基于模拟电池的电池系统教学平台的制作方法

1.本实用新型属于电池系统教学技术领域，涉及一种基于模拟电池的电池系统教学平台。


背景技术：

2.在全球新能源汽车高速发展的趋势下，我国的新能源汽车产量已经占据全球较大的比例，随着国内电动汽车保有量的增加，对新能源汽车运维的要求随之增大。电池系统是新能源汽车的核心部件，由于是新兴产业，并且电池系统较为复杂，且专业性强，我国对于电池系统的教学方面处于起步阶段，严重制约了电动汽车运维市场的发展。
3.目前国内的电池系统教学主要应用实物电池作为教学的主体，但采用实物电池，存在安全性差，运输、存放和维护困难等问题。实物电池抗滥用能力差；如果操作不当，会造成电池永久损坏以及对试验人员的人身伤害。实物电池无法模拟过充、过放和短路等电池的极端情况。实物电池特性随倍率发生改变，实验过程需配备昂贵的电池充放电设备，平台复杂，且投资大。实物电池在使用过程中存在老化现象，因此无法多次重复实验过程。实物电池在不同时间尺度表现出的电气特性，也需要耗费大量资源。
4.本实用新型所涉及的一种基于模拟电池的电池系统教学平台采用模拟电池，在全面模拟实物电池的外形与各种特性的情况下，与实物电池相比，其教学内容、安全性和成本等方面都具有较大的优势，解决了上述采用实物电池存在的不足，有较大的社会效益和经济效益。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：提供一种基于模拟电池的电池系统教学平台，能够完成电池系统原理教学、电池系统故障分析及处理教学、电池系统运行维护教学任务，且教学过程安全、全面、经济和可靠，具体技术方案如下：
6.一种基于模拟电池的电池系统教学平台，包括：若干模拟电池模组1、电池管理系统3、总正继电器4、总负继电器8、预充继电器5、预充电阻6、分流器9、电池电流模拟单元13、温度模拟单元14、电池总电压模拟单元16、故障设置单元15、维修开关2、测量面板12、供电单元10、输出端子7、台架19和上位机11；
7.所述若干模拟电池模组1、电池管理系统3、总正继电器4、总负继电器8、预充继电器5、预充电阻6、分流器9、电池电流模拟单元13、温度模拟单元14、电池总电压模拟单元16、故障设置单元15、维修开关2、测量面板12、供电单元10、输出端子7和上位机11均固定于台架19上；
8.所述模拟电池模组1与分流器9的一端连接，所述分流器9的另一端与总负继电器8的一端连接，所述总负继电器8的另一端与输出端子7的一端连接，所述输出端子7的另一端与预充电阻6的一端、总正继电器4的一端均连接，所述预充电阻6的另一端与预充继电器5的一端连接，所述预充继电器5的另一端与总正继电器4的另一端连接，所述总正继电器4的
另一端与模拟电池组1的另一端连接；
9.所述模拟电池模组1、分流器9、总负继电器8、输出端子7、预充电阻6、总正继电器4、预充继电器5及其连接构成主回路；
10.所述若干模拟电池模组1与上位机11连接；所述上位机11与电池管理系统3连接，所述若干模拟电池模组1与电池管理系统3连接；
11.所述上位机11与电池电流模拟单元13连接；所述上位机11与温度模拟单元14连接；所述上位机11与故障设置单元15连接；所述上位机11与电池总电压模拟单元16连接；
12.所述电池管理系统3与电池电流模拟单元13、温度模拟单元14均连接；
13.所述电池管理系统3与总正继电器4、总负继电器8、预充继电器5、预充电阻6、分流器9均连接；
14.所述若干模拟电池模组1与维修开关2连接；
15.所述测量面板12与若干模拟电池模组1、总正继电器4、总负继电器8、预充继电器5、电池管理系统3均连接；
16.所述供电单元10与若干模拟电池模组1、电池管理系统3、电池电流模拟单元13、温度模拟单元14、电池总电压模拟单元16、故障设置单元15均连接；
