【AUTOSAR】BMS开发实际项目讲解（二十八）----电池管理系统基础数据采集及处理功能

1. 1. 基础数据采集及处理功能
      1. 关联的系统需求

TSR-BMS-1101、TSR-BMS-1104、TSR-BMS-1107；

TSR-BMS-2101、TSR-BMS-2104、TSR-BMS-2107；

TSR-BMS-3101、TSR-BMS-3104、TSR-BMS-3107；

TSR-BMS-4101、TSR-BMS-4115；

TSR-BMS-5101、TSR-BMS-5103、TSR-BMS-5106；

Sys_Req_3301、Sys_Req_3302、Sys_Req_3303、Sys_Req_3304、Sys_Req_3305;

Sys_Req_3401、Sys_Req_3402、Sys_Req_3403、Sys_Req_3404;

Sys_Req_3501、Sys_Req_3502、Sys_Req_3503、Sys_Req_3504;

Sys_Req_3601、Sys_Req_3602、Sys_Req_3603、Sys_Req_3604、Sys_Req_3605;

Sys_Req_3801、Sys_Req_3802、Sys_Req_3803、Sys_Req_3804、Sys_Req_3805、Sys_Req_3806、Sys_Req_3807、Sys_Req_3808;

1. 1. 1. 电池单体信息采集功能框图

1. 1. 1. 1. 功能组件设计描述
            1. AFE module

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-701	[AFE_Comm module-1] block --AFE的通讯模块 --负责以下功能： 1）发送AFE采集的单体电压和温度信息； 2）发送AFE反馈的故障信息； 3）接收MCU module输出的控制指令；	ASILC
DSM-702	[AFE_Comm module-2] block  --AFE的备用通讯模块； --与[Comm module-1] 执行同样的功能； --仅在存在菊花链故障的情况下启动；	ASILC
DSM-703	[Digital control&Data registers&Communication interface] block --对[temp sampling]输入的电压采样信号进行AD转换，并将转换数据进行存储； --对[voltage sampling]输入的温度采样信号进行AD转换，并将转换数据进行存储； --响应MCU module对数据寄存器的配置指令 --向[AFE_Safety Monitoring]输入诊断指令 --根据[AFE_Safety Monitoring]输入的诊断结果，置位对应的数据寄存器；	ASILC
DSM-704	[voltage sampling] block  --实时监测电池系统单体电压	ASILC
DSM-705	[temp sampling] block  --实时监测电池系统单体温度	ASILC
DSM-706	[power supply] block  --获取外部供电输入，并转换为内部供电； --对输入电源电压进行监控，并将监控结果输入到[AFE_Safety Monitoring]	ASILC
DSM-707	[AFE_Safety Monitoring] block  --执行AFE的故障诊断	ASILC

1. 1. 1. 1. 1. MCU module

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-708	[MCU_SPI-1] block --MCU module的通讯模块 --负责以下功能： 1）接收AFE采集的单体电压和温度信息； 2）接收AFE反馈的故障信息； 3）发送MCU module输出的控制指令；	ASILC
DSM-709	[MCU_SPI-2] block  --MCU module的备用通讯模块； --与[MCU_SPI-1] 执行同样的功能； --仅在存在菊花链故障的情况下启动；	ASILC
DSM-710	[Safety Monitoring] block --执行过压、欠压和过温相关的监控和保护	ASILC
DSM-711	[Sampling control] block --执行AFE module采样控制，保证AFE module按需执行采样动作；	ASILC

1. 1. 1. 1. 1. ISO_SPI module

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-712	[ISO_SPI module-1] block --通讯隔离模块 --负责以下功能： 1）传输AFE采集的单体电压和温度信息； 2）传输AFE反馈的故障信息； 3）传输MCU module输出的控制指令；	QM（C）
DSM-713	[ISO_SPI module-2] block --备用通讯隔离模块； --与[ISO_SPI module-1] 执行同样的功能； --仅在存在菊花链故障的情况下启动；	QM（C）
DSM-714	[Comm Protection(E2E)] block --对loop-back daisy chain通讯网络上传输的安全信息进行E2E校验保护；	ASILC（C）

