Kinco步科 总线型触摸屏在电动大巴行业的应用

• 关键词：Kinco步科,总线型触摸屏,CAN总线,蓄电池监控单元
• 摘要：为了应对全球能源危机和气候变化，电动汽车作为传统燃油汽车的替代方案逐渐成为研究热点。但是电池及电池管理却是制约电动汽车发展的瓶颈，在电池自身容量已经确定的情况下，对电池组有效地监控、管理，成为延长电池组使用寿命，从而提升电动汽车续行里程的重要手段。

一、概述
        汽车是现代社会的重要交通工具，为人们提供了便捷、舒适的出行服务，然而传统燃油车辆在使用过程中产生了大量的有害废气，并加剧了对不可再生资源石油的依赖。作为能源消费大国，我国形势更为严峻，能源大量进口危及到国民经济正常运行和国家能源安全。在环境方面，交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要原因之一。
        为了应对全球能源危机和气候变化，近年来世界各国纷纷加速推进汽车产业的转型升级，电动汽车作为传统燃油汽车的替代方案逐渐成为研究热点。但是电池及电池管理却是制约电动汽车发展的瓶颈，在电池自身容量已经确定的情况下，对电池组有效地监控、管理，成为延长电池组使用寿命，从而提升电动汽车续行里程的重要手段。
        本文结合汽车电子行业的特点，主要介绍了KINCO总线型（CAN总线）触摸屏在蓄电池监控单元上的应用(BMS)。

二、系统结构
1、电动汽车原理
        全部或部分由电机驱动、并配置大容量电能储存装置的汽车统称为电动汽车，包括纯电动汽车（PEV）、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCV)三种类型。纯电动汽车是完全由可充电电池提供动力源，并以电动机与电机控制系统驱动的汽车。
        蓄电池为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。纯电动汽车原理图（见图1）。
 三、KINCO总线型HMI（MT5423T-CAN）特点
        人机界面作为人与机器之间传递、交换信息的媒介而被应用于各行各业，步科总线型HMI HMI以其稳定的性能以及集成CAN总线等特点被电动汽车行业客户所关注，并获得良好的应用体验。
        1、CAN总线接口功能。CAN总线作为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的数据交换而广泛的应用在汽车行业，而基于CAN总线的SAE J1939协议更是在卡车及客车行业得到广泛应用，步科公司根据客户需求，在自主开发的EV5000软件中集成了SAE J1939协议（图3）。 
 

图 1 纯电动汽车原理图

2、电池管理系统（BMS）
        BMS电池管理系统(Battery Management System或Battery Control Unit)是指用来对电池组进行安全监控、有效管理的软硬件设备，系统包括自我诊断、数据采集、充放电管理、均衡充电、热量管理、安全管理、数据通信、电池监控、异常报警、异常保护、显示剩余容量(SOC，State of Charge，电池充电状态估算是电动汽车电池管理系统的重要功能，准确有效的SOC估算对推动电动汽车核心技术的发展具有重要意义），电池健康状况(SOH)等功能；还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程、以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。图 2为BMS基本结构图。
 

图2 BMS基本结构

        电池管理系统是电动汽车相关技术中较为重要的一部分，其优劣可以促进或者限制电动汽车的发展，因此对BMS的研究就显得尤为重要。

图 3  EV5000组态软件

         2、 集成了SD卡及USB HOST接口。纯电动大巴汽车采用单体电池多达上百节，有的甚至更多，而这些单体及电池组的电压、温度等参数必须实时的采集及存储，普通的触摸屏内部存储空间远远不够，MT5423T-CAN通过外部SD卡（8G）可以存储大量数据。
         3、 高亮度，高分辨率。高达800*600的分辨率可以清晰的显示各种参数及图片。
         4、 高达520MHz的CPU以及嵌入式操作系统可以快速的处理大量数据。

四、监控界面设计
        本方案客户采用6个数据采集板及一个主控板，通过CAN总线对电池电压和温度等信息进行高速采集，从而了实现电池的高效率均衡。电池的电压/电流和温度、电池的健康状况和剩余电流的估算以及故障报警信息等全部通过HMI进行图文显示。
        1、 主控界面
        触摸屏的主监控画面可以设计为多国语言显示，在整个监控画面上可以监测到电池的总电压及总电流，可以监测到电池荷电状态（SOC）等信息；点击其它按钮进入相应界面，例如点击“实时数据查询”按钮，则可以观察到电池具体时刻的各种数据值。

        2、数据采集界面
        在主控界面点击数据采集按钮可以进入每组电池模块的温度及电压监控界面，在监控界面可以方便的监控到每个单体电池的电压情况。每组电池模块有20个单体电池，温度传感器对每5节电池进行测温，所以在每个数据采集界面可以看到20个单体电池电压和4个温度值的数据采集值，当温度或者电压出现异常时，监控会自动进入故障报警界面。
 

        3、故障报警界面
        进入故障报警界面，要显示40个故障代码（故障码由HMI接收到的5个字节确定，每个bit对应一个故障码，该位为1，则报警，为0，解除报警）。报警信息主要有：放电电流过流报警、电压报警信息、充电电流信息报警以及CAN报文接收超时报警等信息。

五、总结
        MT5423T-CAN在电动大巴行业的应用，充分的发挥了其稳定的性能、开放灵活的CAN总线以及大量数据存储等特点，目前产品在客户客车上运行稳定。随着国家对新能源行业的大力支持，电动汽车行业在未来的发展将会提快速度，步科公司将再接再厉，为客户开发出更好、性价比更高的HMI系列产品。