烟火式安全开关模拟器、电池管理系统测试系统及方法与流程

1.本发明涉及新能源汽车技术领域，具体而言，涉及一种烟火式安全开关模拟器、电池管理系统测试系统及方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车的日益普及，对其安全性能的要求也相应提高。在新能源汽车发生例如碰撞等紧急情况时，需要切断动力电池的高压回路，以使高压系统进入安全状态，保障人身安全。目前，为了保证有效切断高压回路，普遍采用烟火式安全开关，通过电池管理单元对位于高压回路中的烟火式安全开关的触发点爆，强制切断高压回路。
3.为了确保在真正需要点爆烟火式安全开关的工况下，烟火式安全开关能够被成功点爆，电池管理单元需时刻监测烟火式安全开关是否处于正常状态，一旦烟火式安全开关发生故障，需要及时通知相关人员，从而避免发生碰撞时无法切断高压回路。所以在电池管理单元的软件策略设计阶段，需要设计一套诊断程序用于监测烟火式安全开关的状态，同时需要设计一套点爆程序用于在紧急工况下点爆烟火式安全开关。对于这些软件策略的测试验证，需要接入真实的烟火式安全开关以便验证软件的功能，从而保证软件的质量。而且在每一轮的软件迭代测试过程中，这些功能需要被重复测试，这意味着每一轮的软件测试都需要接入真实的烟火式安全开关。但是，由于烟火式安全开关价格昂贵，而且点爆之后不可恢复，所以这种测试方法所花费的成本将是一笔不小的开销。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提出一种烟火式安全开关模拟器、电池管理系统测试系统及方法。
5.第一方面，本发明提供了一种烟火式安全开关模拟器，其包括触发装置、保险装置和开关装置，所述触发装置和所述保险装置适于与电池管理单元依次连接，所述开关装置适于接入高压回路，所述触发装置与所述开关装置的使能端连接；
6.当所述触发装置未被触发时，所述开关装置适于导通所述高压回路；
7.当所述触发装置被触发时，所述开关装置适于断开所述高压回路且所述保险装置适于断开。
8.本发明的烟火式安全开关模拟器的有益效果是，在对新能源汽车电池管理系统相关控制软件进行测试验证时，可将电池管理系统中真实的烟火式安全开关替换为烟火式安全开关模拟器。当电池管理单元未触发该模拟器时，其中的开关装置保持关闭状态以导通高压回路，并且可通过触发装置的相关信号确定其是否处于正常状态，从而可模拟烟火式安全开关被触发前的正常运行状态；当电池管理单元受例如汽车紧急故障信号等触发该模拟器时，其中的开关装置变为断开状态以断开高压回路，且保险装置断开了触发装置与电池管理单元间的回路，从而可模拟烟火式安全开关被触发后的状态，也就是模拟烟火式安全开关被点爆，其本身无法再被触发且高压回路断开的状态。也就是可以验证电池管理系
统相关软件的诊断功能和点爆功能，既能保证软件质量，又可以降低测试费用，大大减少开发成本，提高经济效益。
9.进一步，该烟火式安全开关模拟器还包括放大装置，所述触发装置通过所述放大装置与所述开关装置的使能端连接。
10.由此，通过放大装置对触发装置的相关信号进行放大后再驱动开关装置，可以进一步保障开关装置可以被有效触发，从而更准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
11.进一步，所述触发装置为电阻，所述放大装置为放大驱动电路，所述电阻的两端分别接入所述放大驱动电路的两个输入端，所述放大驱动电路的输出端与所述开关装置的使能端连接。
12.由此，将电阻两端的压差作为触发装置用于驱动开关装置的信号，结构较为简单，在保证模拟效果的前提下可有效降低成本，通过放大驱动电路对该信号进行放大后，可有效驱动开关装置断开或导通，进而准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
13.进一步，所述保险装置为保险丝，所述保险丝的熔断电流小于所述烟火式安全开关模拟器被触发时所述电池管理单元的输出电压除以所述电阻的阻值获得的结果，且大于所述烟火式安全开关模拟器没有被触发时所述电池管理单元的输出电压除以所述电阻的阻值获得的结果。
14.由此，保险丝可在电池管理单元发出触发信号时熔断，从而使模拟器的低压控制部分断开，准确模拟烟火式安全开关被点爆后的状态，不仅通过继电器使高压回路断开，而且由于电阻的两端压差变为零，使得电池管理单元不会对低压控制部分进行持续触发。
15.进一步，所述电阻的阻值可调。
16.由此，可以模拟更多型号或特性的烟火式安全开关。
17.进一步，所述触发装置为功率电阻。
18.由此，功率电阻可以在大电流、大功率下依然保持相应功能，以便更准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
