基於ccp協議的bms標定模塊的製作方法
2023-05-18 01:53:36 2
專利名稱：基於ccp協議的bms標定模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車電子應用技術，具體是混合動力電動汽車(HEV)中電池管理系統 的標定模塊的設計。
背景技術：
電池管理系統BMS，是電動汽車中的關鍵控制部件，負責對電池組的工作參數，如 電壓、電流和溫度等進行實時監測，並對電池組的荷電狀態(SOC)進行實時估計，同時根據 得到的狀態信息進行相關的故障診斷，確保電池組的安全使用。BMS對電池組的管理性能 是HEV應用和發展的關鍵技術之一。傳統的電池管理系統的軟體設計通常按照固定模式實 現，和電池相關的控制參數作為確定值參與系統的運行，而實際應用過程中因為不同電池 組之間的性能差異，以及不同時段內電池組性能參數的變化，使得軟體中確定的控制參數 值在某些情況下"失真"，從而導致控制效果降低。因此對參數的在線修正和監測對電池管 理系統性能的提高將起到重要作用。隨著電動車的運行環境的變化，相應的BMS的各種控 制參數要做出調整，以便匹配整車的性能要求，同時，對於不同的電池組，根據其性能參數 的不同，要對BMS進行控制參數的調整和標定。作為車載控制器，從研發原型到形成產品都 需經過匹配標定的過程，以確定其合適的運行參數和控制參數。BMS作為混合動力電動車上 的一種電子控制單元，具備標定功能將可提高BMS的可移植性和通用性，工程應用價值大。 目前，對BMS標定功能的實現大都以傳統的RS-232串口通訊為基礎，通信速度慢、傳輸距離 短，可標定參數少，實時性不高，在整車應用環境下，其效果不能令人滿意。
發明內容
本發明的所要解決的技術問題，以CAN通訊為基礎，採用CCP協議標定協議對BMS 實施標定，解決通信速度慢，傳輸距離短，課表頂參數少的缺陷。 本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是，數位訊號處理器DSP作為上層控 制器，其I/O接口的輸出數據經緩衝後，對獨立CAN總線控制器進行控制命令的寫入、狀態 及數據的讀取，其中的CCP(CAN標定協議)命令處理模塊中命令處理函數對上層控制器發 送的命令根據CCP協議中對命令字節數組的結構定義進行解析，DAQ處理模塊周期性地通 過CAN總線向主設備發送監控數據，其數據採集發送對象函數指示監控數據發送周期，同 時，DSP通過I/O接口輸出控制字來控制複雜邏輯控制器件CPLD，使其輸出片選以及讀寫 控制信號至獨立CAN總線控制器，DSP控制獨立CAN總線控制器發送和接收標定信息，通過 CAN通訊電路實現對BMS的標定，CAN通訊電路包括光耦隔離晶片、CAN發送、接收模塊和抗 共模幹擾的共模繞線磁環。光耦隔離晶片對標定信息進行光電隔離，經CAN發送、接收模塊 轉換為CAN協議後，接入汽車電池管理系統CAN標定網絡，實現對BMS的參數標定。由共模 磁環抑制共模幹擾，抵抗整車環境中的共模幹擾，抑制CAN通訊過程中錯誤幀的產生，保證 通訊可靠性。 CPLD根據獨立CAN總線控制器在Intel (英特爾)模式下的讀寫控制邏輯圖，對DSP的輸入信號進行解碼輸出獨立CAN控制器的控制信號。在BMS標定模塊DSP中還對需 監測的參數建立組織形成上傳對象描述表ODT，在進行數據上傳時，BMS標定模塊的CCP命 令處理模塊調用函數對數據上傳命令解析並處理，向上層控制器返回ODT的數目。
本發明BMS標定模塊對汽車電池管理系統進行實時標定，並通過CAN通訊監測運 行參數。以確定其合適的運行參數和控制參數。提高BMS的可移植性和通用性。在BMS 實現其電池管理功能的基礎上，本發明可在線對其運行參數進行調整、優化，提升BMS的性 能，縮短了系統開發周期。
圖1本發明BMS標定模塊電原理結構框圖
圖2本發明BMS標定模塊電路圖實例
圖3BMS標定模塊模塊結構框圖
具體實施例方式
