一、BMS开发:构建完美的业务管理系统
最近在看被某大厂奉为四大名著之一的《高效人士的七个习惯》,其中有条是要养成记录的习惯,一方面作为记忆,另一方面还能对碎片化的知识点进行梳理。更主要的是自己在这方面也比较欠缺,借此也能锻炼一下。
BMS-BatteryManagementSystem,电池管理系统,能够对电池(组)进行监控和管理,通过实时采集电池电压、电流、温度等参数,同时接收上层控制器(VCU、EMS等)下发的控制需求,计算或控制当前电池的最优充放策略,提升电池系统的安全和性能。
BMS有分体式和集中式两种结构,区别就是采样部分独立与否,各有优劣。
BMS硬件
1、AFE采样
主流的AFE采样芯片:LTC68XX、MC33771、Max17823,除此之外还有TI的BQ76xxx以及其他比较小众的芯片。
厂家 |
ADI-LTC |
NXP | MAX | TI |
---|---|---|---|---|
型号 | LTC6811/3 | MC33771 | MAX178X3 | bq76pl455 |
采样通道 | 4~12 | 7~14 | 3~12 | 6~16 |
通讯方式 | SPI-菊花链 | SPI-菊花链 | UART-菊花链 | UART |
精度 | ±1.2mV | ±2mV | 10mV | ±4.25mV |
温度范围 | -40~125 | -40~105 | -40~125 | -40~105 |
温度采集数 | 5 | 7 | 2 | 8 |
分辨率 | 16bit | 13~16bit | 14bit | 14bit |
全部采集时间 | 290uS | 40uS | 142uS | 2.4mS |
2、12V电源
乘用车小电瓶都是12V,商用车大多都是24V,而且车载控制器的电源输入范围9~16V的标准要求,再加上输入级的防反、防短以及滤波,主要还是考虑EMC方面的设计
目前大多使用的是SBC,带诊断、通讯、唤醒、LDO等功能的集成电源芯片。例如:NXP的FSx500系列,如果是DC/DC芯片,考虑开关频率、纹波干扰等还要在输出端增加LDO或滤波措施。
3、CAN接口
常用的TJA1XXX,有隔离型和非隔离型,车载一般都是和车身共地的,隔离的意义不大,而且非隔离的要便宜许多。有些控制器是需要高压上电后才工作的,实际是这部分功能电路的电源来自于母线电压,这时候就需要进行隔离,比如一些电机控制器。
常见的CAN接口基本由限流电阻、共模电感、滤波电容、TVS组成。
4、高低边驱动
控制继电器开闭,有的高、低边双控,有的只控低边,主要是选型,国内能选到但不一定能买到,这个可以看芯片商推荐。
5、电流检测
分流器和霍尔两种,各有优劣。
分流器其实就是一段电阻,受温漂影响精度,而且采样的参考点是高压地,一般需要隔离,差分运放+ADC采集+接口隔离器件的方案。
霍尔传感器精度高,自带隔离,输出数字信号的更好,可以直接接入MCU。
6、高压采集
采集电池动力输出口电压,乘用车一般400V左右,基本上是分压+ADC+隔离的方案,有意思的地方是要采样4路高压,目的是检测主正主负继电器粘连(还有预充),不过现在都开始选用带触点反馈的继电器了,这样可以简化高压采样电路。
商用车大概600-800V,原理一样,注意电路板的爬电距离。
7、绝缘检测
有电桥法和低频注入法,其中电桥法是有标准推荐的。
电桥法:有平衡桥和不平衡桥,一个系统某个时刻仅允许一个检测存在,所以上下桥臂都有继电器控制。
低频注入法:向车身地发送低频交流信号,可以是正弦或方波,然后再母线分支回采,中间有多级信号处理电路,调试比较麻烦,但是不影响多个设备间的连接。
8、互锁回路
目的是检测高压插件是否连接好,原理是高压接插件上有两触点接入BMS,这两触点在接插件断开的时候是断开的,然后BMS给其中一个触点发送信号,如果接插件对接状态,那么从另一个触点会返回发出的信号。
