基于CAN总线的BMS监控系统的设计＊

吕晓涛，杜艳红

（天津农学院 工程技术学院，天津 300384）

近20年来，随着现代电子的快速发展，大量电子元器件在汽车上被应用。为了满足汽车各个子系统对汽车运行参数的共享和实时性的要求，CAN总线逐渐成为当代汽车普遍使用的总线协议。而随着电动汽车的不断发展，电池管理系统这个名词也逐渐为大家所熟悉，作为电动汽车的核心部件——电池管理系统可对电池组进行安全监控及有效管理，提高电池的效率，进而增加续航里程、延长使用寿命、降低运行成本，进一步提高电池组的可靠性。本文针对电池管理系统的安全、高效运行，开发出基于CAN总线的BMS监控系统平台，实现了汽车的自动化，同时大大降低了生产成本。

1 系统结构

电池管理系统主要用于电池单元的保护、充放电控制、电池组总电压、总电流的检测、电池模块温度的检测、SOC和SOH的估算、单体电池电压均衡、系统的故障诊断及热管理等。系统采用主从式结构，从板将采集到的电池模块的温度通过CAN总线发送到中央控制系统，中央控制系统通过隔离采集系统电池箱的总电压、总电流。中央控制系统根据采集到的信息对电池包进行热管理及SOC估算，同时将采集的信息通过CAN总线上报给上位机，实现远程监控。

2 BMS监控系统硬件设计

2.1 信号采集模块的硬件设计

电动汽车蓄电池由32节标称电压3.75 V的单体蓄电池串联而成。为提高监控性能，需采集每个单体电池数据信息，但这样会增加电路布线难度、成本及软件查询耗时。综合考虑，可将电池分成8组，系统的信号采集结构见图1.单片机采用高速、低功耗、超强抗干扰能力的STM32F103ZET6；利用电气上高度绝缘的霍尔电压传感器CHV-25P/50、CHV-25P/600分别测量电池组输出的电压和电池组的整体电压；利用闭环电流传感器测量电池组的电流；利用精度高、灵敏度高的DS18b20温度传感器测量电池组的温度。

图1 系统信号采集结构图

2.2 信号管理模块硬件设计

信息管理系统将美国国家仪器推出的虚拟仪器软件作为上位机软件。利用周立功CAN驱动采集CAN总线上的数据信息进行存储、分析和标定。利用LabVIEW开发系统应用软件。周立功CAN驱动包括各种接口形式的CAN卡及应用函数，开发应用软件只需要调用这些函数就能与CAN总线进行通讯，系统选择ZLG的高性能USB转CAN接口卡。

3 BMS监控系统软件设计

监控系统的软件设计是基于LabVIEW平台。LabVIEW是一种程序开发环境，由美国（NI）公司研制开发。BMS监控系统主要包括以下功能：从车辆的BMS接收电池包运行的状态参数；对接收的数据、状态参数进行解析，以数字、图表的形式显示；对接收的数据进行实时保存，以方便科研人员对数据的回放、解析；根据用户和科研人员的需要，对电池管理系统进行参数标定，以方便科研人员对程序的重复刷写，使系统运行状态实时性增强；实现对BMS通讯协议、DDB文件进行解读，方便科研人员对通讯协议的编写，增强系统的稳定性。系统利用ZLG-CAN驱动程序对数据进行接收和发送，其中，在数据接收子程序后添加一个条件结构对接收到的数据进行解读显示；在数据发送程序中添加事件结构，监控控件的动态显示。这些情况只有在主程序不报错的情况下，其余程序才能顺利进行。软件程序结构见图2.

图2 软件程序结构

4 系统运行

基于CAN总线的BMS监控系统设计是通过PC机和CAN卡的连接且可以正确接收和发送报文实现的，进而实现对电池包运行参数的检测和控制。在软件的试验过程中，将CAN卡与电池管理系统BMS通过双绞线连接，实现电池包和监控系统的通信，从而验证系统的实用性。

5 结论

本设计由BMS电池管理系统和基于LabVIEW的上位机程序组成，通过CAN总线进行通信。系统的主要特点是能自动在BMS电池管理系统和上位机程序同步温度测量值和电压、电流值，并且可以实时动态显示电池状态、报警与故障状态、电池单体状态等信息以及可以在线对BMS电池管理系统进行标定，从而更好地观察BMS电池管理系统的运行状态。上位机软件具有非常完善的功能，不仅可以实现对下位机的实时监控，还可以完成任务设置、历史查询、数据安全等功能，具有非常好的扩展性。