CN101752617A - 基于ccp协议的bms标定模块 - Google Patents

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齐铂金
周安健
苏岭
杜晓伟
郑敏信
杨辉前
朴昌浩
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Abstract

本发明请求保护电动汽车中电池管理系统(BMS)的标定模块，涉及汽车电子技术。本标定模块数字信号处理器通过总线缓冲器与CAN总线控制器进行数据交换，并通过复杂逻辑控制器件对CAN总线控制器进行操作，从而保证数字信号处理器对CAN通讯信息的实时掌握。CAN总线控制器收发端与高速光耦器件相连，经CAN通讯电路转换后，经过抗干扰器件接入CAN标定总线。本发明实现了电池管理系统控制参数的在线调整，可实时监测电池组运行参数，优化管理系统的控制性能，提高BMS的可移植性和通用性，缩短了系统开发周期。

Description

基于CCP协议的BMS标定模块
技术领域
本发明涉及汽车电子应用技术，具体是混合动力电动汽车(HEV)中电池管理系统的标定模块的设计。
背景技术
电池管理系统BMS，是电动汽车中的关键控制部件，负责对电池组的工作参数，如电压、电流和温度等进行实时监测，并对电池组的荷电状态(SOC)进行实时估计，同时根据得到的状态信息进行相关的故障诊断，确保电池组的安全使用。BMS对电池组的管理性能是HEV应用和发展的关键技术之一。传统的电池管理系统的软件设计通常按照固定模式实现，和电池相关的控制参数作为确定值参与系统的运行，而实际应用过程中因为不同电池组之间的性能差异，以及不同时段内电池组性能参数的变化，使得软件中确定的控制参数值在某些情况下“失真”，从而导致控制效果降低。因此对参数的在线修正和监测对电池管理系统性能的提高将起到重要作用。随着电动车的运行环境的变化，相应的BMS的各种控制参数要做出调整，以便匹配整车的性能要求，同时，对于不同的电池组，根据其性能参数的不同，要对BMS进行控制参数的调整和标定。作为车载控制器，从研发原型到形成产品都需经过匹配标定的过程，以确定其合适的运行参数和控制参数。BMS作为混合动力电动车上的一种电子控制单元，具备标定功能将可提高BMS的可移植性和通用性，工程应用价值大。目前，对BMS标定功能的实现大都以传统的RS-232串口通讯为基础，通信速度慢、传输距离短，可标定参数少，实时性不高，在整车应用环境下，其效果不能令人满意。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题，以CAN通讯为基础，采用CCP协议标定协议对BMS实施标定，解决通信速度慢，传输距离短，课表顶参数少的缺陷。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，数字信号处理器DSP作为上层控制器，其I/O接口的输出数据经缓冲后，对独立CAN总线控制器进行控制命令的写入、状态及数据的读取，其中的CCP(CAN标定协议)命令处理模块中命令处理函数对上层控制器发送的命令根据CCP协议中对命令字节数组的结构定义进行解析，DAQ处理模块周期性地通过CAN总线向主设备发送监控数据，其数据采集发送对象函数指示监控数据发送周期，同时，DSP通过I/O接口输出控制字来控制复杂逻辑控制器件CPLD，使其输出片选以及读写控制信号至独立CAN总线控制器，DSP控制独立CAN总线控制器发送和接收标定信息，通过CAN通讯电路实现对BMS的标定，CAN通讯电路包括光耦隔离芯片、CAN发送、接收模块和抗共模干扰的共模绕线磁环。光耦隔离芯片对标定信息进行光电隔离，经CAN发送、接收模块转换为CAN协议后，接入汽车电池管理系统CAN标定网络，实现对BMS的参数标定。由共模磁环抑制共模干扰，抵抗整车环境中的共模干扰，抑制CAN通讯过程中错误帧的产生，保证通讯可靠性。
CPLD根据独立CAN总线控制器在Intel(英特尔)模式下的读写控制逻辑图，对DSP的输入信号进行译码输出独立CAN控制器的控制信号。在BMS标定模块DSP中还对需监测的参数建立组织形成上传对象描述表ODT，在进行数据上传时，BMS标定模块的CCP命令处理模块调用函数对数据上传命令解析并处理，向上层控制器返回ODT的数目。
