 的 主要 目的是 为 了实 现 P a c k e t 的分
片 和 重 组 的 功 能 ,每 个 P a c k e t 有 一 个 或 多 个 Me s s a g e 组 成。 传输层对 M e s s a g e中 i d的 内容 进 行 了 定 义 。 应 用 层 接 收来 自 传输 层的 P a c k e t , 实现应 用功 能 , 不 同 的 节 点 有 不 同 的 应 用 层实现功能 , 但 是 共 同点 是 都 会 提 供 A p p R e c e i v e函数 。
1 . 3 系统 功 能 设 计 主 控 节 点 模 块 和 电 流 电压 节 点 模 块 的 集 成 开 发 环 境 选
计 数 器 1 ,若 某 个 节 点 T i m e O u t C o u n t计 数 器 大 于 Ma x T i me O u t C o u n t , 则表 明连 接 中断 , 调用 错 误 处理 函数 。
曲线 估 算 不 平 衡 单 体 回 到 平衡 状 态 的 参 数 设 置 1 7 ] 。均 衡 设 置 功 能中 , 用户调用 应用层 的 S e t B a l 函数 , 把 均 衡 数 据 传 给 应
用层 , 应 用层依次将 均衡数 据发给相应 的从节 点 , 并 且 启 动
定 时器 , 若定 时器超 时 , 则未 响应 的节点 R e t r y C o u n t 计数 器
图 4 从 节 点查 询 的流 程 图
Fi g . 4 S l a v e n o d e q u e r y lo f wc h a r t
均 衡 设 置 是 将 均 衡 数 据 发 送 给 相应 节 点 , 并 进 行 均 衡 调
节 。均衡 设 置 是 以 电压 、 电量 均衡 为 目标 , 利 用 电 池 的 充 放 电
N o d e s l n f o数 据 已更 新 , 然后立 即开始下一次 轮询周期 ; 若 定 时器 超 时 . 则 本 次 轮 询 同样 结 束 , 并 且调用 P o 1 1 F i n i s h回 调 函
数通知 用户 . 但 与此同时对没有 响应的节点 的 T i me O u t C o u n t
询 响应 包 时 都 会 更 新 全 局 数 据 结 构 s t r u c t N o d e s l n f o ;若 在 定 时器超时之前 , 收到了所有 从节点 的轮询响应包 , 则 本 次 轮
询 周 期 结 束 .并 且 调 用 P o l l F i n i s h回 调 函数 通 知 用 户 s t r u c t