夜雨聆风BMS应用层软件开发课程
BMS核心算法开发
视频中提供详细的课件和配套的模型和代码
适合新能源汽车BMS系统工程师、BMS软件工程师、BMS仿真工程师等以及从事BMS方向的在校学生，作为入门知识了解很合适
建议学员具有MATLAB/SIMULINK/Stateflow的相关基础
资料内容均已在图片（P2）中展示，请结合自身情况理性决定是否需要
课程内容：
1.掌握动力电池的工作特性，以及BMS软件的架构和要求;
2.学会使用基于模型开发的相关软件工具，如MATLAB/Simulink等;
3.对动力电池管理系统软件主要功能模块分别开发、验证；
4.能够开发并验证电池管理系统的控制功能，包括上下电控制,充电控制、均衡控制等；
5.能够了解BMS系统主流技术趋势
这套代码涵盖了 BMS 应用层开发的“三大件”：
SOC 估算算法（改进型安时积分+OCV 修正）
电池均衡控制策略（基于压差的迟滞比较）
充放电状态机（基于 Stateflow 逻辑的上下电与充电控制）
你可以将以下代码封装在 MATLAB Function 模块中，或者转换为 C 代码集成到嵌入式工程中。
SOC 核心估算算法 (MATLAB)
这是 BMS 算法工程师最核心的工作。这段代码实现了一个带有温度补偿和开路电压（OCV）修正的安时积分法，是工程中最常用的基础算法。
function [SOC_out, SOH_out] = BMS_Core_Algorithm(V_cell, I_batt, T_batt, SOC_init, dt)
% BMS 核心算法模块
% 输入:
% V_cell: 单体电压 (V)
% I_batt: 电池总电流 (A), 充电为正，放电为负
% T_batt: 电池温度 (°C)
% SOC_init: 初始 SOC (%)
% dt: 仿真步长 (s)
% 输出:
% SOC_out: 估算的 SOC (%)
% SOH_out: 估算的 SOH (%)
%% 1. 参数定义 (根据电芯规格书配置)
Capacity_Nominal = 100.0; % 标称容量 Ah
V_Empty = 2.5; % 放空电压 V
V_Full = 3.65; % 充满电压 V
%% 2. 温度补偿系数 (查表法模拟)
% 低温下电池可用容量降低，需对电流或容量进行修正
if T_batt = V_Full && I_batt > 0
SOC_out = 100.0; % 强制充满修正
elseif V_cell 80%)，避免能量浪费
Trigger_Condition = (Delta_V > 0.02) && (SOC_avg > 80);
% 4. 控制指令
Balancing_Cmd = zeros(size(Voltages)); % 初始化全关
if Trigger_Condition
% 开启所有电压高于 "最低电压 + 迟滞阈值" 的电芯均衡
% 这样可以防止电压在阈值附近波动导致均衡频繁启停
for i = 1:length(Voltages)
if Voltages(i) > (V_min + Hysteresis_Threshold)
Balancing_Cmd(i) = 1;
end
end
end
end
充放电状态机 (Stateflow 逻辑描述)
在 Simulink 中，这部分通常使用 Stateflow 模块来实现。以下是状态机的逻辑描述，你可以直接照此绘制状态转移图。
状态机名称： Charge_Discharge_FSM
状态定义：
Idle (空闲态)
进入条件：系统上电初始化。
转移条件：
检测到充电枪连接且电压正常 rightarrow 跳转至 Pre_Charge (预充)。
检测到负载请求且无故障 rightarrow 跳转至 Discharge (放电)。
Pre_Charge (预充态)
动作：闭合预充继电器，检测母线电压上升。
转移条件：
母线电压达到目标值 (如 90% 电池电压) rightarrow 闭合主正继电器，断开预充，跳转至 Ready。
超时或电压不上升 rightarrow 报错，跳转至 Fault。
Charge (充电态)
动作：根据 BMS 需求控制充电电流。
转移条件：
SOC = 100% 或 收到停止指令 rightarrow 跳转至 Idle。
单体过压 rightarrow 跳转至 Fault。
Fault (故障态)
动作：断开所有继电器，点亮故障灯。
转移条件：故障清除信号 rightarrow 跳转至 Idle。
simulink 模型搭建建议
根据课程内容，建议你按照以下架构在 Simulink 中搭建模型：
输入层 (Sensors)：
使用 Inport 模块接收 CAN 总线信号（电压、电流、温度）。
算法层 (Algorithms)：
