电池管理系统硬件在环测试台架的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电池管理系统硬件在环测试台架，包括通信板卡、模拟电池组子系统、传感器板卡和主控制器等。本测试台架按照实际工况下的数据生成模拟信号并输送至电池管理系统，采集电池管理系统输出的结果，对结果进行分析，得出电池管理系统的检测精度，以及逻辑控制与故障检测的准确度等，实现了自动化测试，避免了手动测试的弊端，增加了测试准确度和测试全面性。
【专利说明】电池管理系统硬件在环测试台架
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新能源【技术领域】，特别是涉及一种电池管理系统硬件在环测试台架。
【背景技术】
[0002]随着环境污染和能源消耗的加剧，电动汽车已成为重要的发展方向。目前电动汽车主要以动力电池组作为核心动力源，在运行过程中需要使用BMS (Battery ManagementSystem,电池管理系统)对动力电池组进行管理和安全监控。
[0003]与电驱动技术、整车控制技术相比，国内外BMS技术均处于不完全成熟的阶段，目前的主要问题集中在:电池的基本参数电压、电流和温度的采集精度不够理想；高压绝缘性能检测精度不足；电池热管理精细化程度不够；故障响应不及时和安全保护不够完善；部分电气故障无法检测与保护等。而BMS设计的好坏关系到动力电池组的使用效率、循环寿命以及整车的安全，因此在BMS的研发、测试与路试阶段，需要提供一套能够模拟动力电池组全生命周期使用工况的测试设备，对BMS各项性能指标进行全方位、快速的试验，从而提升BMS的可靠性与缩短产品上市的时间。
[0004]同时随着电动汽车市场的进一步发展，整车厂家与运营商也希望对BMS进行统一的需求管理。而目前各BMS厂家的产品规格不一，给BMS的入网检测与评判带来了较大的困难。因此需要提供一套全自动的检测设备在入网过程中对BMS的质量和性能进行快速、全面的检测和筛选，从而为电动汽车的安全长效运行提供重要保障。
[0005]目前的BMS检测设备具有如下的特点:基本上都是针对特定的BMS产品进行检测，不具备通用性；受限于手工测试，检测设备的模拟电池组子系统不具备全生命周期动力电池组工况的模拟能力，无法对BMS使用周期内的有效性检测进行验证；不能对各种驱动信号进行集中协调控制，从而无法有效验证控制策略实现的正确性；BMS电气故障检测与保护功能无法验证；检测设备各部件相互独立，不具备自动化测试与评估的能力；功能性结构设计不合理，针对不同的BMS需求时检测设备的重组成本较高。
实用新型内容
[0006]基于上述情况，本实用新型提出了一种电池管理系统硬件在环测试台架，以增加测试准确度。
[0007]一种电池管理系统硬件在环测试台架，
[0008]包括通信板卡、模拟电池组子系统、传感器板卡和主控制器；
[0009]所述主控制器按照所述电池管理系统所管理的电池组的实际运行工况控制所述模拟电池组子系统生成所述电池组的仿真信号；
[0010]所述模拟电池组子系统将生成的所述仿真信号发送至所述电池管理系统和所述传感器板卡；
[0011 ] 所述传感器板卡对所述仿真信号进行检测；[0012]所述通信板卡采集所述电池管理系统对所述仿真信号的检测结果；
[0013]所述主控制器将所述电池管理系统对所述仿真信号的检测结果与所述传感器板卡对所述仿真信号的检测结果进行比较，得出所述电池管理系统检测电池参数的精度。
[0014]本实用新型采用上述结构搭建了一种电池管理系统硬件在环测试台架，实现了自动化测试，避免了手动测试的弊端，增加了测试准确度，能够模拟电池组全生命周期各种工况下的信号，从而对电池管理系统进行全面测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型电池管理系统硬件在环测试台架其中一个实施例的结构示意图；
[0016]图2为本实用新型电池管理系统硬件在环测试台架另一个实施例的结构示意图；
[0017]图3为本实用新型电池管理系统硬件在环测试台架其中一个实施例的流程示意图；
[0018]图4为本实用新型电池管理系统硬件在环测试台架其中一个实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。
[0020]本实用新型电池管理系统硬件在环(Hardware-1n_Loop,HIL)测试台架,如图1所示，包括通信板卡、模拟电池组子系统、传感器板卡和主控制器。所述主控制器按照所述电池管理系统所管理的电池组的实际运行工况控制所述模拟电池组子系统生成所述电池组的仿真信号。所述模拟电池组子系统将生成的所述仿真信号发送至所述电池管理系统和所述传感器板卡。所述传感器板卡对所述仿真信号进行检测。所述通信板卡采集所述电池管理系统对所述仿真信号的检测结果。所述主控制器将所述电池管理系统对所述仿真信号的检测结果与所述传感器板卡对所述仿真信号的检测结果进行比较，得出所述电池管理系统检测电池参数的精度。