如圖1所示為本發明所述的BMS標定模塊原理框圖，該BMS標定模塊屬於下位機， 即BMS—側。標定模塊的核心控制器數位訊號處理器DSP作為上層控制器，其地址/數據總 線通過輸入/輸出I/O接口經緩衝器緩衝後，對獨立CAN總線控制器進行控制命令的寫入 和狀態及數據的讀取，同時，DSP通過I/O接口輸出控制字來控制複雜邏輯控制器件CPLD， 使其輸出片選以及讀寫控制信號至獨立CAN總線控制器，DSP控制獨立CAN總線控制器發 送和接收標定信息，通過CAN通訊電路實現對BMS的標定，CAN通訊電路可採用包括光耦隔 離晶片、CAN通訊接口晶片(包括CAN發送、接收模塊)和抗共模幹擾的共模繞線磁環的電 路。標定信息經過光耦隔離晶片隔離，CAN通訊接口晶片轉換為CAN協議後，由共模磁環抑 制共模幹擾，抵抗整車環境中的共模幹擾，抑制CAN通訊過程中錯誤幀的產生，保證通訊可 靠性。光耦隔離晶片進行光電隔離可減少外部通訊對核心控制器的幹擾，CAN通訊接口芯 片遵循CAN通信協議，使BMS標定模塊接入汽車CAN標定網絡。 以下以一具體實例對本發明電路原理進行描述，如圖2所示為BMS標定模塊的電 路結構圖，數位訊號處理器DSP(l)可採用16位晶片TMS320LF2407A作為系統的核心控制 器，可接收和發送標定參數的信息，並起到控制外部通訊接口的作用。數位訊號處理器的 輸出端通過總線連接緩衝器74HC245(2)對輸出信號進行緩衝，送入獨立CAN總線控制器 SJA1000 (3)。數位訊號處理器TMS320LF2407A的讀寫控制信號和地址選通信號經解碼器 EPM7128SLC84-15(7)解碼後輸出對SJA1000的讀寫控制信號。SJA1000的CAN發送端和接 收端分別經光耦隔離晶片6N 137(4、8)隔離後送入CAN通訊接口晶片PCA82C250(5)輸出 CAN總線信號，CAN總線信號經抗共模幹擾器件共模磁環(6)排除共模幹擾後接入標定CAN 通訊總線。 DSP和獨立CAN控制器SJA1000之間信息交換的具體實現過程如下
CPLD根據獨立CAN總線控制器SJA1000在Intel模式下的讀寫控制邏輯圖，對DSP 的輸入信號進行解碼後得到獨立CAN總線控制器的片選信號以及讀寫控制信號。DSP輸入 CPLD的信號包括高3位地址信號(A15、A14、A13) 、1/0空間選通信號]^以及讀寫控制信號 。CPLD解碼後輸出信號為獨立CAN控制器片選信號SJA一^、地址鎖存信號SJA ALE、寫控制信號SJA—W^以及讀控制信號SJA一而；當DSP對SJAIOOO進行訪問時，首先寫入要訪 問的地址，然後對該地址下的數據進行寫入或讀取操作，具體解碼邏輯如下
在寫入訪問地址時，I/O空間選通信號5為低有效電平，DSP對地址信號置位控制 訪問CAN控制器地址埠，如置地址信號A15 = 1，A14 = 0，A13 = O，訪問SJAIOOO地址端 口 ，讀寫控制信號WZ保持高有效，控制寫操作，經CPLD解碼輸出地址鎖存信號SJA_ALE為 高有效電平，此時DSP會將地址信號寫入SJAIOOO。 寫入訪問地址後，要將數據寫入對應地址時，1/0空間選通信號]^為低有效電平， 可置地址信號A15 = 1， A14 = 0， A13 = l，訪問SJAIOOO數據埠，讀寫控制信號『3保持
高有效，控制寫操作，經CPLD解碼輸出SJAIOOO片選信號SJA一^為低有效電平，地址鎖存 信號SJA_ALE為高無效電平，寫控制信號SJAj^為低有效電平，讀控制信號SJA一麗為高 無效電平，此時DSP通過數據總線對SJAIOOO寫入數據。 如果要對相應地址進行讀取操作，則DSP讀寫控制信號『5保持低有效，表示控制 讀操作，其他輸入CPLD的信號同寫數據操作，CPLD解碼後輸出寫控制信號SJA—W^為高無
效電平，讀控制信號SJA—麗為低有效電平，其他信號解碼同寫數據操作。
圖3所示為BMS標定模塊的模塊結構框圖。 下面具體描述上述BMS標定模塊對標定任務的處理，對標定任務可定義為單獨的 嵌入式任務，獨立於其他任務。標定任務包括下層CAN通訊實現部分和上層標定協議實現 部分。下層CAN通訊實現部分包括獨立CAN總線控制器和CAN發送接收模塊，首先，對獨立 CAN總線控制器SJAIOOO進行初始化，控制數據和命令的發送和接收。對SJAIOOO進行初始 化時，對SJAIOOO模式寄存器進行置位，使其復位，如向CAN控制器SJAIOOO模式寄存器寫 OxOl，讓其進入復位模式，然後分別對SJAIOOO的時鐘分頻寄存器、錯誤報警限額寄存器、 中斷使能寄存器、接收代碼和接收屏蔽寄存器、總線時序寄存器和輸出控制寄存器設置，最 後向模式寄存器寫入控制命令，進入正常工作模式。 