放入上述 代码 1 (SOC) 和 代码 2 (均衡) 的 MATLAB Function 模块。
添加 Lookup Table 模块用于 OCV-SOC 查表。
控制层 (Control)：
放入上述 代码 3 (状态机) 的 Stateflow 图表。
输出层 (Actuators)：
使用 Outport 模块输出继电器控制信号（PWM 或 GPIO）。
验证层 (Test)：
使用 Scope 观察 SOC 曲线是否平滑。
使用 Signal Builder 注入故障信号（如模拟电压突升）测试保护逻辑。
对应 05BMS软件之SOC估算：扩展卡尔曼滤波 (EKF) 代码
这是目前工业界最主流的 SOC 估算算法，比单纯的安时积分更精准。
function [SOC_est, P_out] = EKF_SOC_Estimation(U_t, I_batt, SOC_prev, P_prev, dt)
% EKF_SOC_Estimation: 基于二阶RC等效电路模型的扩展卡尔曼滤波
% 输入:
% U_t: 端电压测量值 (V)
% I_batt: 电流测量值 (A) (放电为正)
% SOC_prev: 上一时刻SOC
% P_prev: 上一时刻误差协方差
% dt: 时间步长
% 输出:
% SOC_est: 估算后的SOC
% P_out: 更新后的协方差
%% 1. 电池模型参数 (需根据实际电芯辨识)
R0 = 0.002; R1 = 0.001; C1 = 5000; % 简单RC参数
Capacity_Ah = 100; % 电池容量
%% 2. 状态方程 (预测步骤)
% 状态变量 x = [SOC; U_rc]
% 这里仅简化展示SOC的预测
Q_nom = Capacity_Ah * 3600; % 容量转换为库伦
SOC_pred = SOC_prev - (I_batt/Q_nom) * dt;
% 约束SOC在0-1之间
SOC_pred = min(max(SOC_pred, 0), 1);
%% 3. 观测方程 (更新步骤)
% 计算开路电压 OCV (通过查表函数 OCV_Lookup)
OCV_pred = OCV_Lookup(SOC_pred);
% 预测端电压 (简化模型: U_t = OCV - I*R0)
U_pred = OCV_pred - I_batt * R0;
%% 4. 卡尔曼增益计算 (简化版)
% 计算雅可比矩阵 C (OCV对SOC的导数，这里用差分近似)
delta = 0.01;
dOCV_dSOC = (OCV_Lookup(SOC_pred + delta) - OCV_Lookup(SOC_pred - delta)) / (2*delta);
C = dOCV_dSOC;
% 协方差预测
Q_proc = 1e-6; % 过程噪声
P_pred = P_prev + Q_proc;
% 卡尔曼增益
R_meas = 0.01; % 测量噪声 (电压噪声)
K = (P_pred * C) / (C * P_pred * C' + R_meas);
%% 5. 状态更新
% 利用电压残差修正SOC
Innovation = U_t - U_pred; % 新息
SOC_est = SOC_pred + K * Innovation;
P_out = (1 - K * C) * P_pred;
% 再次约束
SOC_est = min(max(SOC_est, 0), 1);
end
%% 辅助函数：OCV-SOC 查表
function ocv = OCV_Lookup(soc)
% 这里用一个简化的拟合曲线代替查表
% 实际工程中通常是一个 100行的 Lookup Table
ocv = 3.0 + 0.8 * soc;
end
对应 06BMS软件之SOH估算：容量增量法代码
SOH 估算通常基于满充满放的容量积分或内阻增长。下面是一个基于 容量积分 的估算逻辑。
function [SOH, Capacity_current] = SOH_Calculation(SOC_start, SOC_end, Ah_Integrated, Cycle_Count)
% SOH_Calculation: 基于满充满放容量的SOH估算
% 输入:
% SOC_start: 放电起始SOC
% SOC_end: 放电截止SOC
% Ah_Integrated: 放电过程中流出的总安时数
% Cycle_Count: 循环次数 (用于老化模型预测)
% 初始标称容量
Capacity_Nominal = 100.0;
% 1. 基于库伦计数法的实际容量计算
% 如果 SOC 变化了 80% (0.8)，流出了 X Ah，则总容量 = X / 0.8
