□HMI推廣專員 吳宏棟

　　一、概述

　　汽車(chē)是現(xiàn)代社會(huì)的重要交通工具，為人們提供了便捷、舒適的出行服務(wù)，然而傳統(tǒng)燃油車(chē)輛在使用過(guò)程中產(chǎn)生了大量的有害廢氣，并加劇了對(duì)不可再生資源石油的依賴。作為能源消費(fèi)大國(guó)，我國(guó)形勢(shì)更為嚴(yán)峻，能源大量進(jìn)口危及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行和國(guó)家能源安全。在環(huán)境方面，交通能源消耗也是造成局部環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的主要原因之一。

　　為了應(yīng)對(duì)全球能源危機(jī)和氣候變化，近年來(lái)世界各國(guó)紛紛加速推進(jìn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，電動(dòng)汽車(chē)作為傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的替代方案逐漸成為研究熱點(diǎn)。但是電池及電池管理卻是制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸，在電池自身容量已經(jīng)確定的情況下，對(duì)電池組有效地監(jiān)控、管理，成為延長(zhǎng)電池組使用壽命，從而提升電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)行里程的重要手段。

　　本文結(jié)合汽車(chē)電子行業(yè)的特點(diǎn)，主要介紹了KINCO總線型（CAN總線）觸摸屏在蓄電池監(jiān)控單元上的應(yīng)用(BMS)。

　　二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　  1、電動(dòng)汽車(chē)原理

　　全部或部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、并配置大容量電能儲(chǔ)存裝置的汽車(chē)統(tǒng)稱為電動(dòng)汽車(chē)，包括純電動(dòng)汽車(chē)（PEV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(HEV)和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FCV)三種類型。純電動(dòng)汽車(chē)是完全由可充電電池提供動(dòng)力源，并以電動(dòng)機(jī)與電機(jī)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)。

　　蓄電池為電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪和工作裝置。純電動(dòng)汽車(chē)原理圖（見(jiàn)圖1）。

　　圖 1 純電動(dòng)汽車(chē)原理圖

　　2、電池管理系統(tǒng)（BMS）

　　BMS電池管理系統(tǒng)(Battery Management System或Battery Control Unit)是指用來(lái)對(duì)電池組進(jìn)行安全監(jiān)控、有效管理的軟硬件設(shè)備，系統(tǒng)包括自我診斷、數(shù)據(jù)采集、充放電管理、均衡充電、熱量管理、安全管理、數(shù)據(jù)通信、電池監(jiān)控、異常報(bào)警、異常保護(hù)、顯示剩余容量(SOC，State of Charge，電池充電狀態(tài)估算是電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的重要功能，準(zhǔn)確有效的SOC估算對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)核心技術(shù)的發(fā)展具有重要意義），電池健康狀況(SOH)等功能；還根據(jù)電池的電壓電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程、以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行最佳電流的充電，通過(guò)CAN總線接口與車(chē)載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車(chē)載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。圖 2為BMS基本結(jié)構(gòu)圖。

　　圖2 BMS基本結(jié)構(gòu)

　　電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)技術(shù)中較為重要的一部分，其優(yōu)劣可以促進(jìn)或者限制電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，因此對(duì)BMS的研究就顯得尤為重要。

　　三、KINCO總線型HMI（MT5423T-CAN）特點(diǎn)

　　    人機(jī)界面作為人與機(jī)器之間傳遞、交換信息的媒介而被應(yīng)用于各行各業(yè)，步科總線型HMI HMI以其穩(wěn)定的性能以及集成CAN總線等特點(diǎn)被電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)客戶所關(guān)注，并獲得良好的應(yīng)用體驗(yàn)。

　　1、CAN總線接口功能。CAN總線作為解決現(xiàn)代汽車(chē)中的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而廣泛的應(yīng)用在汽車(chē)行業(yè)，而基于CAN總線的SAE J1939協(xié)議更是在卡車(chē)及客車(chē)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，步科公司根據(jù)客戶需求，在自主開(kāi)發(fā)的EV5000軟件中集成了SAE J1939協(xié)議（圖3）。

圖 3  EV5000組態(tài)軟件

　　2、 集成了SD卡及USB HOST接口。純電動(dòng)大巴汽車(chē)采用單體電池多達(dá)上百節(jié)，有的甚至更多，而這些單體及電池組的電壓、溫度等參數(shù)必須實(shí)時(shí)的采集及存儲(chǔ)，普通的觸摸屏內(nèi)部存儲(chǔ)空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，MT5423T-CAN通過(guò)外部SD卡（8G）可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。

　　3、 高亮度，高分辨率。高達(dá)800*600的分辨率可以清晰的顯示各種參數(shù)及圖片。

　　4、 高達(dá)520MHz的CPU以及嵌入式操作系統(tǒng)可以快速的處理大量數(shù)據(jù)。

　　四、監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

    本方案客戶采用6個(gè)數(shù)據(jù)采集板及一個(gè)主控板，通過(guò)CAN總線對(duì)電池電壓和溫度等信息進(jìn)行高速采集，從而了實(shí)現(xiàn)電池的高效率均衡。電池的電壓/電流和溫度、電池的健康狀況和剩余電流的估算以及故障報(bào)警信息等全部通過(guò)HMI進(jìn)行圖文顯示。

　　1、 主控界面

　　觸摸屏的主監(jiān)控畫(huà)面可以設(shè)計(jì)為多國(guó)語(yǔ)言顯示，在整個(gè)監(jiān)控畫(huà)面上可以監(jiān)測(cè)到電池的總電壓及總電流，可以監(jiān)測(cè)到電池荷電狀態(tài)（SOC）等信息；點(diǎn)擊其它按鈕進(jìn)入相應(yīng)界面，例如點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢”按鈕，則可以觀察到電池具體時(shí)刻的各種數(shù)據(jù)值。

　　2、數(shù)據(jù)采集界面

　　    在主控界面點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕可以進(jìn)入每組電池模塊的溫度及電壓監(jiān)控界面，在監(jiān)控界面可以方便的監(jiān)控到每個(gè)單體電池的電壓情況。每組電池模塊有20個(gè)單體電池，溫度傳感器對(duì)每5節(jié)電池進(jìn)行測(cè)溫，所以在每個(gè)數(shù)據(jù)采集界面可以看到20個(gè)單體電池電壓和4個(gè)溫度值的數(shù)據(jù)采集值，當(dāng)溫度或者電壓出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控會(huì)自動(dòng)進(jìn)入故障報(bào)警界面。

　　3、故障報(bào)警界面

　　進(jìn)入故障報(bào)警界面，要顯示40個(gè)故障代碼（故障碼由HMI接收到的5個(gè)字節(jié)確定，每個(gè)bit對(duì)應(yīng)一個(gè)故障碼，該位為1，則報(bào)警，為0，解除報(bào)警）。報(bào)警信息主要有：放電電流過(guò)流報(bào)警、電壓報(bào)警信息、充電電流信息報(bào)警以及CAN報(bào)文接收超時(shí)報(bào)警等信息。

　　五、總結(jié)

    MT5423T-CAN在電動(dòng)大巴行業(yè)的應(yīng)用，充分的發(fā)揮了其穩(wěn)定的性能、開(kāi)放靈活的CAN總線以及大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等特點(diǎn)，目前產(chǎn)品在客戶客車(chē)上運(yùn)行穩(wěn)定。隨著國(guó)家對(duì)新能源行業(yè)的大力支持，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)在未來(lái)的發(fā)展將會(huì)提快速度，步科公司將再接再厲，為客戶開(kāi)發(fā)出更好、性價(jià)比更高的HMI系列產(chǎn)品。