基于μC_OS-Ⅱ+的电动车电池管理系统设计

基于μC_OS-Ⅱ+的电动车电池管理系统设计

基于#／COS的电动车电池管理系统设计

回北京航空航天大学刘永喆齐铂金吴红杰

介绍一种基于数字信号处理器TMSSZOLFZAO7和复杂可编程逻辑器EMP71Z8实现的混合动力电动汽

摘要

论述电池管理系统车电池管理系统(设计3采用嵌入式实时操作系统，OS为系统软件平台9BMS)C/

中的多任务设计G该设计方案提高了系统运行的可靠性9有利于系统功能的扩展G电池管理混合动力电动汽车TMSSZOLFZAO7，OSC/

关键词

引言

1]

9有助于提高计算电池实现快速的数字信号处理算法

电池管理系统BMS(BatteryManagementSystem)是

电动汽车的一项关键技术 高性能\高可靠性的电池管理系统能使电池在各种工作条件下获得最佳的性能 电池管理系统可实时监测电池状态9如电池电压\充放电电流\使用温度等;预测电池荷电状态(StateofCharge)9防止电池过充过放9从而达到提升电池使用性能和寿命9提高混合动力汽车的可靠性和安全性的目的 本设计以DSP和CPLD为主体9构建电池管理系统的硬件平台9并在DSP内部嵌入，C/OS实时操作系统9可大大提高系统的稳定性和实时响应能力9增强系统的可扩展性和可移植性

SoC值的速度和精度;同时9片上集成了丰富的外设(如

A/D转换器\SCI模块和CA 网络控制器等)9可以充分发挥其资源优势

单体电压\总电压和总电流的采集9均以CPLD为核心9通过一定的逻辑控制9控制光电开关固态继电器阵列分时导通9将采样信号经过隔离放大滤波后送入DSP的A/D转换模块中 CPLD接收由DSP发出的逻辑控制时序9控制相应的固态继电器执行导通和关断动作9分时地将各个模拟量导入A/D转换模块中 考虑到电池组总电

11.1硬件系统设计

集中式电池管理系统结构

图1BMS基本结构示意图

混合动力电动汽车HEV(HybridElectricVehicle)要求的车载动力电池总电压一般比较高9电池节数较多 本设计所涉及的镍氢动力电池组是由Z7O个电池单体组成的9每个单体可提供1.ZV左右电压 其中每1O个单体元组成一个模块9共有Z7个电池模块9总额定电压为SZAV

采用集中式电池管理系统结构是将电池信息测量与采样模块和主控模块集中在一起9通过设计多路控制选择开关分时完成数据采集 这种设计方法具有电路简单\成本低\体积小的特点 设计的电池管理系统基本结构示意图如图1所示

1.2电池管理系统的硬件方案

图Z为系统硬件平台 选用TI公司的TMSZAOLFZAO7(简称为~LFZAO7 )作为系统的CPU 其核心采用哈佛结构9具有专门的硬件乘法器;广泛采用流水线操作9可用来

图2

系统硬件平台

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基于μC_OS-Ⅱ+的电动车电池管理系统设计

压比较高 同时母线电流的波动幅值比较大 波动频率较快 分别选用了精度较高 响应较快的霍尔电压和电流传感器 以适应采集要求

电池组温度的采集采用单总线的方式 传感器选用DS18BZO 共设置8个温度的采集点 单总线是目前扩展最方便的总线之一 具有节省I O口线资源 结构简单 成本低廉 便于总线扩展和维护等诸多优点 由于DS18BZO直接提供测量温度的数字信号 故可以直接通过DSP上的通用I O与其通信

在DSP的通用I O上扩展了非易失性存储器 VRAM空间 目的是保存重要的电池历史数据 为计算和修正电池的SoC以及分析电池充放电状态提供可靠的依据

LFZAO7提供的CA 通信模块符合CA Z.O的规格要求 选用飞利浦公司的CA 通信收发器PCA8ZCZ5O作为DSP的CA 控制器和物理总线间接口 以实现电池管理系统与整车之间的通信 同时 扩展DSP片上的SCI模块 实现与上位PC间的通信功能