Delta_SOC = SOC_start - SOC_end;
if Delta_SOC > 0.5 % 只有在充放电深度较大时才更新
Capacity_current = Ah_Integrated / Delta_SOC;
else
Capacity_current = Capacity_Nominal; % 保持上一次值
end
% 2. 计算 SOH
SOH = (Capacity_current / Capacity_Nominal) * 100;
% 3. 简单的老化模型修正 (可选)
% 随着循环次数增加，容量会有微小衰减
% Capacity_current = Capacity_Nominal * (1 - 0.00001 * Cycle_Count);
end
对应 08BMS软件之交流充电：充电状态机 (Stateflow 逻辑)
这部分对应课程中的充电控制。在 Simulink 中通常用 Stateflow 实现，这里用 MATLAB switch-case 逻辑展示其核心状态流转。
function Charge_State_Next = Charging_State_Machine(Charge_State_Current, Plug_Status, BMS_Ready, Charger_Ready, Stop_Req)
% Charging_State_Machine: 充电流程状态机
% 输入:
% Charge_State_Current: 当前状态
% Plug_Status: 充电枪连接状态 (0/1)
% BMS_Ready: BMS自检通过 (0/1)
% Charger_Ready: 充电桩就绪
% Stop_Req: 停止充电请求
switch Charge_State_Current
case 'IDLE' % 空闲状态
if Plug_Status == 1
Charge_State_Next = 'STANDBY';
else
Charge_State_Next = 'IDLE';
end
case 'STANDBY' % 待机/握手阶段
if BMS_Ready == 1 && Charger_Ready == 1
Charge_State_Next = 'CHARGING';
elseif Plug_Status == 0
Charge_State_Next = 'IDLE';
else
Charge_State_Next = 'STANDBY';
end
case 'CHARGING' % 充电中
if Stop_Req == 1 || BMS_Ready == 0
Charge_State_Next = 'STOPPING';
else
Charge_State_Next = 'CHARGING';
end
case 'STOPPING' % 结束阶段
% 发送停止指令，等待电流降为0
Charge_State_Next = 'IDLE';
otherwise
Charge_State_Next = 'IDLE';
end
end
对应 04BMS基本概念及输入输出：故障诊断逻辑
BMS 的核心功能之一是保护电池。这是一个典型的过压保护逻辑。
function Fault_Flag = OverVoltage_Protection(Cell_Voltages, Threshold_OV, Hysteresis)
% OverVoltage_Protection: 单体过压故障诊断
% 输入:
% Cell_Voltages: 所有单体电压数组 [V1, V2, …, Vn]
% Threshold_OV: 过压阈值 (如 4.25V)
% Hysteresis: 迟滞回差 (防止故障频繁跳变)
Fault_Flag = 0; % 0: 无故障, 1: 故障
% 找出最大单体电压
V_max = max(Cell_Voltages);
% 故障触发逻辑 (带迟滞)
persistent is_fault_active;
if isempty(is_fault_active)
is_fault_active = false;
end
if is_fault_active
% 如果已经故障，只有电压降到 (阈值-回差) 以下才恢复
if V_max Threshold_OV
is_fault_active = true;
end
end
Fault_Flag = is_fault_active;
end
学习建议
SOC/SOH 算法：重点看代码中的 EKF 部分，理解 预测 和 更新 两个步骤，这是面试和实际开发的难点。
状态机：尝试用 Simulink 的 Stateflow 画出 Charging_State_Machine 的流程图，这是应用层软件工程师的必备技能。
