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□HMI推廣專員 吳宏棟
一、概述
汽車是現(xiàn)代社會的重要交通工具，為人們提供了便捷、舒適的出行服務(wù)，然而傳統(tǒng)燃油車輛在使用過程中產(chǎn)生了大量的有害廢氣，并加劇了對不可再生資源石油的依賴。作為能源消費大國，我國形勢更為嚴峻，能源大量進口危及到國民經(jīng)濟正常運行和國家能源安全。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)對全球能源危機和氣候變化，近年來世界各國紛紛加速推進汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，電動汽車作為傳統(tǒng)燃油汽車的替代方案逐漸成為研究熱點。但是電池及電池管理卻是制約電動汽車發(fā)展的瓶頸，在電池自身容量已經(jīng)確定的情況下，對電池組有效地監(jiān)控、管理，成為延長電池組使用壽命，從而提升電動汽車續(xù)行里程的重要手段。
本文結(jié)合汽車電子行業(yè)的特點，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、電動汽車原理
全部或部分由電機驅(qū)動、并配置大容量電能儲存裝置的汽車統(tǒng)稱為電動汽車，包括純電動汽車（PEV）、混合動力電動汽車(HEV)和燃料電池電動汽車(FCV)三種類型。純電動汽車是完全由可充電電池提供動力源，并以電動機與電機控制系統(tǒng)驅(qū)動的汽車。
蓄電池為電動汽車的驅(qū)動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。純電動汽車原理圖（見圖1）。
圖 1 純電動汽車原理圖
2、電池管理系統(tǒng)（BMS）
BMS電池管理系統(tǒng)(Battery Management System或Battery Control Unit)是指用來對電池組進行安全監(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、異常報警、異常保護、顯示剩余容量(SOC，State of Charge，電池充電狀態(tài)估算是電動汽車電池管理系統(tǒng)的重要功能，準確有效的SOC估算對推動電動汽車核心技術(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進行最佳電流的充電，通過CAN總線接口與車載總控制器、電機控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)等進行實時通訊。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)是電動汽車相關(guān)技術(shù)中較為重要的一部分，其優(yōu)劣可以促進或者限制電動汽車的發(fā)展，因此對BMS的研究就顯得尤為重要。
三、KINCO總線型HMI（MT5423T-CAN）特點
人機界面作為人與機器之間傳遞、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總線等特點被電動汽車行業(yè)客戶所關(guān)注，并獲得良好的應(yīng)用體驗。
1、CAN總線接口功能。CAN總線作為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而廣泛的應(yīng)用在汽車行業(yè)，而基于CAN總線的SAE J1939協(xié)議更是在卡車及客車行業(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。純電動大巴汽車采用單體電池多達上百節(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)必須實時的采集及存儲，普通的觸摸屏內(nèi)部存儲空間遠遠不夠，MT5423T-CAN通過外部SD卡（8G）可以存儲大量數(shù)據(jù)。
3、 高亮度，高分辨率。高達800*600的分辨率可以清晰的顯示各種參數(shù)及圖片。
4、 高達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
本方案客戶采用6個數(shù)據(jù)采集板及一個主控板，通過CAN總線對電池電壓和溫度等信息進行高速采集，從而了實現(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警信息等全部通過HMI進行圖文顯示。
1、 主控界面
觸摸屏的主監(jiān)控畫面可以設(shè)計為多國語言顯示，在整個監(jiān)控畫面上可以監(jiān)測到電池的總電壓及總電流，可以監(jiān)測到電池荷電狀態(tài)（SOC）等信息；點擊其它按鈕進入相應(yīng)界面，例如點擊“實時數(shù)據(jù)查詢”按鈕，則可以觀察到電池具體時刻的各種數(shù)據(jù)值。
2、數(shù)據(jù)采集界面
在主控界面點擊數(shù)據(jù)采集按鈕可以進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)控到每個單體電池的電壓情況。每組電池模塊有20個單體電池，溫度傳感器對每5節(jié)電池進行測溫，所以在每個數(shù)據(jù)采集界面可以看到20個單體電池電壓和4個溫度值的數(shù)據(jù)采集值，當溫度或者電壓出現(xiàn)異常時，監(jiān)控會自動進入故障報警界面。
3、故障報警界面
進入故障報警界面，要顯示40個故障代碼（故障碼由HMI接收到的5個字節(jié)確定，每個bit對應(yīng)一個故障碼，該位為1，則報警，為0，解除報警）。報警信息主要有：放電電流過流報警、電壓報警信息、充電電流信息報警以及CAN報文接收超時報警等信息。
五、總結(jié)
MT5423T-CAN在電動大巴行業(yè)的應(yīng)用，充分的發(fā)揮了其穩(wěn)定的性能、開放靈活的CAN總線以及大量數(shù)據(jù)存儲等特點，目前產(chǎn)品在客戶客車上運行穩(wěn)定。隨著國家對新能源行業(yè)的大力支持，電動汽車行業(yè)在未來的發(fā)展將會提快速度，步科公司將再接再厲，為客戶開發(fā)出更好、性價比更高的HMI系列產(chǎn)品。
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