Allgemeine Softwarearchitektur
Veranschaulicht durch eine mehrschichtige BMS-Softwarearchitektur: Von oben nach unten besteht sie aus der Anwendungsschicht, der mittleren Serviceschicht, den Basisunterstützungsmodulen und den Hardwaretreibern im unteren Bereich. Währenddessen übernimmt ein RTOS auf der linken Seite die Unterstützung der Aufgabenplanung.
Teil I: Detaillierte Layer-Funktionen
1. Anwendungsschicht
Die Anwendungsschicht kann auf der Grundlage eines modellbasierten Softwareentwicklungsprozesses (MBD) entwickelt werden, bei dem BMS-Funktionen (z. B. Steuerungsstrategien und Algorithmen) zunächst durch Hardware--in-the-Loop-Tests (HiL) modelliert und verifiziert werden. Anschließend wird automatisch Code generiert und in die Architektur integriert.
Als funktionaler Kern des BMS implementiert die Anwendungsschicht verschiedene Batteriemanagement-Algorithmen und -Strategien, darunter:
Messungen: Erfassung kritischer Parameter wie Batteriespannung, -strom und -temperatur.
Relaissteuerung: Steuerung des Ein--Ein- und Ausschaltens-der Hauptstromkreisrelais, um Batteriestrom--hoch-, -strom--herunterzufahren und Schutz zu gewährleisten.
Ausgleichsstrategie: Ausgleich der Ladezustandsunterschiede (SoC) zwischen einzelnen Zellen durch aktiven oder passiven Ausgleich, um die Batterielebensdauer zu verlängern.
Ladestrategie: Steuerung von Ladestufen wie Konstantstrom (CC) und Konstantspannung (CV), um ein sicheres und effizientes Laden der Batterie zu gewährleisten.
Diagnose: Überwachung von Batteriefehlern (z. B. Überspannung, Unterspannung, Überstrom, thermisches Durchgehen) und Auslösen von Schutzmechanismen.
Isolationserkennung: Erkennen des Isolationswiderstands zwischen dem Batteriesystem und dem Fahrzeugchassis, um das Risiko von Hochspannungslecks zu verhindern.
SOC/SOH-Schätzung: Schätzung des Ladezustands (SOC) und des Gesundheitszustands (SOH) der Batterie, um eine Grundlage für die Benutzeranzeige und Fahrzeugsteuerung zu schaffen.
Vorhersage der maximalen Leistung: Vorhersage der maximalen Ausgangs- oder Akzeptanzleistung basierend auf dem aktuellen Zustand der Batterie, um Fahrzeugdynamik- und Antriebsstrangentscheidungen zu unterstützen.
Wärmemanagement: Steuerung von Kühl- oder Heizsystemen, um die Batterietemperatur im optimalen Betriebsbereich zu halten.
2. Mittlere Serviceschicht
Interaktive Ebene: Bearbeitung von Befehlsinteraktionen für Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) oder externe Geräte (z. B. Diagnosetools).
Diag. Schicht (Diagnoseschicht): Zusammenarbeit mit den Diagnosefunktionen der Anwendungsschicht zur Verwaltung von Diagnoseprozessen, wie etwa der Speicherung und dem Hochladen von Fehlercodes (DTC).
Netzwerkschicht: Verantwortlich für die Analyse des Kommunikationsprotokolls, die Datenübertragung und den Empfang über fahrzeuginterne Netzwerke (wie CAN und Ethernet) und ermöglicht den Informationsaustausch zwischen dem BMS und der Fahrzeugsteuereinheit (VCU), Ladegeräten und anderen Komponenten.
NM (Netzwerkmanagement): Verwaltung der Knotenzustände des -Fahrzeugnetzwerks zur Implementierung von Energiesparstrategien-wie z. B. Netzwerk-Wakeup- und Ruhezustand.
Mess. & Cal. (Messung & Kalibrierung): Filtern und Kalibrieren der erfassten Batterieparameter zur Verbesserung der Messgenauigkeit.
3. Basisunterstützungsmodule
Bereitstellung grundlegender funktionaler Unterstützung der unteren -Ebene für das System:
Flash-Bootloader: Ermöglicht Software-Upgrade-Funktionalität und unterstützt Over-the-Air- (OTA) oder drahtgebundene Aktualisierungen des BMS-Programms auf der Fahrzeugseite.
Komplexer Treiber (CDD): Handhabung der Treiberlogik für spezielle Hardware (z. B. hochpräzise ADCs oder spezielle Kommunikationsschnittstellen), um die Einschränkungen von Standard-Hardwaretreibern auszugleichen.
4. Hardwaretreiber
Diese Schicht dient als Schnittstellenschicht zwischen Software und Hardware und wandelt Softwarebefehle auf hoher -Ebene in ausführbare Hardware-{{1}Vorgänge-wie die Steuerung von Sensorerfassung, Aktuatorbewegungen und Chipregisterkonfigurationen-um, um sicherzustellen, dass die zugrunde liegenden Funktionen der Hardware korrekt aufgerufen werden.
Echtzeit-Betriebssystem (RTOS)
Das RTOS bietet Funktionen wie Multitasking-Planung, Zeitmanagement und Speicherverwaltung. Es stellt sicher, dass verschiedene BMS-Aufgaben (z. B. hochfrequente Datenerfassung und Echtzeit-Fehlerschutz) entsprechend Priorität und Timing effizient ausgeführt werden und so die strengen Echtzeitanforderungen des Batteriemanagements erfüllen.
Teil II: Struktur des Kernalgorithmus
Ein entscheidendes Kernmerkmal eines Batteriemanagementsystems liegt in seiner Fähigkeit, sich auf einen begrenzten Satz direkt messbarer Parameter (wie Spannung, Strom und Temperatur) zu verlassen und durch Modellalgorithmen und Datenanalyse umgekehrt ein breiteres Spektrum kritischer interner Zustandsvariablen abzuleiten, die ansonsten schwer direkt zu erfassen wären (wie Ladezustand [SOC], Gesundheitszustand [SOH], Leistungszustand [SOP] und interne Temperaturverteilung).