本发明BMS标定模块对汽车电池管理系统进行实时标定，并通过CAN通讯监测运行参数。以确定其合适的运行参数和控制参数。提高BMS的可移植性和通用性。在BMS实现其电池管理功能的基础上，本发明可在线对其运行参数进行调整、优化，提升BMS的性能，缩短了系统开发周期。
附图说明
图1本发明BMS标定模块电原理结构框图
图2本发明BMS标定模块电路图实例
图3BMS标定模块模块结构框图
具体实施方式
如图1所示为本发明所述的BMS标定模块原理框图，该BMS标定模块属于下位机，即BMS一侧。标定模块的核心控制器数字信号处理器DSP作为上层控制器，其地址/数据总线通过输入/输出I/O接口经缓冲器缓冲后，对独立CAN总线控制器进行控制命令的写入和状态及数据的读取，同时，DSP通过I/O接口输出控制字来控制复杂逻辑控制器件CPLD，使其输出片选以及读写控制信号至独立CAN总线控制器，DSP控制独立CAN总线控制器发送和接收标定信息，通过CAN通讯电路实现对BMS的标定，CAN通讯电路可采用包括光耦隔离芯片、CAN通讯接口芯片(包括CAN发送、接收模块)和抗共模干扰的共模绕线磁环的电路。标定信息经过光耦隔离芯片隔离，CAN通讯接口芯片转换为CAN协议后，由共模磁环抑制共模干扰，抵抗整车环境中的共模干扰，抑制CAN通讯过程中错误帧的产生，保证通讯可靠性。光耦隔离芯片进行光电隔离可减少外部通讯对核心控制器的干扰，CAN通讯接口芯片遵循CAN通信协议，使BMS标定模块接入汽车CAN标定网络。
以下以一具体实例对本发明电路原理进行描述，如图2所示为BMS标定模块的电路结构图，数字信号处理器DSP(1)可采用16位芯片TMS320LF2407A作为系统的核心控制器，可接收和发送标定参数的信息，并起到控制外部通讯接口的作用。数字信号处理器的输出端通过总线连接缓冲器74HC245(2)对输出信号进行缓冲，送入独立CAN总线控制器SJA1000(3)。数字信号处理器TMS320LF2407A的读写控制信号和地址选通信号经译码器EPM7128SLC84-15(7)译码后输出对SJA1000的读写控制信号。SJA1000的CAN发送端和接收端分别经光耦隔离芯片6N 137(4、8)隔离后送入CAN通讯接口芯片PCA82C250(5)输出CAN总线信号，CAN总线信号经抗共模干扰器件共模磁环(6)排除共模干扰后接入标定CAN通讯总线。
DSP和独立CAN控制器SJA1000之间信息交换的具体实现过程如下：
CPLD根据独立CAN总线控制器SJA1000在Intel模式下的读写控制逻辑图，对DSP的输入信号进行译码后得到独立CAN总线控制器的片选信号以及读写控制信号。DSP输入CPLD的信号包括：高3位地址信号(A15、A14、A13)、I/O空间选通信号
Figure G2009101047216D00041
以及读写控制信号
Figure G2009101047216D00042
CPLD译码后输出信号为独立CAN控制器片选信号
Figure G2009101047216D00043
地址锁存信号SJA ALE、写控制信号以及读控制信号
Figure G2009101047216D00045
当DSP对SJA1000进行访问时，首先写入要访问的地址，然后对该地址下的数据进行写入或读取操作，具体译码逻辑如下：
在写入访问地址时，I/O空间选通信号
Figure G2009101047216D00046
为低有效电平，DSP对地址信号置位控制访问CAN控制器地址端口，如置地址信号A15＝1，A14＝0，A13＝0，访问SJA1000地址端口，读写控制信号保持高有效，控制写操作，经CPLD译码输出地址锁存信号SJA_ALE为高有效电平，此时DSP会将地址信号写入SJA1000。
写入访问地址后，要将数据写入对应地址时，I/O空间选通信号
Figure G2009101047216D00048
为低有效电平，可置地址信号A15＝1，A14＝0，A13＝1，访问SJA1000数据端口，读写控制信号
Figure G2009101047216D00051
保持高有效，控制写操作，经CPLD译码输出SJA1000片选信号
Figure G2009101047216D00052
为低有效电平，地址锁存信号SJA_ALE为高无效电平，写控制信号
Figure G2009101047216D00053
为低有效电平，读控制信号
Figure G2009101047216D00054
为高无效电平，此时DSP通过数据总线对SJA1000写入数据。
如果要对相应地址进行读取操作，则DSP读写控制信号