19.第二方面，本发明提供了一种电池管理系统测试系统，其包括高压回路、电池管理单元以及如上所述的烟火式安全开关模拟器，所述烟火式安全开关模拟器接入所述高压回路，所述电池管理单元与所述烟火式安全开关模拟器连接。
20.本发明的电池管理系统测试系统的有益效果与上述烟火式安全开关模拟器的有益效果类似，在此不再赘述。
21.第三方面，本发明提供了一种电池管理系统测试方法，基于如上所述的电池管理系统测试系统，该方法包括：
22.当电池管理单元获取触发信号时，触发烟火式安全开关模拟器的触发装置，以使开关装置断开高压回路以及使保险装置断开。
23.本发明的电池管理系统测试方法的有益效果与上述烟火式安全开关模拟器的有益效果类似，在此不再赘述。
24.进一步，所述触发信号包括汽车紧急故障信号和/或高压电路中高压继电器粘连信号。
25.由此，通过不同的触发信号可模拟不同的工况，进而准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态，保证软件功能验证的准确性和全面性。
26.进一步，该方法还包括：
27.当所述电池管理单元获取的基于所述触发装置的采集信号超出预设范围时，生成告警信号。
28.由此，不仅可实现对电池管理单元点爆功能的验证，还可实现对其诊断功能的验证，不但能准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态，并且能保证软件功能验证的准确性和全面性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为电池管理系统的结构示意图。
31.图2为本发明实施例的烟火式安全开关模拟器的结构示意图；
32.图3为本发明另一实施例的烟火式安全开关模拟器的结构示意图。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
34.如图1所示，新能源汽车的电池管理系统(bms：battery management system)主要包括高压电池组、高压继电器、预充电阻、负载和电池管理单元(bmu：battery management unit)等。其中，高压继电器包括预充继电器、主正继电器和主负继电器等。当新能源汽车发生碰撞等紧急情况时，需要切断动力电池的高压回路，以使高压系统进入安全状态，保障人身安全。但是当动力电池的高压回路发生故障时，高压回路可能无法被正常切断，比如回路中的任一高压继电器发生粘连故障，此时电池管理单元需要通过另一种可靠的方式切断高压回路。基于上述的故障情况，烟火式安全开关(pss：pyrotechnic safety switches)被应用到电池管理系统的高压回路中，如图1所示，烟火式安全开关接入高压回路，其两端分别定义为高压a端和高压b端，且电池管理单元与烟火式安全开关连接。当发生无法正常切断高压回路的情况时，烟火式安全开关被触发点爆，从而强制切断高压回路。
35.在对新能源汽车电池管理系统相关控制软件进行测试验证时，通常需要接入真实的烟火式安全开关以便验证软件的功能，以保证软件的质量。但是，由于烟火式安全开关的成本较高，且点爆之后不可恢复，因此，采用这种测试方法的成本较高，进而推高了整体研发成本。
36.如图2所示，本发明实施例的一种烟火式安全开关模拟器包括触发装置、保险装置和开关装置，所述触发装置和所述保险装置适于与电池管理单元依次连接，所述开关装置适于接入高压回路，所述触发装置与所述开关装置的使能端连接；
37.当所述触发装置未被触发时，所述开关装置适于导通所述高压回路；
38.当所述触发装置被触发时，所述开关装置适于断开所述高压回路且所述保险装置适于断开。
39.具体地，可将烟火式安全开关模拟器分为低压控制部分和高压部分，以和烟火式安全开关对应，其中，触发装置和保险装置属于低压控制部分，开关装置属于高压部分。电池管理单元可包括诊断模块和点爆模块，在与烟火式安全开关模拟器连接后，诊断模块可用于确定烟火式安全开关模拟器的低压控制部分是否处于正常状态。触发装置可以为电阻，在验证诊断功能时，诊断模块会诊断电阻的阻值，通过诊断的阻值确定烟火式安全开关模拟器的低压控制部分是否处于正常状态。如果诊断的阻值过大或者过小，则通过诊断模块诊断出来后，可生成相应信号，例如告警信号，并由电池控制单元做出相应的控制策略。更具体而言，由于电池控制单元可视为一个恒流源，可恒定输出例如20ma的电流，则作为触发装置的电阻两端会有一定压差，通过检测该值，可确定电阻的阻值是否发生变化，如果检测的阻值超出预设范围，则可以判断其处于异常状态，进而生成例如告警信号等。
