2024年3月15日发(作者：)
268
化
工
自
动
化
及
仪
表
2021
年
电池管理系统全自动测试软件设计
刘永臣巨永锋张嘉洋杜凯
(
长安大学电子与控制工程学院
)
摘要
针对锂离子电池及其电池管理系统在长期使用过程中存在的问题
，
以电池管理系统为测试目
标
，
分析电池管理系统全自动化测试系统的总体功能要求
，
确定测试内容，
然后根据测试内容设计测试
方法和流程
，
最后根据软件功能
，
在
Visual
C++
6.0
开发环境下进行软件设计
,
实现上位机测试软件发送
测试命令
，
接收并显示测试结果
，
控制测试进程等测试功能
"
实验结果表明
：
全自动测试软件有效提高了
测试准确性、
全面性和测试效率
。
关键词
电池管理系统锂离子电池全自动测试系统
CAN
通信
中图分类号
TP399
文献标识码
A
文章编号
1000
-
3932
(
2021
)
03
-
0268
-
05
电池管理系统
(
BMS
"
既是新能源汽车的重要
实现对电池管理系统功能的全自动测试
，
有效提
组成部分
，
又是连接电池与用户的枢纽
，
具有提
高了功能测试的准确性
、
全面性和测试效率
。
1
BMS
概述及测试方案设计
高电池有效利用率
、
防止电池过度充放电
、
延缓
电池损耗
、
增加使用寿命
、
监控电池的状态的作
1.1
BMS
简介
电池管理系统又被形象地称为
“
电池保姆
”
用
，
可以更加合理地管理和控制电池
［
1
］
o
电池作为
电动汽车的能量来源
，
由于电压和功率对汽车驱
或
“
电池管家
”
，
其主要功能为全自动
、
智能化管
理并实时维护电池单元
，
防止电池过充电或过放
动的要求
，
电池需要相互并联或串联才能达到要
求进行使用
。
由于电池制作工艺的不同且电池反
电
，
延长电池的使用寿命
，
监控电池的状态⑷
。
BMS
的主要功能有
：
复使用
,
不断充电放电消耗
,
电池单体电量间的
差异越来越明显
，
长此以往会对电池造成不可恢
a.
测量电池端电压
，
电池组总电压
、
总电流
；
复的消耗损坏
，
电池的使用寿命将大打折扣
。
这
b.
均衡单体电池间的能量
，
使电池组中每块
也成为新能源汽车核心技术难以突破的瓶颈
，
所
以电动汽车的发展需要电池管理系统技术的发
展来支撑
［
2
］
(
目前
，
锂离子电池是新能源汽车中使用范围
电池能量均衡一致
［
5
］
，
均衡技术是电池管理系统
的关键技术
［
6
］
；
c.
计算荷电状态
(
SOC
)
并保证其值在合理的
范围内
，
防止电池过充电或过放电引起的损害
；
最广的电池
,
锂离子电池具有环保
、
循环寿命长
d.
动态监测动力电池组的工作状态
；
e.
显示实时数据
；
及安全性能好等优点
。
但是
，
锂离子电池及其电
池管理系统在长期的使用过程中存在一些缺陷
f.
数据记录及分析
，
同时挑选出有问题的电
亟待解决
，
如电池单体间差异
、
电池单体损坏
、
数
据采样精度低及热失控现象等
［
3
］
(
因此
，
电池管理
池
，
保持整组电池运行的可靠性和高效性
；
g.
通信组网功能
［
7
］
(
1.2
CAN
总线基本概述
CAN
总线需要在对等的层次上才能进行通
系统的质量直接影响电池的效率
，
而在电池管理
系统开发过程中最关键的环节是功能测试
。
笔者
设计开发了一款电池管理系统全自动测试软件
,
信
，
因其具有可靠的数据传输和强大的抗干扰能
基金项目
：
陕西省自然科学基础研究计划项目
(
2020JM
-
255
，
2020JM
-
238
)
。
作者简介
:
刘永臣
(
1995
-
)
，
硕士研究生
，
从事控制科学与工程的研究
。
通讯作者
：
巨永锋
(
1962
-
)
，
教授
,
从事自动控制
、
智能测控技术的研究
，
************.cn
第
48
卷第
3
期
化
工
自
动
化
及
仪
表
1.3
BMS
测试方案设计
269
力
，
且传输效率高
，
被广泛应用在电子控制单元
(
ECU
)
与测试器之间的通信上
，
它具有以下特性
:
BMS
全自动测试系统结构如图
1
所示
,
上位机
a.