CAN發送模塊負責發送報文，發送時需將待發送的數據按CAN協議格式組合成一 幀報文，送入SJAIOOO發送緩衝區中，然後啟動發送命令將緩衝區中的報文發送出去。CAN 接收模塊主要負責接收上位機的命令代碼，以查詢方式接收，查詢周期為lOms，在定時器周 期中斷中被調用。 作為底層通訊模塊，CAN發送模塊和CAN接收模塊被標定任務，即上層標定協議調 用。標定任務包括對CCP命令處理模塊和周期性上傳數據處理模塊進行處理，以任務的方 式，嵌入BMS系統軟體，通過DSP進行編程實現。 CCP命令處理作為BMS系統軟體的一個任務，以DSP為載體建立CCP命令處理 模塊，通過調用CAN通訊接收模塊從總線上獲取上位機發給BMS的命令，並根據命令做相 應的動作，並回送命令應答，完成對話。CCP命令處理模塊利用CCP驅動程序的核心函數 ccpCommand (*cmd)函數來實現。該函數主要負責解析並執行CRO (命令接收對象)命令，該 CRO命令由上位機標定軟體發出，用於向BMS傳遞指令代碼和內部功能碼。上層控制器接收 到上述CRO命令，CCP命令處理模塊中命令處理函數對上層控制器發送的命令根據CCP協議 中對命令字節數組的結構定義進行解析。通過獨立CAN總線控制器接收命令字節數組中的命令實現對BMS的標定，，ccpCommand(化md)函數形參為指向CAN數據幀接收緩衝區首字節 地址的指針，該函數通過分析該CAN數據幀的第一個字節即命令代碼字節，從而判斷該CR0 命令的功能，通過選擇將任務分配到具體的模塊，在動作完成後，任務將調用底層CAN發送 任務來返回CRM-DTO(命令返回信息發送對象)，作為對命令的應答。 DAQ(數據採集)處理模塊根據主設備要求，周期性地通過CAN總線向主設備發送 監控數據，同樣作為BMS系統軟體的一個任務，以DSP為載體。通過位於該模塊內的數據採 集單元讀取BMS內部RAM區控制參數的當前值，並用DAQ-DTO(數據採集發送對象)幀發送 給主設備。其數據採集發送對象函數為ccpDaq(byte EventChannel)，其形參為字節型，指 示不同的數據上傳周期，在BMS中，此函數在定時器下溢中斷服務程序裡被周期性地調用， 調用周期為lOms，即數據上傳周期為10ms。 在實現對參數的標定功能時，上位機首先發送建立連接命令，即connect命令，底 層CAN接收模塊通過查詢接收到此命令信息，然後將命令字節傳送至CCP命令處理模塊中 命令處理函數ccpCommand(*cmd)，該處理函數會根據CCP協議中對連接命令字節數組的結 構定義，對該命令進行解析，協議中定義命令首字節為連接命令代碼0x01 ，第二字節為命令 計數值，第三、四字節為BMS的地址標識符。當CCP命令處理模塊判斷出命令代碼所指示的 含義為連接命令，轉入連接命令的執行，將地址標識符與預設的值進行核對，若符合，則按 照返回命令CRM-DTO的結構要求返回應答信息，即首字節為返回信息標誌字節OxFF，第二 字節為命令返回代碼0x00，表示可進行連接，第三字節為命令字節組中的命令計數值。命令 處理函數ccpCommand(化md)對上位機其他命令的解析方式類似於以上解析過程，根據命 令代碼的不同，BMS會返回不同的命令返回代碼，並執行相應的動作。 建立連接後，上位機發送SET—S—STATUS(設定區段狀態)，命令處理函數 ccpCommand(化md)按照要求設定標定狀態為"關"狀態，返回相應命令字節後，上位機會通 過SET—MTA(設定目標地址)設定需要標定的變量地址，BMS對該命令解析並找到設定地 址，返回對應CRM-DTO幀，上位機再使用DOWNLOAD (下載)命令發送標定值，命令處理函數 ccpCommand(化md)接收並解析此命令，對目標值進行修改和存儲，最後上位機會再次發送 SET_S_STATUS(設定區段狀態)命令，BMS按照要求設定標定狀態位為"忙"狀態，以指示標 定狀態。按照上述模式，BMS中，可實現在線標定的參數主要包括如下幾大類
1.電池SOC估算模型的參數；
2.電池包故障診斷的閾值參數和算法參數；
3.針對不同電池組的預設參數；
4.電池採樣通道的比例參數；