1. 1. 1. 电流信息采集功能框图

1. 1. 1. 1. 功能组件设计描述
            1. Digital hall sensor

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-801	[Hall_Comm module] block（假设的功能描述） --digital hall sensor的通讯模块 --负责以下功能： 1）发送digital hall sensor采集的电流信息； 2）发送digital hall sensor反馈的故障信息；	ASILB	系统边界外组件
DSM-802	[Digital control&Data registers&Communication interface] block（假设的功能描述） --对[Hall voltage sampling]输入的采样信号进行AD转换，并将转换数据进行存储； --向[Hall_Safety Monitoring]输入诊断指令 --根据[Hall_Safety Monitoring]输入的诊断结果，置位对应的数据寄存器；	ASILB	系统边界外组件
DSM-803	[Hall voltage sampling] block （假设的功能描述） --实时监测电池系统电流	ASILB	系统边界外组件
DSM-804	[power supply] block （假设的功能描述） --获取BMS系统Digital Hall Power Module(12V)的电源输出，并转换为内部供电； --对输入电源电压进行监控，并将监控结果输入到[Hall_Safety Monitoring]	ASILB	系统边界外组件
DSM-805	[Hall_Safety Monitoring] block （假设的功能描述） --执行Hall的故障诊断	ASILB	系统边界外组件

1. 1. 1. 1. 1. MCU module

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-806	[MCU_ Comm module] block  --MCU module的通讯模块； --负责以下功能： 1）接收digital hall sensor采集的电流信息； 2）接收digital hall sensor反馈的故障信息；	ASILB
DSM-807	[Safety Monitoring] block --执行过流相关的监控和保护	ASILB

1. 1. 1. 1. 1. I_CAN module

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-808	[I_CAN module] block --CAN收发器 --负责以下功能： 1）传输digital hall sensor采集的电流信息； 2）传输digital hall sensor反馈的故障信息；	QM（B）
DSM-809	[Comm Protection(E2E)] block --对I_CAN通讯网络上传输的安全信息进行E2E校验保护；	ASILB（B）

1. 1. 1. 1. 1. Digital Hall Power Module(12V)

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-810	[Digital Hall Power Module(12V)] block  --根据MCU module的使能信号，开启/关闭12V霍尔供电输出； --向MCU module提供电源输出诊断采样信息；	ASILB

1. 1. 1. 高压信息采集功能框图

1. 1. 1. 1. 功能组件设计描述

ID	Function Block Description	ASIL	Ref.
DSM-901	[Sampling functional module] block --获取SC_3（Relay Diagnosis Module）上传的继电器状态采样信号，并行AD转换； --获取SC_20（HV Detection Module）上传的电池系统总电压采样信号，并行AD转换； --获取SC_21（IMM Circuit Module）上传的绝缘采样信号，并行AD转换；	ASILA
DSM-902	[Sampling control module] block --通过内部总线传输采样控制指令，对[Sampling functional module]进行采样控制，保证正确高效的采样；	ASILA
DSM-903	[Comm Functional module] block --HV_μC module的通讯模块 --负责以下功能： 1）发送HV_μC module的采样信息； 2）发送HV_μC module反馈的故障信息； 3）接收MCU module输出的控制指令；	ASILA
DSM-904	[Comm monitoring] block --对ISO_CAN通讯网络上传输的安全信息进行E2E校验保护；	ASILA
DSM-905	[Power Supply] block --获取外部供电输入，并转换为内部供电； --对输入电源电压进行监控；	ASILA

1. 1. 1. 功能实现描述

系统采集及处理功能主要包括以下内容：

1. 单体电压采集及数据处理
2. 单体温度采集及数据处理
3. 电流采集及数据处理
4. 电池系统总压采集及数据处理
5. 继电器状态采集
   1. 1. 1. 单体电压采集及数据处理