网络结构设计过程具有最大的灵活性
；
b.
最大程度定制网络和节点地址
；
测试软件通过
CAN
接口与测试平台连接
,
测试平
台提供待测设备的硬件测试环境
。
上位机测试软
件通过发送测试命令
,
接收测试结果
,
控制测试
c.
网管只需要知道子网的网络地址
,
而不需
要知道子网所有节点的地址
。
平台
，
实现对
BMS
各项功能的检测
&
图
1
BMS
全自动测试系统结构框图
上位机测试软件测试的内容包括
:
CAN
通信
测试
,
系统电压测试
,
BMS
电流测试
,
BMS
充电测
试
,
BMS
通信测试
,
BMS
电流采集测试
,
BMS
高低
接收数据
边开关测试
,
BMS
开关量输入测试
,
BMS
充电接口
测试
,
BMS
的
SOC
设置测试
,
BMS
温度采集测试
,
BMS
电子锁测试
&
硬件连接过程为
:
将
CAN
通信卡
清除接收中断
USB
接口与电脑
/
笔记本进行连接
；
将
CAN
通信卡
的
CAN
接口与测试平台连接
；
将待测设备安装到
测试平台
%
将待测设备和测试平台上电
。
2
BMS
功能测试设计
图
3
报文接收中断服务程序流程
2.1
CAN
通信模块设计
报文发送
。
笔者采用定时方式来发送
CAN
通
信模块数据
&
发送时
,
CPU
检查
CAN
通信模块的发
初始化
。
初始化主要包括基础的设置
,
如工
作方式
、
比特率及接收滤波方式等
,
其流程如图
2
所示
。
在设定完寄存器之后
,
确定系统的比特率
送缓冲区
,
若处于
“
释放
”
状态
,
则
CPU
将发送的信
息传送到该发送缓冲器
,
然后将标志清零
,
启动
为
250kbit/s
o
发送
,
发送期间
CPU
不能访问发送缓冲器
&
发送成
功后
,
发送缓冲区回到
“
释放
”
状态
,
这时
CPU
就可
以访问发送缓冲器
，
继续进行下一次发送操作⑻,
报文发送流程如图
4
所示
&
图
2
初始化流程
报文接收
。
接收的数据储存在一个
5
级的输
入
FIFO
存储器中
,
接收子程序可以通过查询或中
断的方式来接收数据
。
笔者采用中断方式接收报
文
,
可降低
CPU
的负载
,
提高实时性
,
具体流程如
图
3
所示
。
图
4
报文发送流程
270
化
工
自
动
化
及
仪
表
2021
年
2.2
电流
/
电压测试模块设计
主控芯片内置
A/D
转换器
，
可将电流传感器
和电压传感器分别采集的电流
、
电压信号传送到
主控芯片
，
完成信号的处理
9
。
电流
/
电压测试模
块设计流程如图
5
所示
。
图
5
电流
/
电压测试模块设计流程
3
BMS
软件功能验证
使用
BMS
测试平台对
BMS
的各项性能进行测
试
，
既可以分析出待测
BMS
的缺陷和不足之处
，
也
可以验证
BMS
测试平台的功能是否达到合格标
准
。
按照既定的软件操作流程
,
在
9,
供电下测试
BMS
系统
。
3.1
测试全自动测试工装与上位机的通信
全自动测试工装
MCU
通过
CAN
通信模块
0
口
和上位机握手通信
,
如果通信有故障
,
则蜂鸣器
报警
。
3.2
电压测试
系统上电后
,
功率控制
MCU_PCON
(
PJ6
)
置
高
，
MCU_12,CON
(
PS3
)
置低
，
MCU_16,CON
(
PS2
)
置低
,
默认电压输出为
9,
,
9V
LED
亮起
。
检
测
A/D
转换器采集的电压
V
°gD
,
对应于
MCU
模拟
输入
AN02
,
输出电压值
(
单位
V
)
为
：
!
OUT
二
!
OUT_AD
X
"
(
1
)
如果输出电压为
9V
±
1V
,
上报上位机处于
9V
测试系统
,
并执行下一步
,
否则上报上位机电源
输出故障
,
蜂鸣器报警
。
3.3
电流测试
电流控制测试端
MCU_VOCON
(
PJ7
)
置低
，
使
"
(
1
!
