基于LabVIEW的電池管理系統監控平臺開發

動力電池集成作為電動車核心技術之一對電動車運行的性能有著決定性的作用，為保證動力電池安全且高效的使用，需要對其運行狀態進行實時在線的監測并同時對其進行控制，電池管理系統在動力電池與整車控制之間起到了這樣關鍵的橋梁作用。為保證電池管理系統為電動車提供準確可靠的動力電池信息并對電池進行可靠的管理，需要對電池管理系統自身運行的各項功能進行實時的監測，以及對電池運行數據進行采集分解，同時在動力電池系統出現故障時需要對其進行診斷，基于LabVIEW的電池管理系統監控平臺即是為實現上述需求而開發設計。

LabVIEW(LaboratoryVirtualINStrumentatiONEngineeringWorkbench，試驗室虛擬儀器工程平臺)是由美國NationalInSTruments(簡稱NI)所開發的圖形化軟件開發環境。該開發環境把工業測量與控制和計算機完美結合在一起，其圖形化的界面使得編程就像操作儀器面板或畫電路板一樣簡易直觀、易于理解。但為了開發可靠、高效、靈活的電池管理系統監控平臺，需要對其程序設計進行深入的原理分解、細化的結構設計、及靈活的接口實現。監控平臺就利用了LabVIEW的DLL(dynamiclinklibrary，動態鏈接庫)、多線程，數據記錄、運行控制等技術。

2平臺結構

監控平臺是基于電池管理系統設計，其主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件主要實現pC與電池管理系統之間的通信，因電池管理系統對外通信主要采用CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域網)，而pC端接口多為USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)。CAN總線由德國Bosch公司最先提出，是國際上使用最廣泛的現場總線之一，其具有高位速率、高抗電磁干擾性，而且能夠測試出總線的任何錯誤;USB是一種支持即插即用的新型串行接口，已廣泛用于pC的對外接口。處理CAN與USB之間的轉換就處理了電池管理系統與pC的通信，利用周立功USBCAN-II的智能CAN接口卡，可以很方便的實現這一功能，監控平臺硬件正是以pC為主體，連接CAN接口卡，通過CAN總線連接電池管理系統組成。周立功智能CAN卡配備了pC端的驅動程序，同時為pC端使用程序提供了接口函數，采用LabVIEW開發環境中的動態鏈接庫技術可很好的操作周立功智能CAN接口卡，實現與電池管理系統的通信。

由圖1可見，系統硬件實現了監控平臺與電池管理系統之間數據的透亮傳輸，周立功智能CAN接口卡起到了很好的橋梁作用，其上自帶的光電隔離模塊使USBCANII接口卡避免由于地環流造成的損壞，加強系統在惡劣環境中使用的可靠性。所以監控平臺有很好的硬件支持，設計的主要工作是監控平臺的LabVIEW實現。

針對電池管理系統數據采集、參數標定、故障診斷及對電池數據分解的要求，監控平臺軟件的結構應當蘊含信息顯示、系統標定、故障診斷、數據存儲及平臺配置等模塊(見圖2)。其中信息顯示功能提供了直觀的動力電池信息，包括單體電壓、總電壓、電流、溫度、SOC及故障狀態等;系統標定功能為電池管理系統的參數設定、狀態修訂提供了便捷的操作;故障診斷功能主要針對動力電池系統的維護;數據存儲功能為進一步的對電池性能的分解及對電池管理系統的功能驗證提供很好的數據支持;平臺配置功能是實現監控平臺接口靈活、界面友好、操作簡便的關鍵。基于LabVIEW的軟件設計主要針對這幾個方面進行。

圖1監控平臺結構圖

圖2監控平臺功能模塊

3軟件設計

采用NI公司的LabVIEW8.2作為監控平臺軟件的開發平臺，既能很方便的實現監控平臺需要的功能，又能使軟件設計變得直觀、快捷，同時軟件兼具有靈活性、可擴展性、可維護性、代碼重用性和可讀性。

為實現上述監控平臺的各個功能，同時保證平臺高效的性能，軟件設計使用了LabVIEW的多線程技術。所謂線程(thread)是指由進程進一步派生出來的一組代碼(指令組)的運行過程。多線程技術可以使同一個程序有幾個并行運行的路徑，從而提高程序的運行速度，線程所占用的系統資源比進程要小。在一個程序中，線程并不是越多越好，也并不是越多程序執行得越快。針對計算機的CpU惟有一個的情況，當一個線程在執行的時候，其它的線程就處于掛起或者阻塞狀態，那么程序使用內存的效率就會很低。針對監控平臺的功能，要求同時考慮平臺的高效運行，軟件設計了四個線程，即通過CAN總線的數據采集與顯示;平臺參數配置;數據存儲;系統標定和故障診斷。

3.1數據采集及顯示

平臺采用了USBCAN-II智能CAN接口卡連接pC與電池管理系統，實時接收電池管理系統CAN總線的數據并進行顯示。USBCAN-II智能CAN接口卡為使用程序提供了可調用的動態鏈接庫，利用LabVIEW中的調用庫函數節點(CallLibraryFunction，簡稱CLF)可實現對USBCAN-II智能CAN接口卡的靈活操作，使用CLF需要對其進行配置，配置主要依據接口函數設定調用規范為stdcall(WINApI)，同時依據函數參數設定CLF的參數。最終設置好的CLF為編程提供了便捷的接口，也為平臺參數配置功能提供了方便，通過設備類型號和設備索引號可靈活在USBCAN-II智能CAN卡的COM1和COM2之間進行選擇。按類似的設置規矩配置好USBCAN-II的其他接口函數的調用，可對USBCAN-II智能CAN進行靈活的操作。