ID	Description	ASIL	Ref.
DSM-101	单体电压数据采集 单体电压通信数据更新周期要求200ms	QM	Sys_Req_3304
DSM-102	单体电压数据处理 系统应计算出单体电压极值（最大值、最小值）以及平均值 系统应按照200ms为周期持续更新单体电压极值（最大值、最小值）以及平均值	ASIL C	TSR-BMS-1106 TSR-BMS-2106
DSM-103	单体电压极值有效性判断 单体电压极值（最大值、最小值）计算不应参考单体电压采样线断线位置单体电压数据 对于存在通讯异常的数据，不应作为单体电压极值（最大值、最小值）以及平均值计算的输入数据	ASIL C	TSR-BMS-1106 TSR-BMS-2106
DSM-104	单体电压采样安全精度 系统在激活状态下，应保证实际单体电压在【4V≤单体电压≤5v】时，电压采集精度要求：≤±5mv； 系统在激活状态下，应保证实际单体电压在【1.5V≤单体电压≤2.4v】时，电压采集精度要求：≤±5mv；	ASIL C	TSR-BMS-1107 TSR-BMS-2107
DSM-105	单体电压采集精度 全温范围内（-40~85℃），单体采集误差≤±5mV（@0~5V）	QM	Sys_Req_3303
DSM-106	单体电压采集要求 系统应具备112个单体电压采集通道，且通道使能具备可配置性； 全温范围内（-40~85℃），单体电压采集范围0~5V；	QM	Sys_Req_3301 Sys_Req_3302
DSM-107	单体电压一致性监控 系统应对电池系统单体电压一致性进行监控，出现不一致情况时，及时处理（报警、功能降级），详见[FL]	QM	Sys_Req_3306

1. 1. 1. 1. 单体温度采集及数据处理

ID	Description	ASIL	Ref.
DSM-201	单体温度数据采集 单体温度通信数据更新周期要求500ms	QM	Sys_Req_3404
DSM-202	单体温度数据处理 系统应计算出单体温度极值（最大值、最小值）以及平均值 系统应按照500ms为周期持续更新单体温度极值（最大值、最小值）以及平均值	ASIL C	TSR-BMS-3106
DSM-203	单体温度极值有效性判断 单体温度极值（最大值、最小值）计算不应参考单体温度采样线断线位置单体温度数据 对于存在通讯异常的数据，不应作为单体温度极值（最大值、最小值）以及平均值计算的输入数据	ASIL C	TSR-BMS-3106
DSM-204	单体温度采样安全精度 系统在激活状态下，应保证实际单体温度在【45℃≤单体电压≤65℃】时，温度采集精度要求：≤±1℃；	ASIL C	TSR-BMS-3107
DSM-205	单体温度采集精度 全温范围内（-40~85℃），单体温度采集精度满足如下要求： 1）<±1℃（-20℃~65℃）； 2）<±2℃（-40℃~-20℃）； 3）<±2℃（65℃~125℃） 单体温度传感器为NTC，型号及R-T表参见《103KT1608T-1P规格书》	QM	Sys_Req_3403
DSM-206	单体温度采集要求 系统应具备56个单体温度采集通道，且通道使能具备可配置性； 全温范围内（-40~85℃），单体温度采集范围-40~125℃；	QM	Sys_Req_3401 Sys_Req_3402
DSM-207	单体温度一致性监控 系统应对电池系统单体温度一致性进行监控，出现不一致情况时，及时处理（报警、功能降级），详见[FL]	QM	Sys_Req_3405
DSM-208	单体温度过低监控 系统应对电池系统单体温度过低进行监控，出现过低情况时，及时处理（报警），详见[FL]	QM	Sys_Req_3406