Figure G2009101047216D00055
保持低有效，表示控制读操作，其他输入CPLD的信号同写数据操作，CPLD译码后输出写控制信号
Figure G2009101047216D00056
为高无效电平，读控制信号
Figure G2009101047216D00057
为低有效电平，其他信号译码同写数据操作。
图3所示为BMS标定模块的模块结构框图。
下面具体描述上述BMS标定模块对标定任务的处理，对标定任务可定义为单独的嵌入式任务，独立于其他任务。标定任务包括下层CAN通讯实现部分和上层标定协议实现部分。下层CAN通讯实现部分包括独立CAN总线控制器和CAN发送接收模块，首先，对独立CAN总线控制器SJA1000进行初始化，控制数据和命令的发送和接收。对SJA1000进行初始化时，对SJA1000模式寄存器进行置位，使其复位，如向CAN控制器SJA1000模式寄存器写0x01，让其进入复位模式，然后分别对SJA1000的时钟分频寄存器、错误报警限额寄存器、中断使能寄存器、接收代码和接收屏蔽寄存器、总线时序寄存器和输出控制寄存器设置，最后向模式寄存器写入控制命令，进入正常工作模式。
CAN发送模块负责发送报文，发送时需将待发送的数据按CAN协议格式组合成一帧报文，送入SJA1000发送缓冲区中，然后启动发送命令将缓冲区中的报文发送出去。CAN接收模块主要负责接收上位机的命令代码，以查询方式接收，查询周期为10ms，在定时器周期中断中被调用。
作为底层通讯模块，CAN发送模块和CAN接收模块被标定任务，即上层标定协议调用。标定任务包括对CCP命令处理模块和周期性上传数据处理模块进行处理，以任务的方式，嵌入BMS系统软件，通过DSP进行编程实现。
CCP命令处理作为BMS系统软件的一个任务，以DSP为载体建立CCP命令处理模块，通过调用CAN通讯接收模块从总线上获取上位机发给BMS的命令，并根据命令做相应的动作，并回送命令应答，完成对话。CCP命令处理模块利用CCP驱动程序的核心函数ccpCommand(*cmd)函数来实现。该函数主要负责解析并执行CRO(命令接收对象)命令，该CRO命令由上位机标定软件发出，用于向BMS传递指令代码和内部功能码。上层控制器接收到上述CRO命令，CCP命令处理模块中命令处理函数对上层控制器发送的命令根据CCP协议中对命令字节数组的结构定义进行解析。通过独立CAN总线控制器接收命令字节数组中的命令实现对BMS的标定，，ccpCommand(*cmd)函数形参为指向CAN数据帧接收缓冲区首字节地址的指针，该函数通过分析该CAN数据帧的第一个字节即命令代码字节，从而判断该CRO命令的功能，通过选择将任务分配到具体的模块，在动作完成后，任务将调用底层CAN发送任务来返回CRM-DTO(命令返回信息发送对象)，作为对命令的应答。
DAQ(数据采集)处理模块根据主设备要求，周期性地通过CAN总线向主设备发送监控数据，同样作为BMS系统软件的一个任务，以DSP为载体。通过位于该模块内的数据采集单元读取BMS内部RAM区控制参数的当前值，并用DAQ-DTO(数据采集发送对象)帧发送给主设备。其数据采集发送对象函数为ccpDaq(byte EventChannel)，其形参为字节型，指示不同的数据上传周期，在BMS中，此函数在定时器下溢中断服务程序里被周期性地调用，调用周期为10ms，即数据上传周期为10ms。
在实现对参数的标定功能时，上位机首先发送建立连接命令，即connect命令，底层CAN接收模块通过查询接收到此命令信息，然后将命令字节传送至CCP命令处理模块中命令处理函数ccpCommand(*cmd)，该处理函数会根据CCP协议中对连接命令字节数组的结构定义，对该命令进行解析，协议中定义命令首字节为连接命令代码0x01，第二字节为命令计数值，第三、四字节为BMS的地址标识符。当CCP命令处理模块判断出命令代码所指示的含义为连接命令，转入连接命令的执行，将地址标识符与预设的值进行核对，若符合，则按照返回命令CRM-DTO的结构要求返回应答信息，即首字节为返回信息标志字节0xFF，第二字节为命令返回代码0x00，表示可进行连接，第三字节为命令字节组中的命令计数值。命令处理函数ccpCommand(*cmd)对上位机其他命令的解析方式类似于以上解析过程，根据命令代码的不同，BMS会返回不同的命令返回代码，并执行相应的动作。