植 可固化 可裁剪 占先式实时操作系统 其绝大部分源码是用A OS支持56个用户任务 SIC编写的 ，C

支持信号量 消息邮箱 消息队列等多种常用的进程间通信机制 现已成功应用到众多商业嵌入式系统中 其稳定

Z

性与可靠性已经得到检验

2.1.2"C!OSl在TMS320LF2407上的移植

S

TI公司提LFZAO7满足，C OSII移植的条件

供的编译软件CCS也支持C语言与汇编语言混合编S 程 要完成移植的工作需要进行以下A个内容

令

在OS＿CPU.H中定义与处理器相关的常量 宏及数据类型

调整和修改头文件OS＿CFG.H 以裁减或修改

令

OSII的系统服务 减少资源损耗 C ，

令编写C语言文件OS＿CPU.C 令编写汇编语言文件OS＿CPU.ASM 上述工作完成后 ，OS就可以运行了 C

2.22.2.1应用软件设计

系统多任务功能和优先级设计

根据电池管理系统的功能要求 将系统分为电压电流

1.3硬件抗干扰措施

电池管理系统作为整车的一部分 经常受到各种电磁

干扰 其实际的工作环境是比较恶劣的 有必要在硬件设计上采取一定的抗干扰措施

①抑制干扰源 混合动力电动汽车上电机设备中的

IGBT和功率二极管工作时 会产生很强的电磁干扰 尤其是共模干扰较为严重 因此有必要在电池组与整车之间连接高频旁路电容

②隔离供电 由于众多的外部有源和无源信号会对系统电源产生严重干扰 因此在电池管理系统的设计中采用DC DC变换模块 提供稳定的隔离电源 对不同子系统分别供电 可以有效地消除电源干扰和共地产生的干扰

③光电隔离 在电池管理系统的设计中 采用光电耦合器6 1S7将外部通信接口 CA 通信 RSZSZ通信 与内部CPU电路隔离开来 可以阻止电路性耦合产生的电磁干扰

采集处理模块 温度采集模块 通信模块 系统监视模块和SoC计算模块等共8个任务和5个中断来实现 每个任

务根据其实时性的要求并参照单调执行率调度法RMS分配一定的优先级 任务及中断的定义分别如表1 表Z所列

表1优先级ZA579111S1A

系统多任务划分

功能描述

完成A D采样数据的滤波和保存任务完成CA 接收任务完成CA 发送任务完成温度采集任务完成SoC计算任务执行系统监视任务完成串口接收数据任务完成串口发送数据任务

任务名ADProsTask CA RXDTask CA TXDTask TempTask SOCTask MoniTask SCIRXDTask SCITXDTask

2软件系统设计

软件系统设计包括系统软件设计和应用软件设计

表2中断函数名ADCISR

T1UnfISR OSTickISR CA ISR SCIISR

中断服务程序描述

函数描述

AD采集中断服务子程序

Timer1下溢中断服务子程序操作系统时钟节拍中断子程序CA 总线接收中断服务子程序串口通信中断服务子程序

系统软件设计的主要任务是实现，OSII在LFZAO7C

上的移植 应用软件设计的主要任务是系统功能的实现

2.1系统软件设计

2.1.1"C!OSl简介

C OS是由美国人JeanLabrosse编写的一个嵌，

入式实时操作系统内核 它是一个基于优先级的 可移

根据整车控制策略 CA 上电池状态数据每帧的刷新周期为ZOms 故设置操作系统时钟节拍为ZOms 相应地设置ADProsTask CA TXDTask SOCTask 和

paper＠http://doc.guandang.net 投稿专用 Microcontrollers&EmbeddedSystems5S

基于μC_OS-Ⅱ+的电动车电池管理系统设计

MoniTask 的执行周期均为ZOms 考虑到电池组的温度变化相对较慢 同时温度传感器DS18BZO的温度转换时间相对较长 设置TempTask 的执行周期为1OOms CA RXDTask 和SCIRXDTask 的执行采用中断触发方式 SCITXDTask 由上位机的启动和停止信号控制执行 …… 此处隐藏：4170字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……