1. 1. 1. 1. 电流采集及数据处理

ID	Description	ASIL	Ref.
DSM-302	电流采样精度 全温范围内（-40~85℃），电流采集精度满足如下要求： 1）≤±1A  @（-30A , 30A）； 2）≤0.5%FS  @[-600A , -30A]U [30A , 600A]；	ASIL B	TSR-BMS-4113 Sys_Req_3503
DSM-303	电流采集要求 全温范围内（-40~85℃），电流采集范围±600A；	QM	Sys_Req_3502
DSM-304	数字霍尔电流传感器采集单元定义 本系统支持采集数字霍尔电流传感器信号，数字霍尔电流传感器信号通过I_CAN module传输到BMS系统 本系统可通过Digital Hall PowerModule(12V)为外部数字霍尔电流传感器供电	QM

1. 1. 1. 1. 总压采集及数据处理

ID	Description	ASIL	Ref.
DSM-401	总压采集单元定义 采用HV_μC部分通道作为总压采集通道 系统应具备1个总压采集通道；	QM	Sys_Req_3601
DSM-402	总压数据采集 总压通信数据更新周期要求10ms	QM	Sys_Req_3604
DSM-403	总压CAN数据诊断机制 MCU应对HV_μC反馈的总压数据增加报文超时诊断机制 MCU应对HV_μC反馈的总压数据增加数据有效性诊断机制，超出 [0V，500V] 范围，则认为数据无效	QM	Sys_Req_3605
DSM-404	总压采集精度 全温范围内（-40~85℃），总压采集精度满足如下要求：≤0.5%FS	QM	Sys_Req_3603
DSM-405	总压采集要求 全温范围内（-40~85℃），总压采集范围满足0~800V；	QM	Sys_Req_3602

1. 1. 1. 1. 继电器状态采集

继电器状态采集应用拓扑如下图所示

图-继电器状态采集应用拓扑图

继电器故障类型如下：

表-继电器故障类型统计表

序号	高压触点故障类型	说明
1	触点常开	系统继电器驱动输出控制指令为“使能”，而继电器实际状态为“断开”
2	触点粘连	系统继电器驱动输出控制指令为“禁能”，而继电器实际状态为“闭合”

ID	Description	ASIL	Ref.
DSM-501	继电器后端电压采集单元定义 采用HV_μC部分通道作为继电器后端电压采集通道 系统应具备4路正极继电器状态监测，以及2路负极继电器状态监测通道	QM	Sys_Req_3801
DSM-502	继电器后端电压数据采集 继电器后端电压通信数据更新周期要求10ms	QM	Sys_Req_3804
DSM-503	继电器状态判断 参见附件[RDD]	QM	Sys_Req_3806 Sys_Req_3807 Sys_Req_3808
DSM-504	继电器后端电压CAN数据诊断机制 MCU应对HV_μC反馈的继电器后端电压数据增加报文超时诊断机制 MCU应对HV_μC反馈的继电器后端电压数据有效性诊断机制，超出[0V， 500A] 范围，则认为数据无效	QM	Sys_Req_3805
DSM-505	继电器后端电压采集精度 全温范围内（-40~85℃），总压采集精度满足如下要求： 1）≤1%FS（正极继电器）； 2）≤3%FS（负极继电器）；	QM	Sys_Req_3803
DSM-506	继电器后端电压采集要求 全温范围内（-40~85℃），总压采集范围满足0~800V	QM	Sys_Req_3802

1. 1. 1. 1. 数据同步性要求

ID	Description	ASIL	Ref.
DSM-601	单体电压数据与电流数据同步性要求 要求单体电压数据、电流数据在MCU数据模块处理后输出其他软件单元时，应具备同步性	QM	Sys_Req_4003
DSM-602	总压数据与继电器后端电压数据同步性要求 要求总压数据、继电器后端电压数据在MCU数据模块处理后输出其他软件单元时，应具备同步性	QM	Sys_Req_3806 Sys_Req_3807 Sys_Req_3808