信号幅值一般是12V,如果是5V或3.3V,经过线束压降、干扰可能误检,多数都采用固定占空比的PWM信号,推挽输出实现。
9、碰撞信号
就是几Hz、幅值12V且在正常情况是一固定占空比的的PWM信号,在车辆发生碰撞后,改变信号占空比,经过电阻分压或者运放比例电路进入MCU引脚,不一定要求BMS具备。
10、充电接口信号
按照国标要求的接口电路和控制时序。
交流充电接口:
直流充电接口:
11、外部存储及时钟
如果有整车Tbox总线授时,可以省掉时钟。
外部存储一般是EEPROM,存储故障记录、标定参数等,可以按字节修改。而像SOC计算修正的一些参数放到内部FLASH,可以更快的读取出来,因为车辆上电后,每个控制器都有严格的初始化时间要求。
12、低压检测、唤醒
检测VCU发来的唤醒信号、小电瓶电压监测以及自身其他电源的检测,一般都是IO口或者MCU内部AD实现,注意端口的防护即可。
13、EMC
BMS大约要做这些测试,除却PCB布局、滤波、防护等因素,主要是电源部分、所用的一些隔离器件以及抗扰试验中对电流采样的影响。layout的时候,一些关键点要预留出R\C\L的位置,以便能够根据试验结果调整各点器件参数。
例如根据辐射发射的试验结果发现过限点在180MHz附近,那么就要找到电路板的哪个器件的倍频或分频与结果一致,做出相应的整改措施。
BMS软件
BMS软件和其他ECU一样,目前基本都要遵循AUTOSAR架构要求,储能系统除外,关于AUTOSAR架构还没有具体接触,以前开发的时候还没有被要求,据说Vector和EB公司有整套的开发工具链,其中,Vector中的DaVinciDeveloper和DaVinci ConfiguratorPro以及EB的TRESOS。
1、应用层
应用层不管是模型开发还是直接C开发,与下层的接口都一样。
状态控制:电池包的上下电控制
其中上电是在BMS收到VCU的唤醒信号并且初始化完成后,自检通过后,根据VCU指令闭合继电器的过程。
下电是根据VCU指令断开继电器,先正后负,如果在上电过程有充电信号,也会先执行下电流程,再进入充电流程。
此任务在第一优先级梯队里,外部输入VCU发来的硬线唤醒、CAN通讯的模式状态位,输出BMS状态。
交流充电:
根据CC、CC2信号判断是直流还是交流,之后按照国标要求。
直流充电:
按照国标要求。
热管理:
监控动力电池系统温度,通过控制冷却/加热循环对系统温度进行控制,使其时刻工作在合理的温度范围内。当温度异常时,BMS能够报出热管理相应故障。
升温方式是加热膜,降温方式是水冷。模块的输入参数主要是水冷系统进出口温度、电芯温度、加热膜温度等。
电池状态4S:
SOC、SOH、SOE、SOP。
故障诊断:
故障分三个或四个等级,严重程度不一,这部分的输入较多,输出故障码,通过CAN预警或者直接执行,BMS系统至少有一百项以上的故障定义,也在第一优先级任务梯队里。
均衡控制:
根据定义的单体压差阈值判断是否开启均衡,AFE在均衡上有多种控制方式,但均衡电流太小,感觉是可有可无的,而且乘用车用的A类电芯一致性还是非常好的,所以这块一般就是将最高单体电芯进行被动均衡。
标定:
大概是系统电流、电压的校准、电池系统串数、电芯类型等配置,有整车级的CCP标定协议。
2、RTE层
通过RTE实现应用层与基础软件之间的通信,不过软件组件之间必须有标准的AUTOSAR接口,这部分还没涉及到。
3、基础软件层BSW
通用组件,和产品业务联系不大。
服务层:
提供给应用程序可用的服务,包括UDS诊断、CCP标定等。
关于UDS专门写了一篇~~
(2条消息) UDS诊断服务0-1_记性不好的JJ的博客-CSDN博客
ECU抽象层:
作用是分离上层和MCU驱动层,还没研究AUTOSAR是怎么做的,我的理解就是将MCU的驱动再“套娃”一层标准的接口,例如使能一个IO唤醒信号,void Wakeup_EN(){//具体的IO控制}
微控制器抽象层:
使上层软件与微处理器型号无关,就是MCU的驱动。
复杂驱动层:
没有用到。