40.在诊断模块确定烟火式安全开关模拟器一直处于正常状态的前提下，通过例如模拟装置操作产生汽车紧急故障信号，以模拟汽车发生紧急故障需要断开高压回路的场景。可选地，还可将图1中的主负继电器进行短路，以模拟高压继电器发生粘连的情况。此时，电池管理单元检测到汽车紧急故障信号，并且检测到高压回路没有断开，则其将触发烟火式安全开关模拟器进行点爆。更具体而言，输出例如12v电压，也就是其输出电压，这样流过烟火式安全开关模拟器的电流大约可达到6a，从而导致作为保险装置的保险丝熔断，此时电阻两端的压差将会变为0v，作为开关装置的继电器将会因使能端失电而断开，进而使得高压回路被切断。此时点爆模块可通过判断保险丝是否熔断，或者是电阻两端的压差是否为0v，以确认烟火式安全开关模拟器是否被点爆。
41.需要说明的是，高压回路是相对电池管理单元的输出电压而言的，高压回路的电压范围是12v
‑
800v，例如，其可以是12v、48v或400v等。
42.在本实施例中，在对新能源汽车电池管理系统相关控制软件进行测试验证时，可将电池管理系统中真实的烟火式安全开关替换为烟火式安全开关模拟器。当电池管理单元未触发该模拟器时，其中的开关装置保持关闭状态以导通高压回路，并且可通过触发装置的相关信号确定其是否处于正常状态，从而可模拟烟火式安全开关被触发前的正常运行状态；当电池管理单元受例如汽车紧急故障信号等触发该模拟器时，其中的开关装置变为断开状态以断开高压回路，且保险装置断开了触发装置与电池管理单元间的回路，从而可模拟烟火式安全开关被触发后的状态，也就是模拟烟火式安全开关被点爆，其本身无法再被触发且高压回路断开的状态。也就是可以验证电池管理系统相关软件的诊断功能和点爆功能，既能保证软件质量，又可以降低测试费用，大大减少开发成本，提高经济效益。
43.可选地，该烟火式安全开关模拟器还包括放大装置，所述触发装置通过所述放大装置与所述开关装置的使能端连接。
44.具体地，放大装置也属于低压控制部分。若触发装置本身的电压或其他相关信号不足以驱动例如继电器的开关装置关闭，则可以通过放大装置对触发装置的信号进行放大，进而驱动继电器。其中，放大装置可以主要由运算放大器构成，也可以主要由三极管构成，还可以是其他具有放大功能的电路。另外，可选地，放大装置可外接与开关装置匹配的电源，例如，若作为开关装置的继电器的使能电压为12v，则放大装置可外接12v电源以完成对继电器的驱动。
45.在本实施例中，通过放大装置对触发装置的相关信号进行放大后再驱动开关装
置，可以进一步保障开关装置可以被有效触发，从而更准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
46.可选地，如图3所示，所述触发装置为电阻，所述放大装置为放大驱动电路，所述电阻的两端分别接入所述放大驱动电路的两个输入端，所述放大驱动电路的输出端与所述开关装置的使能端连接。
47.具体地，在模拟器模拟烟火式安全开关的正常状态时，也就是作为保险装置的保险丝未熔断，作为触发装置的电阻两端会存在微小的压差，在经过放大驱动电路放大之后，可用于驱动例如继电器的开关装置，使得高压回路能够导通。
48.在本实施例中，将电阻两端的压差作为触发装置用于驱动开关装置的信号，结构较为简单，在保证模拟效果的前提下可有效降低成本，通过放大驱动电路对该信号进行放大后，可有效驱动开关装置断开或导通，进而准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
49.可选地，如图3所示，所述保险装置为保险丝。
50.具体地，常规烟火式安全开关的低压控制部分的阻值在2ω左右，例如，pyroswitch厂商的烟火式安全开关的规格书中描述的低压控制部分的阻值在1.7ω
‑
2.5ω之间，故作为触发装置的电阻的阻值可选用为2ω，当然也可以根据需要模拟的真实的烟火式安全开关规格进行设置。由于电池管理单元在触发烟火式安全开关或者其模拟器时，会输出例如12v电压，也就是其输出电压。
51.具体地，保险丝的熔断电流小于所述烟火式安全开关模拟器被触发时所述电池管理单元的输出电压除以所述电阻的阻值获得的结果(即小于所述烟火式安全开关模拟器被触发时低压控制部分流过的电流)，且大于所述烟火式安全开关模拟器没有被触发时所述电池管理单元的输出电压除以所述电阻的阻值获得的结果(即大于所述烟火式安全开关模拟器没有被触发时低压控制部分流过的电流)。
52.进一步，在大于烟火式安全开关模拟器未被触发时低压控制部分流过的电流的前提下，保险丝的熔断电流应尽量小。主要因为保险丝的熔断电流越小，烟火式安全开关模拟器被触发时保险丝的熔断时间越短，即响应更快，更能模拟出真实烟火式安全开关的时间响应特性。例如，若烟火式安全开关模拟器被触发时低压控制部分流过的电流大约为6a，电池管理单元的输出的诊断电流为20ma，则保险丝的熔断电流应大于20ma，且小于6a，优选地，可选择200ma。
53.当保险丝熔断时，此时电阻两端的压差将会变为0v，继电器将会因使能端失电而断开，进而使得高压回路被切断。另外，在本实施例中，由于电池管理单元的输出的诊断电流通常为20ma，此时电阻两端的压差为0.04v，而继电器的驱动电压通常为5v、12v或24v。以12v为例，此时放大驱动电路需要对上述压差信号放大300倍以正常驱动继电器。