5.電池採樣通道的濾波參數等； 在進行數據上傳時，上位機首先同BMS建立連接，連接過程同上述標定功能中的 連接過程，然後發送GET_DAQ_SIZE (獲取上傳數據大小)命令給BMS標定模塊，BMS調用命 令處理函數ccpCommand(*cmd)對數據上傳命令解析並處理，向上位機返回ODT(上傳對象 描述表)的數目。在BMS標定模塊的DSP中還對需監測的參數建立組織形成上傳對象描述 表0DT，每個ODT表分7個元素，可描述7個BMS內部參數的相對地址及數據長度等屬性，以 數組的形式存儲於DSP中。在進行數據上傳時，BMS標定模塊的CCP命令處理模塊調用函 數對數據上傳命令解析並處理，通過獨立CAN總線控制器，向上層控制器返回ODT的數目。命令應答完成後，上位機會發送SET_DAQ_PTR(設定上傳數據組的指針)，其內容包括對ODT 編號及ODT中元素的個數，ccpCommand(化md)函數讀出這兩個參數值並記錄後，DSP向上位 機返回應答。然後上位機發送WRITE—DAQ(寫上傳數據屬性)命令，以規定所上傳數據的類 型和地址，BMS標定模塊使用ccpCommand(化md)函數解析並記錄該信息，同時應答該命令。
在每個ODT表都完成上述過程後，上位機會再次發送SFT_S_STATUS (設定區段狀 態)命令，BMS標定模塊DSP調用ccpCommand(化md)函數，按照要求設定數據上傳狀態位 為"忙"狀態，以指示數據上傳狀態。最後上位機會發送START—STOP(啟-停)命令來開始 前述動作規定的數據的上傳，當為啟動模式時，ccpDaq(byte EventChannel)函數被調用， 該函數根據ODT表對監測參數的描述，進行周期性的數據上傳。可用於監測的參數包括電 池組性能參數如SOC、模塊電壓、總電壓、總電流，溫度等；繼電器狀態；電池系統故障等級 及故障指示標誌位。
權利要求
1. 一種電池管理系統標定模塊，其特徵在於，數位訊號處理器DSP作為上層控制器， DSP中的CCP命令處理模塊對上層控制器發送的命令根據CCP協議對命令字節數組的結構 定義進行解析，DAQ處理模塊周期性地通過CAN總線向主設備發送監控數據，其數據採集發 送對象函數指示監控數據發送周期，DSP的輸出信號經緩衝後，對獨立CAN總線控制器進行 控制命令的寫入、狀態及數據的讀取，並輸出控制字控制複雜邏輯控制器件CPLD，使其輸出 片選以及讀寫控制信號控制獨立CAN總線控制器發送和接收標定信息，通過CAN通訊電路 實現對電池管理系統BMS的標定。
2. 根據權利要求1所述的電池管理系統標定模塊，其特徵在於，CAN通訊電路包括光耦 隔離晶片、CAN發送、接收模塊和共模繞線磁環，光耦隔離晶片對標定信息進行光電隔離，經 CAN發送、接收模塊轉換為CAN協議後，由共模磁環抑制整車共模幹擾，接入汽車電池管理 系統的CAN標定網絡。
3. 根據權利要求1所述的電池管理系統標定模塊，其特徵在於，數位訊號處理器DSP採 用16位晶片TMS320LF2407A，獨立CAN總線控制器採用晶片SJAIOOO。
4. 根據權利要求1所述的電池管理系統標定模塊，其特徵在於，CPLD根據獨立CAN總 線控制器在Intel模式下的讀寫控制邏輯圖，對DSP的輸入信號進行解碼輸出片選以及讀 寫控制信號控制獨立CAN控制器。
5. 根據權利要求1所述的電池管理系統標定模塊，其特徵在於，在DSP中還建立組織形 成上傳對象描述表ODT，該表以數組的形式存儲於DSP中，描述BMS內部參數的相對地址及 數據長度屬性。
全文摘要
本發明請求保護電動汽車中電池管理系統(BMS)的標定模塊，涉及汽車電子技術。本標定模塊數位訊號處理器通過總線緩衝器與CAN總線控制器進行數據交換，並通過複雜邏輯控制器件對CAN總線控制器進行操作，從而保證數位訊號處理器對CAN通訊信息的實時掌握。CAN總線控制器收發端與高速光耦器件相連，經CAN通訊電路轉換後，經過抗幹擾器件接入CAN標定總線。本發明實現了電池管理系統控制參數的在線調整，可實時監測電池組運行參數，優化管理系統的控制性能，提高BMS的可移植性和通用性，縮短了系統開發周期。
文檔編號G01R31/36GK101752617SQ20091010472
公開日2010年6月23日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者周安健, 樸昌浩, 杜曉偉, 楊輝前, 蘇嶺, 鄭敏信, 齊鉑金 申請人:重慶長安汽車股份有限公司;北京航空航天大學