)
有效
，
防止产生过流
，
目的是保护电路
；
MCU_K30CON
(
PS1
)
置高
，
打开
BMS
常供电
，
测量
!°
p
_
ad
(
AN10)
电压
，
则
BMS
静态电流
(
单位
？
A
)
为
：
#
_
(
!
OP_AD
@
云"
L
25
)
!
1000
(
2
)
静
_
如果静态电流不在正常范围之内
，
上报故
障
:
静态电流过大
。
MCU_K30CON
(
PS1
)
置高
，
打开
BMS
常供电
；
K15_CON
(
PS0
)
置高
，
使能
ON
挡信号
，
测量
！
op
_
ad
(
AN10
)
电压
,
则
BMS
工作电流
(
单位
mA
)
为
：
丁
(!
opad
@1.25
)
!1000
小
工
10
!
"
如果工作电流不在正常范围之内
，
上报故
障
:
工作电流过大或
BMS
ON
挡故障
。
计算完成后
，
电流控制测试端
MCU_VOCON
(
PJ7
)
置高
。
3.4
通信
、
温度等测试
测试
BMS3
个
CAN
通道接收
、
发送数据的性
能
，
具体为通过通道
1
下发给
BMS
一个数据
,
BMS
收到后回发另外一个数据
，
通过通道
2
下发给
BMS
一个数据
,
BMS
收到后回发另外一个数据
,
通过通
道
3
下发给
BMS
—
个数据
,
BMS
收到后回发另外一
个数据
。
采集
TEMP_AD
(
AN08
)
电压
，
通过温度分度
表
,
计算得出目前的温度值
。
通过
BMS
内部
CAN
网
络
,
读取
BMS
主板采集到的温度信息
,
对比分析温
度信息
,
温度差在
±
2
$
之内即为合格
,
否则上报
故障
。
通过
BMS
内网
CAN
总线
，
将随机设置的
SOC
值下发到
BMS
主板
,
等待主板返回信息
,
如果设置
不成功上报故障
,
如果设置成功则命令主板回读
设置的
SOC
值
,
与设置的
SOC
值进行对比
,
如果不
一致
，
上报故障
。
3.5
验证说明
安装完毕后
,
在电脑上运行测试软件
,
打开
登录界面
(
图
6
),
设置好
“
设备类型
”
和
“
比特率
”
，
点击
“
OK
”
键
。
第
48
卷第
3
期
化
工
自
动
化
及
仪
表
271
界面
（
图
7
）
。
首先设置初始值
，
将初始值填入方框中
,
点
击
“
设置
”
，
弹出
“
设置成功
”
或
“
设置失败
”
提示
。
点击
“
整体测试
”
按键
。
若测试过程中出现故障
,
测试平台会有报警提示音
，
点击
“
报警消除
”
按
键
,
停止提示音
。
测试过程中当用户需要停止测
试时
，
点击
“
停止测试
”
按键
。
测试完成后
，
页面上
会显示
9
、
12
、
16,
这
3
个模式下的测试结果
,
并将
图
6
登录界面
测试过程中的详细数据显示在白色方框内
,
如图
8
所示
。
连接成功后
,
进入
BMS
全自动测试软件测试
图
7
测试界面
W
电油首理笞理系歩全自动测试软枠
测式结寒
--
5
/
V
“
銘
“
等
W
等
M
W
"
“
鴛
"
“
銘
“
“
等
W
图
8
测试结果界面
4
结束语
参考
文
献
[
1
]
[
2
]
[
3
]
开发了电池管理系统全自动测试软件
,
软件
根据测试目标分析总体功能要求
，
确定测试内
乔立彪
.
锂离子电池管理系统的研究与实现
[
D
]
,
济
南
:
山东大学
,
2012.
容
。
使用
Visual
C++
6.0
软件
，
采用
C/C++
语言设
计人机界面
。
对软件的验证结果说明
：
所设计的
蔡群英
•
混合动力汽车用锂离子电池管理系统的研
制
[
D
]
.
北京
:
北京交通大学
,
2010.
电池管理系统全自动测试软件能满足预设的功
冯粟莉
•
汽车动力电池管理系统的实现与自动测试
[
D
]
•
哈尔滨
:
哈尔滨理工大学
,
2015.