54.需要注意的是，若没有保险丝，则在模拟在触发点爆时，很难在例如6a、12v的情况下断开电池管理单元与电阻间的回路。这样，诊断模块会一直认为烟火式安全开关模拟器没有被点爆成功，所以就会一直进行触发点爆，与实际工况不一致。而真实的烟火式安全开关在第一次触发点爆之后，其低压控制部分和高压部分都会被断开。因此，采用保险丝能够避免电池管理单元对低压控制部分进行持续触发。
55.在本实施例中，保险丝可在电池管理单元发出触发信号时熔断，从而使模拟器的低压控制部分断开，准确模拟烟火式安全开关被点爆后的状态，不仅通过继电器使高压回
路断开，而且由于电阻的两端压差变为零，使得电池管理单元不会对低压控制部分进行持续触发。
56.可选地，如图3所示，所述电阻为功率电阻。
57.具体地，由于电池管理单元发出触发信号时，流经模拟器低压控制部分的电流较大，足以熔断保险丝，此时功率较大，为了保证电阻不被烧毁，选用功率电阻作为触发装置可以保证在此大功率情况下电阻的功能不受影响，进而更准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
58.在本实施例中，功率电阻可以在大电流、大功率下依然保持相应功能，以便更准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
59.优选地，电阻的阻值可调。一方面，可通过将电阻的阻值调节为真实的烟火式安全开关的低压控制部分的阻值，模拟其阻值正常的情况，对电池管理单元的触发功能进行验证；另一方面，可通过将电阻的阻值调节为大于或小于真实烟火式安全开关的低压控制部分的阻值，模拟其阻值异常的情况，对电池管理单元的故障识别功能进行验证。
60.本发明另一实施例的一种烟火式安全开关模拟器包括高压回路、电池管理单元以及如上所述的烟火式安全开关模拟器，所述烟火式安全开关模拟器接入所述高压回路，所述电池管理单元与所述烟火式安全开关模拟器连接。
61.具体地，在如图1所示的现有电池管理系统的基础上，将其中的烟火式安全开关替换为如上所述的模拟器即可。
62.可选地，该电池管理系统测试系统还包括模拟装置，所述模拟装置与所述电池管理单元连接，所述模拟装置用于生成汽车紧急故障信号。
63.具体地，由于主要应用场景是对相关控制软件进行测试，并不会真的发生汽车碰撞等，因此，需要模拟发生汽车碰撞的相关信号。该模拟装置可以是与电池管理单元特定端口连接的开关装置，也可以是电池管理单元内可自动生成上述信号的虚拟模块等。
64.本发明另一实施例的一种电池管理系统测试方法，基于如上所述的电池管理系统测试系统，该方法包括如下步骤：
65.当电池管理单元获取触发信号时，触发烟火式安全开关模拟器的触发装置，以使开关装置断开高压回路以及使保险装置断开。
66.具体地，当电池管理单元获取触发信号时，其触发该模拟器的触发装置，以使开关装置断开高压回路，便于电池管理单元做高压回路的诊断，并使保险装置断开，也就是断开电池管理单元与触发装置间的连接回路，以避免电池管理单元持续触发。从而可以准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态。
67.可选地，所述触发信号包括汽车紧急故障信号和/或高压电路中高压继电器粘连信号。
68.具体地，在通过上述模拟器对真实的烟火式安全开关进行模拟时，可模拟仅在接收到汽车紧急故障信号时，或者仅在接收到高压电路中高压继电器粘连信号时，或者同时接收到二者时，对模拟器进行触发，进而验证软件的相关功能。
69.在本实施例中，通过不同的触发信号可模拟不同的工况，进而准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态，保证软件功能验证的准确性和全面性。
70.可选地，该方法还包括如下步骤：
71.当所述电池管理单元获取的基于所述触发装置的采集信号超出预设范围时，生成告警信号。
72.具体地，当电池管理单元未获取触发信号时，烟火式安全开关模拟器的触发装置和保险装置应处于正常状态，此时开关装置保持闭合以导通高压回路。另外，触发装置可选用功率电阻，电池管理单元可通过功率电阻的阻值变化对其进行诊断，例如，阻值过大或者过小，则诊断其发生异常，进而生成包括告警信号的相应信号，并由电池控制单元做出相应的控制策略。
73.在本实施例中，不仅可实现对电池管理单元点爆功能的验证，还可实现对其诊断功能的验证，不但能准确模拟烟火式安全开关实际动作时的状态，并且能保证软件功能验证的准确性和全面性。
74.读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
75.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。