带有诊断功能的电池管理系统研究

电动汽车是解决能源、环境问题的重要发展方向之一。电池作为电动汽车的重要部件,对整车的性能和安全性都影响重大。电池管理系统的应用将有效地改善电池使用中的安全、效率以及寿命问题。本文以提高电池系统的安全性和可靠性为目标,对电池管理系统的硬件和软件进行设计,同时为了提高电池管理系统自身的可靠性,加入了诊断功能。另外,为了便于电池管理系统的开发和测试,本文还对开发和测试环境进行了设计和实现。 根据电池管理系统的功能和安全需求,采用了分布式的拓扑结构,控制系统由主控制单元和子控制单元组成。电池管理系统采用内部和外部两种通讯协议实现系统内的信息交换和控制以及系统外的数据传输。在硬件设计上,子控制单元着重对电池单体电压采集和温度采集方案进行了分析和比较;主控制单元采用了双MCU的冗余设计,并对与安全相关的硬件电路进行了设计。在软件设计上,按照功能层次分别对主控制单元和子控制单元进行了线性程序设计;采用μC/OS-II作为软件平台,将程序按照优先级分为多个任务,在实时操作系统上实现了电池管理系统的功能。 从安全的角度出发,使用FMEA(Failure Mode and Effects Analysis)方法对电池系统进行了失效模式和后果分析,并提出相应的检测和处理方式;在此基础上,设计了电池管理系统中的OBD(On-Board Diagnostic)功能,其核心为故障管理系统。根据SAE J1939制定了诊断协议,并基于电池管理系统的硬件增加诊断部分的硬件设计,在电池管理系统的程序中嵌入故障管理相关程序。通过故障诊断、故障管理等手段提高了电池管理系统的自诊断能力和可靠性。 在对电池系统中传感器和执行器的故障进行分析的基础上,开发了一种通用的可配置、可扩展的故障模拟装置。设计了CAN通讯协议,使用户可以通过上位机对故障模拟装置进行操作,并观察电池管理系统的状态。提出了电池系统的实现方案,并利用故障发生装置对电池管理系统的故障诊断以及其他部分功能进行了测试,测试结果表明实现了电池管理系统的设计目标。