依據USBCAN-II操作要求，數據采集流程如圖3。為了操作方便，接收數據被封裝成子VI。

LabVIEW中的子VI類似于C語言中的子函數，可以被其他VI調用。數據接收子VI也為平臺參數配置提供了配置接口，接收到的數據被打包成LabVIEW中的簇變量，簇是LabVIEW中的一種數據類型，它可以蘊含多個不同數據類型的元素，類似C語言中的結構體。數據的打包方便了對接收到的數據進行顯示與存儲。數據接收采用循環接收模式，直至收到停止接收命令。

圖3數據采集流程。

現有電池管理系統向CAN總線發送的數據有單體電壓，總電壓，電流，SOC，SOH，溫度，最高和最低單體電壓，最大和最小溫度等，其中各從板負責單體電壓和溫度的測量，每個從板有電壓60個，溫度16個，及故障信息等，總共4個從板。需要對這些數據進行顯示與存儲，以方便對電池狀態進行實時監控，對電池數據進行深入分解，同時依據故障信息對電池進行維護。利用LabVIEW設計友好的顯示界面，將上述信息按從板號設置不同的選項卡進行顯示，如圖4所示。

圖4顯示界面。

3.2平臺參數配置

利用LabVIEW多線程技術專為平臺參數配置分配一個線程，對監控平臺參數進行設置。監控平臺參數可分為以下幾類:USBCAN-II智能CAN卡配置，包括CAN通道選擇、CAN通信波特率等;顯示配置，含從板數，從板電壓節數，從板溫度個數等;數據存儲配置，含存儲的周期、位置、格式等;系統標定和故障診斷配置，含標定的參數類型、位置及故障診斷的故障類型等。

LabVIEW是一種數據流的程序開發平臺，由數據流決定程序中節點的執行順序。事件驅動擴展了或程序不同部分之間的交流影響程序的執行。平臺參數配置采用了事件結構，很好的在異步情況下對不同線程之間的參數進行修改和設置，當沒有事件萌生時，程序回到等待事件狀態，減小了對其他線程執行的影響。

3.3數據的存儲

在LabVIEW中常用的記錄數據的辦法有利用數據庫技術存儲數據和利用文件系統存儲數據。使用文件系統管理數據文件讀寫速度快、占用磁盤空間少、檢索方便快捷。本監控平臺將存儲的文件格式默認設為csv格式，其占用磁盤空間小，同時這種格式可以在Excel中進行查看，也可以導入Matlab中進行分解，這特別有利于對電池性能進行研究。

為數據存儲建立獨立的線程，方便了編程的實現，但需要處理數據同步的問題，即數據采集與數據存儲兩個線程之間的流程控制。在LabVIEW中不同循環間傳遞數據可采用局部變量，但是在數據采集循環與數據存儲循環之間傳遞數據的話，局部變量就不太夠用了。因為數據保存到硬盤上是一項比較費時的工作，而數據采集對循環時間要求較高，兩者的循環快慢不一樣，此時，就不能簡單的通過局部變量來進行數據傳遞。在數據采集循環與數據存儲循環之間，采用LabVIEW中消息通知器進行數據同步傳遞。本監控平臺在數據采聚集將數據打包成簇類型，通過消息通知器傳遞數據并進行儲存。

3.4系統標定和故障診斷

為保證動力電池系統的安全運行，需要對電池管理系統的各個參數進行標定，以保證電池管理系統所測試信息的可靠性，確保電池管理系統對電池的正確管理。當動力電池系統出現故障時，僅僅依賴監控電池參數來診斷故障是不夠的，還需要對電池管理系統自身的運行參數進行診斷，這些參數包括電池管理系統配置參數、軟硬件信息、軟硬件工作狀態等;電池管理系統有自檢功能，通過可靠的CAN總線可以實現對這些功能的觸發，最終通過CAN總線返回信息，盡可能定位故障點。監控平臺的另一功能就是要實現對電池管理系統的標定及在電池系統有故障時進行故障診斷，為實現此功能需要通過CAN總線與電池管理系統進行交互，USB??

CAN-II中提供了向CAN總線發送信息接口函數，類似于接收函數，利用LabVIEW設計發送子VI，同時建立系統標定和故障診斷線程調用發送和接收子VI，實現與電池管理系統的交互。

4結束語

本監控平臺充足借助LabVIEW的多線程及其靈活的接口技術，實現了對CAN總線的高速數據采集和多種格式文件的實時數據記錄，并且監控平臺設計靈活，能適應電池管理系統多種組合方案，同時監控平臺的系統標定及故障診斷為電池管理系統的量產打下很好的技術基礎。該監控平臺已用于普天、恒通、吉利等多種電動車用鐵鋰離子電池管理系統。在一年多的時間內，運行可靠、穩定，既為用戶及時提供了實時的采集數據，又為開發人員提供方便的診斷接口，為近一步研究電池管理和分解鐵鋰離子電池的性能提供了有力的保證。

數據流編程的功能，準許用戶在前面板的筆直干預。

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