从应用层软件角度看BMS---走入ASW

汽车电子行业，软件开发一般区分应用层软件ASW和底层软件BSW

BSW关注通讯、芯片驱动、C代码，继续往上则是诊断、Autosar、Aspice等
ASW关注软件算法及功能逻辑实现，控制电池充放电、故障诊断，计算SOC/SOP/SOH/SOE等

ASW需要做什么，这是一个好问题，简而言之，就是在特定的行业标准下，按照特定的开发流程，实现客户的各种功能上的需求。

 

1、高压上下电

       高压上下电，主要是为了形成高压回路，使得电池能够对外进行放电。BMS在这里主要的工作就是吸合继电器(以前我的领导曾说最专业应该叫接触器，因为以前课本上学的接触器才是主要用于大功率负载，其触点电流更大，继电器主要用于控制回路，其线圈电流为mA级别，但是现在行业内已经慢慢习惯这么叫了，就叫继电器吧)，听起来很简单是不是，其实不是吸合继电器对于只管感受上说只做了一件事，其实应用层软件要做很多事，吸合继电器之前，软件要进行自检，应用层要检查什么，采集有没有问题，供电KL30电压有没有问题，继电器本身有没有问题，整车其它控制器有没有问题，这些都检查完，OK，那就可以去吸合继电器了，但是这样就结束了吗，还没。吸合继电器有一定顺序，高压回路一般具备三个继电器，一个主正一个主负一个预充继电器，按照特定时序吸合后，就完成上高压了，当然，在这吸合的过程中，还有很多诊断要做，继电器的吸合看起只是IO口的驱动，实际上它是影响安全问题最重要的一点，所以对它的诊断要复杂很多，这个等后面再单独提一篇探讨继电器控制。

2、国标快充---直流充电

       当前GB27930-2015版本是市面上最通用的协议，2011版本和2015差别不大，就不提了。从握手BHM开始到充电结束，国标规定了完整的报文交互流程，相对应的，GB18487.5规定了交互电气原理图，作为充电硬件方面的补充介绍。从2023年开始，陆续出现了两套标准，一个是由中国电力企业联合会牵头制定的GB/T20234.4，俗称超级充电，另外一个由工业和信息化部主导制定的GB/T20234.3，俗称2015+，也就是2015的升级版，超级充电对标国际标准，其充电接口出现变化，机械强度更高；2015+与当前市面车桩能实现兼容，目前车企可以自由选择，不过，国内2015+应用趋势明显，至于未来哪个标准会引领潮流，再看吧。

3、国标慢充---交流充电

　　交流充电也有对应的国标要求，但是慢充对于硬件和电气要求做了严格规定，对于通讯协议并相比直流充电要简单，18487.5中对于交流充电的电气结构做了很多描述，具体可参考对应标准。慢充的功能现在对于BMS来说，更多是由其它控制器主导，BMS配合进行。

4、故障诊断

　　故障诊断是BMS领域较为关键且复杂的一环，故障诊断要开发的内容有很多，从直接对象看，和电池包相关的故障，电池的过压、欠压、过温、过流、热失控等与安全息息相关和采集相关的，电压采集、温度采集、总压采集等相关的诊断，与高压相关的继电器的诊断、高压互锁、绝缘检测等，与通讯相关的，报文的丢失、E2E故障等。

5、热管理

　　电池包的正常工作，需要确保温度在合理的范围内，低温下电池包内阻较大，容量严重衰减，高温下使用电池包，对于电池损伤较大因此，热管理的工作就是给电池加热和冷却，但是其实对于BMS来说，需要BMS做的工作一般来说比较简单。现在很多车辆都是VCU或者热管理设备自己调度处理，BMS需要通过CAN报文实时发送电池基本信息给到整车就可以，难度指数两颗星，难度不大，对于逻辑复杂的项目，工作量会比较大，尤其涉及充电加热这一块，出bug最多的地方。

6、SOX

　　SOX是锂电池使用过程中最重要的也是最核心的功能，不过行业对于SOX算法的研究已经很多很多了，抛开论文中铺天盖地的高级算法理论先不谈，实车上现在用的SOC估算方案其实非常简单，有多简单，你只要会一点点微积分，你就能明白。事实上，主流的方案加上安时积分已经可以覆盖所有车型，只是精度稍差，但是胜在简单呀，只要给出电池基本参数，就可以快速完成针对该电池包的算法软件。可能有的专业做算法的工程师质疑这一点，认为SOX有很多东西要做，比如数据分析和处理，先进算法研究等，先说数据分析，电池本就是高度非线性的系统，任何算法公式和理论都是来源于测试数据，把一块电池不停地测试不停地研究，慢慢就能发现其基本规律。

　　在不同温度将电池静置几个小时，能发现电压和SOC存在一定的关系，并且这个关系好像不随SOH有较大变化，OK，我们得到了OCV数据。在常温下将电池充满，放到低温下测试，我们又发现了电池“低端冻结”的特性，OK，就是这么神奇。再有，国外有工程师通过不停地测试和数据分析拟合，发现可以将电池等效为二阶RC电路，将一个不确定的系统，明确为一个已知的电路，那么接下来，我们需要做什么，就是去找等效电路中电容和电阻的参数，这部分工作用MATLAB拟合就可以了，等效电路创建完，就可以进行先进算法研究了，扩展卡尔曼估算SOC无迹卡尔曼估算SOC，龙伯格修正，EIS计算等。这些先进算法的确大大提高了SOC估算的准确性(不过项目上使用不多，样本量较少，目前这么认为)，但是需要大量前期数据支撑，且对数据的准确性要求较高，后期电芯参数的变动，拟合状态方程需要的测试数据都要重新测，测试成本，测试机构测试数据基本按照天为单位算费用，对于研发成本来说已经很高了。

个人觉得，安时积分其实是比较好的方案，虽然简单，但是高效，关键在于修正手段可以多研究一点，效果不一定比先进算法要差。

7、均衡

　　均衡是比较特别的一个功能，目前都是以被动均衡为主，即给电压较高的单体放电，从而维持电池组的一致性。均衡的第一个难点是，需要给哪些单体开均衡，开多久，这个问题其实比较难量化，大部分公司做的都比较简单，SOC偏差多少开，开多少这些都是固定值，有来源吗，其实没有经验为主，但是效果也还不错，为什么，均衡是一个现象级的功能，直观感受比较明显，很少有人能去评价均衡功能是否足够完美，比如开均衡的时间，哪些单体开了。不过，如果做得细致一点，能做很多工作，比如我们希望均衡要达到的状态是什么样，一致性达到多少以内，当这个一致性目标量化后，其它的参数可以定量去达到这个目标。

8、关于开发流程

　　应用层软件以matlab/simulink开发为主，它已经具备了完整的开发流程工具链，可以生成Autosar规范代码，可以生成非Autosar代码，代码风格支持自定义，开发和执行效率很高。此外，应用层开发更多工作量要体现在开发流程上，从需求架构到测试，文档的整理工作要贯穿整个项目，如果要达成标准化流程证书认证的地步，基本上整理文档要整理一年，这个一点都不夸张。国外项目比较重视Aspice开发流程，国内的开发现在也基本都会去拿2级或者3级证书，功能安全的认证证书会更难一点，这些应用层开发的工作量会更大。