[0021 ] 由以上内容可知，本测试台架首先模拟电池管理系统的测试对象即电池组的各种参数，生成所述仿真信号，再将仿真信号发给电池管理系统。电池管理系统对仿真信号进行测试，并输出测试结果。本测试台架将电池管理系统的测试结果与自测结果比较，将自测结果作为基准，计算电池管理系统的测试精度。
[0022]作为一个优选的实施例，本测试台架还可以包括整车信号模拟板卡。所述主控制器按照所述电池管理系统所管理的电池组的实际运行工况控制所述整车信号模拟板卡生成整车控制信号和充电机连接信号。所述整车信号模拟板卡将生成的所述整车控制信号和充电机连接信号发送至所述电池管理系统。所述传感器板卡采集所述电池管理系统的逻辑控制输出信号。所述主控制器根据所述传感器板卡采集的逻辑控制输出信号判断所述电池管理系统逻辑控制的准确度。
[0023]上述整车控制信号和充电机连接信号属于触发电池管理系统进行状态切换的逻辑信号，将这两种信号发送至电池管理系统，然后采集电池管理系统发出的信号，判断其是否发出正确的逻辑控制信号，从而确定电池管理系统逻辑控制功能的准确性。
[0024]作为一个优选的实施例，本测试台架还可以包括故障注入板卡。所述主控制器按照所述电池管理系统所管理的电池组的实际运行工况控制所述故障注入板卡生成故障信号。所述故障注入板卡将生成的所述故障信号发送至所述电池管理系统与所述传感器板卡。所述传感器板卡和所述通信板卡采集所述电池管理系统对所述故障信号的检测结果。所述主控制器根据所述电池管理系统对所述故障信号的检测结果判断所述电池管理系统检测故障的准确度。
[0025]若电池管理系统的测试精度符合要求，则可以进一步利用上述故障注入板卡对电池管理系统进行故障注入，并判断电池管理系统是否能够检测到故障或产生相应的保护动作。
[0026]作为一个优选的实施例，还包括接口转接板卡。所述通信板卡、所述整车信号模拟板卡、所述模拟电池组子系统、所述传感器板卡和所述故障注入板卡分别通过所述接口转接板卡连接所述电池管理系统。
[0027]所述接口转接板卡，顾名思义，起到接口转接的作用，一边接电池管理系统的各个接口，一边接本测试台架的各个板卡。若电池管理系统的规格变化，则更换相适应的接口转接板卡，从而提高了本测试台架的通用性。
[0028]本测试台架的测试对象是电动汽车的电池管理系统，另外还可以扩展到电动自行车和储能电站的电池管理系统，其中电动自行车的电池管理系统称为保护板。
[0029]电动汽车的电池管理系统的接口包括电压温度采集接口、母线电流采集接口、整车信号输入接口、逻辑控制输出接口、整车CAN总线接口和充电CAN总线接口。所述通信板卡通过所述接口转接板卡采集所述整车CAN总线接口和所述充电CAN总线接口输出的仿真信号检测结果和故障信号检测结果；所述整车信号模拟板卡通过所述接口转接板卡向所述整车信号输入接口输入所述整车控制信号和所述充电机连接信号；所述模拟电池组子系统通过所述接口转接板卡向所述电压温度采集接口、所述母线电流采集接口和所述传感器板卡发送所述仿真信号；所述传感器板卡通过所述接口转接板卡接收所述逻辑控制输出接口输出的逻辑控制信号；所述故障注入板卡通过所述接口转接板卡向所述电压温度采集接口、所述母线电流采集接口和所述整车信号输入接口注入所述故障信号。
[0030]模拟电池组子系统生成的仿真信号，一路经所述接口转接板卡发送至电池管理系统，一路发送至传感器板卡用来自测。所述仿真信号优选地包括模拟所述电池组单体电池电压与温度的电压信号和温度信号，及模拟所述电池组母线电流的母线电流信号。电压信号和温度信号被送至电压温度采集接口，母线电流信号被送至母线电流采集接口。电池管理系统的内部器件对电压信号、温度信号和母线电流信号进行检测，并将检测结果通过整车CAN总线接口和充电CAN总线接口输出。
[0031]为了便于展示主控制器的结果，并提供人机交互终端，本测试台架还可以包括人机交互终端，连接所述主控制器，用于展示所述主控制器的比较结果和判断结果，并接收命令配置所述测试用例中测试工况的测试工步，人机交互终端上优选地采用LabView控制界面。
[0032]作为一个优选的实施例，所述主控制器为基于PXI总线的PXI主控制器。所述PXI主控制器通过PXI总线分别与所述通信板卡、整车信号模拟板卡、模拟电池组子系统、传感器板卡和故障注入板卡相连。
[0033]图2所示是本测试台架的一个实施例，在本实施例中，所述通信板卡、所述整车信号模拟板卡、所述模拟电池组子系统、所述传感器板卡和所述故障注入板卡、所述PXI主控制器、所述测试用例库和所述人机交互终端组合在一起，形成HIL主机柜，所述接口转接板卡放置于HIL主机柜之外，以便于更换。下面介绍本测试台架的测试流程。
[0034]如图3所示，首先，PXI主控制器从测试用例库中读取测试工况，并运行电动汽车动力电池组工况模拟组件，模拟组件将读取的测试工况分解成合适的测试工步集合，PXI主控制器针对每个测试工步控制模拟电池组子系统和整车信号模拟板卡的输出，仿真BMS的实际工况，然后PXI主控制器通过传感器板卡获取仿真输出的值(真实值)，通过通信板卡获取BMS采集结果(测量值)，并进行比较，如果BMS采集结果与真实值不符或者误差超出阈值，则记录下一个不合格指标，最后判断是否已完成所有工步的测试，如果未完成则重复上述工步测试过程，如果已完成则汇总所有的不合格记录并生成测试报表，将测试结果和报表显示到Labview控制界面上。本流程能够对BMS的各项精度指标及状态切换做出准确的检测。