建立连接后，上位机发送SET_S_STATUS(设定区段状态)，命令处理函数ccpCommand(*cmd)按照要求设定标定状态为“关”状态，返回相应命令字节后，上位机会通过SET_MTA(设定目标地址)设定需要标定的变量地址，BMS对该命令解析并找到设定地址，返回对应CRM-DTO帧，上位机再使用DOWNLOAD(下载)命令发送标定值，命令处理函数ccpCommand(*cmd)接收并解析此命令，对目标值进行修改和存储，最后上位机会再次发送SET_S_STATUS(设定区段状态)命令，BMS按照要求设定标定状态位为“忙”状态，以指示标定状态。按照上述模式，BMS中，可实现在线标定的参数主要包括如下几大类：
1.电池SOC估算模型的参数；
2.电池包故障诊断的阈值参数和算法参数；
3.针对不同电池组的预设参数；
4.电池采样通道的比例参数；
5.电池采样通道的滤波参数等；
在进行数据上传时，上位机首先同BMS建立连接，连接过程同上述标定功能中的连接过程，然后发送GET_DAQ_SIZE(获取上传数据大小)命令给BMS标定模块，BMS调用命令处理函数ccpCommand(*cmd)对数据上传命令解析并处理，向上位机返回ODT(上传对象描述表)的数目。在BMS标定模块的DSP中还对需监测的参数建立组织形成上传对象描述表ODT，每个ODT表分7个元素，可描述7个BMS内部参数的相对地址及数据长度等属性，以数组的形式存储于DSP中。在进行数据上传时，BMS标定模块的CCP命令处理模块调用函数对数据上传命令解析并处理，通过独立CAN总线控制器，向上层控制器返回ODT的数目。命令应答完成后，上位机会发送SET_DAQ_PTR(设定上传数据组的指针)，其内容包括对ODT编号及ODT中元素的个数，ccpCommand(*cmd)函数读出这两个参数值并记录后，DSP向上位机返回应答。然后上位机发送WRITE_DAQ(写上传数据属性)命令，以规定所上传数据的类型和地址，BMS标定模块使用ccpCommand(*cmd)函数解析并记录该信息，同时应答该命令。
在每个ODT表都完成上述过程后，上位机会再次发送SFT_S_STATUS(设定区段状态)命令，BMS标定模块DSP调用ccpCommand(*cmd)函数，按照要求设定数据上传状态位为“忙”状态，以指示数据上传状态。最后上位机会发送START_STOP(启-停)命令来开始前述动作规定的数据的上传，当为启动模式时，ccpDaq(byte EventChannel)函数被调用，该函数根据ODT表对监测参数的描述，进行周期性的数据上传。可用于监测的参数包括：电池组性能参数如SOC、模块电压、总电压、总电流，温度等；继电器状态；电池系统故障等级及故障指示标志位。

Claims (5)

  1. 001.一种电池管理系统标定模块，其特征在于，数字信号处理器DSP作为上层控制器，DSP中的CCP命令处理模块对上层控制器发送的命令根据CCP协议对命令字节数组的结构定义进行解析，DAQ处理模块周期性地通过CAN总线向主设备发送监控数据，其数据采集发送对象函数指示监控数据发送周期，DSP的输出信号经缓冲后，对独立CAN总线控制器进行控制命令的写入、状态及数据的读取，并输出控制字控制复杂逻辑控制器件CPLD，使其输出片选以及读写控制信号控制独立CAN总线控制器发送和接收标定信息，通过CAN通讯电路实现对电池管理系统BMS的标定。
  2. 002.根据权利要求1所述的电池管理系统标定模块，其特征在于，CAN通讯电路包括光耦隔离芯片、CAN发送、接收模块和共模绕线磁环，光耦隔离芯片对标定信息进行光电隔离，经CAN发送、接收模块转换为CAN协议后，由共模磁环抑制整车共模干扰，接入汽车电池管理系统的CAN标定网络。
  3. 003.根据权利要求1所述的电池管理系统标定模块，其特征在于，数字信号处理器DSP采用16位芯片TMS320LF2407A，独立CAN总线控制器采用芯片SJA1000。
  4. 004.根据权利要求1所述的电池管理系统标定模块，其特征在于，CPLD根据独立CAN总线控制器在Intel模式下的读写控制逻辑图，对DSP的输入信号进行译码输出片选以及读写控制信号控制独立CAN控制器。
  5. 005.根据权利要求1所述的电池管理系统标定模块，其特征在于，在DSP中还建立组织形成上传对象描述表ODT，该表以数组的形式存储于DSP中，描述BMS内部参数的相对地址及数据长度属性。
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