（
下转第
能需求
，
有效提高了测试效率
。
305
页
）
第
48
卷第
3
期
化
工
自
动
化
及
仪
表
305
磨机入口负压报警
,
但是在
3
个操作站却显示为
2
由二取一逻辑变更为三取二逻辑
,
在提高保护可
#
汽动给水泵主蒸汽进汽压力报警
。
解决方法是
,
修改后
2
#
汽动给水泵主蒸汽进汽压力报
靠性的同时
,
保证了
2
#
汽动给水泵的正常运行
。
7
将
2
#
汽动给水泵主蒸汽进汽压力的位号修改为
PI2101
结束语
2
#
汽动给水泵从暖机启动到升速至额定转
警消失
。
2019
速以及正常停机均完全由
W00DWARD505
控制
年
8
月
22
日和
2020
年
3
月
31
日各出
器根据设定程序来完成
，
大幅降低了工作人员劳
现一次由现场转速变送器输入到
DCS
的转速
（
SI
-
2353
）
超过联锁值
3
300r/min
的现象
，
导致原
汽轮机转速高联锁（
二取一
）
软逻辑输出跳闸信
动强度
，
缩短了机组开机和停机时间
。
在
DCS
操
作站
、
W00DWARD505
控制器人机界面和现场
控制柜都能实现紧急停机
，
快速应对突发事件
（
号
,
2
#
汽动给水泵联锁停机
。
考虑到单个转速可
能出现测量错误的可能性
，
经过现场仔细核对查
除
2
#
汽动给水泵本体机械安全保护装置外
,
DCS
与
W00DWARD505
控制器通过软逻辑和硬联锁
相结合的方式
，保障了机组安全运行
。
通过解决
2
找
，
发现转速变送器输入到
DCS
的转速
（
SI
-
2353
）
和转速变送器输入到现场控制柜转速表的
#
汽动给水泵从建设调试到正常运行出现的一
转速这两个转速的信号线均受到高温烘烤
，
控制
电缆的外层绝缘已经熔化
。
解决方法是将两根转
些问题
，
为
2
#
汽动给水泵今后安全运行积累了宝
贵的经验
。
（
收稿日期
：
2020
-
05
-
13
，
修回日期
：
2021
-
04
-
08
）
速信号线进行绝缘处理
，
同时将控制柜转速表的
输出信号
（
SI
-
2354
）
引入
DCS
,
汽轮机转速高联锁
（
上接第
271
页
）
[
4
]
胡秀芝.
锂离子电池管理系统的设计
[
D
]
,
北京
：
北方
工业大学
,
2014.
[
8
]
济南
：
山东大学
,
2016.
郑敏信
，
齐铂金
,
吴红杰
.
基于双
CAN
总线的电动汽
车电池管理系统
[
J
]
.
汽车工程
，
2008
,
（
9
）
：
788-791
,
795.
[
5
]
[
6
]
[
7
]
林伟
.锂离子蓄电池组管理系统设计
[
D
]
.
上海
：
华东
理工大学
,
2016.
陈春飞
.
一种锂离子电池组充放电管理方式的研究
[
D
]
.
杭州
：
浙江大学
,
2011.
[
9
]
谢绍伟
.
电动汽车电池管理系统
（
BMS
）
及其验证系
统的开发
[
D
]
.
武汉
：
华中科技大学
,
2015.
（
收稿日期
:
2020
-
10
-
27
，
修回日期
:
2021
-
03
-
26
）
于广
.
电动汽车动力电池管理系统研究与设计
[
D
]
.
Design
of
Auto
-
test
Software
for
Battery
Management
System
LIU
Yong
-
chen
,
JU
Yong
-
feng
,
ZHANG
Jia
-
yang
,
DU
Kai
(
School
of
Electronic
and
Control
Engineering
,
Chang
#
an
University'
)
Abstract
Considering
the
matters
bothering
long
term
application
of
Li
ion
batteries
and
their
management
system
-
-
,
the
battery
management
system
was
taken
as
the
test
target
to
analyze
overall
functional
require
ments
of
the
battery
management
systems
fully
automatic
test
system
design
the
test
method
and
procedures.
Finally
'
-
,
determine
the
test
content
and
then
,
having
the
software
function
based
to
design
the
software
in
Visual
C++
6.0
development
environment
to
realize
the
test
functions
such
as
making
use
of
upper
com
puter
test
software
to
send
test
commands
,
receive
and
display
test
results
as
well
as
controll
the
test
pro
cess.
Experimental
results
showed
that
cy
,
fully
-
automatic
testing
software
can
effectively
improve
the
accura
,
Li
-
ion
battery
,
fully
-
automatic
testing
system
,
CAN
communica
,
comprehensiveness
and
efficiency
of
the
testing.
Key
words
battery
management
system
tion
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