[0035]图4则在简单流程的基础上加入了故障注入的流程，在图3的基础上，如果特定工步的精度检测指标符合要求，则进一步对BMS每个信号输入通道注入故障，如果BMS不能够检测到注入的故障或无法产生相应的保护动作，则记录下该保护失效错误，最后判断是否还有信号输入通道未实施故障注入，如果有则开启下一信号输入通道的故障注入检测流程，至此就完成了单工步的故障注入检测，在所有工步不合格项汇总时需要加入故障注入检测错误以判断BMS对故障的响应是否合格。
[0036]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 包括通信板卡、模拟电池组子系统、传感器板卡和主控制器； 所述主控制器按照所述电池管理系统所管理的电池组的实际运行工况控制所述模拟电池组子系统生成所述电池组的仿真信号； 所述模拟电池组子系统将生成的所述仿真信号发送至所述电池管理系统和所述传感器板卡； 所述传感器板卡对所述仿真信号进行检测； 所述通信板卡采集所述电池管理系统对所述仿真信号的检测结果； 所述主控制器将所述电池管理系统对所述仿真信号的检测结果与所述传感器板卡对所述仿真信号的检测结果进行比较，得出所述电池管理系统检测电池参数的精度。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 还包括整车信号模拟板卡； 所述主控制器按照所述电池管理系统所管理的电池组的实际运行工况控制所述整车信号模拟板卡生成整 车控制信号和充电机连接信号； 所述整车信号模拟板卡将生成的所述整车控制信号和充电机连接信号发送至所述电池管理系统； 所述传感器板卡采集所述电池管理系统的逻辑控制输出信号； 所述主控制器根据所述传感器板卡采集的逻辑控制输出信号判断所述电池管理系统逻辑控制的准确度。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 还包括故障注入板卡； 所述主控制器按照所述电池管理系统所管理的电池组的实际运行工况控制所述故障注入板卡生成故障信号； 所述故障注入板卡将生成的所述故障信号发送至所述电池管理系统与所述传感器板卡; 所述传感器板卡和所述通信板卡采集所述电池管理系统对所述故障信号的检测结果; 所述主控制器根据所述电池管理系统对所述故障信号的检测结果判断所述电池管理系统检测故障的准确度。
4.根据权利要求3所述的电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 还包括接口转接板卡； 所述通信板卡、所述整车信号模拟板卡、所述模拟电池组子系统、所述传感器板卡和所述故障注入板卡分别通过所述接口转接板卡连接所述电池管理系统。
5.根据权利要求4所述的电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 所述仿真信号包括模拟所述电池组单体电池电压与温度的电压信号和温度信号，及模拟所述电池组母线电流的母线电流信号。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 所述电池管理系统的接口包括电压温度采集接口、母线电流采集接口、整车信号输入接口、逻辑控制输出接口、整车CAN总线接口和充电CAN总线接口 ；所述通信板卡通过所述接口转接板卡采集所述整车CAN总线接口和所述充电CAN总线接口输出的仿真信号检测结果和故障信号检测结果； 所述整车信号模拟板卡通过所述接口转接板卡向所述整车信号输入接口输入所述整车控制信号和所述充电机连接信号； 所述模拟电池组子系统通过所述接口转接板卡向所述电压温度采集接口、所述母线电流采集接口和所述传感器板卡发送所述仿真信号； 所述传感器板卡通过所述接口转接板卡接收所述逻辑控制输出接口输出的逻辑控制信号; 所述故障注入板卡通过所述接口转接板卡向所述电压温度采集接口、所述母线电流采集接口和所述整车信号输入接口注入所述故障信号。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 还包括人机交互终端，连接所述主控制器，用于展示所述主控制器的比较结果和判断结果，并接收命令配置所述测试用例中测试工况的测试工步。
8.根据权利要求3或4或5或6所述的电池管理系统硬件在环测试台架，其特征在于， 所述主控制器为基于PXI总线的PXI主控制器； 所述PXI主控制器通过PX I总线分别与所述通信板卡、整车信号模拟板卡、模拟电池组子系统、传感器板卡和故障注入板卡相连。
【文档编号】G01R35/00GK203673055SQ201320614441
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】魏增福, 刘新天, 何耀, 苏伟, 刘世念, 钟国彬, 范圣平, 吕旺燕, 李欣 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 合肥工业大学