17.所述模拟电池模组1包括：若干个模拟电池；
18.所述上位机11用于：
19.①
向模拟电池模组1发送模拟电池单体目标电压指令，实现所述电池系统的各电压参数模拟，并从模拟电池模组1获得模拟电池单体的实际参数数据；
20.②
获取电池管理系统3所采集的模拟电池模组1的模拟电池单体电压、模拟电池模组1的总电压和模拟电池模组1的温度等参数，并通过电池管理系统3发送各继电器的控制指令，实现各继电器的控制功能；
21.所述各继电器包括：总正继电器4、总负继电器8和预充继电器5；
22.③
向电池电流模拟单元13发送模拟电流设置指令；
23.④
向温度模拟单元14发送模拟温度设置指令；
24.⑤
向故障设置单元15发送故障设置指令和故障恢复指令；
25.⑥
向电池总电压模拟单元16发送模拟电池总电压设置指令；
26.⑦
根据用户需求，由实物电池在各工况下实测的数据，建立模拟电池单体数学模型，并生成数据阵列，下传到模拟电池模组1，实现模拟实物电池在各工况下的特性参数；
27.所述电池管理系统3用于：
28.①
采集并监视模拟电池模组1的模拟电池单体电压、模拟电池模组1的总电压、模拟电池模组1的温度和模拟电池模组1的荷电状态等参数；
29.②
为模拟电池模组1提供通信、安全、电芯均衡及管理控制；
30.③
与上位机11进行通信；
31.④
通过分流器9采集主回路中的电流信号，并进行模拟主回路中的电流信号；
32.所述模拟电池模组1用于：
33.①
接收上位机11发送的模拟电池单体目标电压指令和模拟电池单体目标电压校准指令；
34.②
向上位机11发送所有模拟电池单体的当前状态数据；
35.③
模拟实体电池模组的输出电压；
36.所述输出端子7用于：外接负载、电容或测量总电压；
37.所述总正继电器4用于：控制模拟电池模组1的正极端和输出端子7的连接状态；
38.所述总负继电器8用于：控制模拟电池模组1的负极端和输出端子7的连接状态；
39.所述预充电阻6用于：对输出端子7处的电容进行缓慢充电；
40.所述预充继电器5用于：控制预充电阻6在主回路中的连接状态；
41.所述分流器9用于：采集主回路中的电流信号，并传输至电池管理系统3；
42.所述电池电流模拟单元13用于：向电池管理系统3输送模拟电流采集信号，实现模拟各工况下的所述电池系统的工作电流；
43.所述温度模拟单元14用于：向电池管理系统3输送模拟温度信号，实现模拟各工况下的所述电池系统的温度数据；
44.所述电池总电压模拟单元16用于：模拟所述电池系统输出的高电压；
45.所述故障设置单元15用于：设置所述电池系统在实际工作中出现的所有硬件故障；
46.所述硬件故障包括：线路故障、绝缘故障、继电器故障和高压互锁故障等；
47.所述维修开关2用于：为了保护在高压环境下维修电动汽车的技术人员安全或应变某些突发的事件，可以快速分离主电路的连接，使维修等工作处于一种较为的安全状态；
48.在所述测量面板12上设有若干测量端子；
49.所述测量面板12用于：将模拟电池模组1的模拟电池的单体电压信号、各继电器的控制电压信号各自引出到单独的测量端子，方便测量操作及调试；
50.所述供电单元10用于：为模拟电池模组1、电池管理系统3、电池电流模拟单元13、温度模拟单元14、电池总电压模拟单元16和故障设置单元15提供电源。
51.在上述技术方案的基础上，所述模拟电池模组1与分流器9的一端通过高压线束17连接，所述分流器9的另一端与总负继电器8的一端通过高压线束17连接，所述总负继电器8的另一端与输出端子7的一端通过高压线束17连接，所述输出端子7的另一端与预充电阻6的一端、总正继电器4的一端均通过高压线束17连接，所述预充电阻6的另一端与预充继电器5的一端通过高压线束17连接，所述预充继电器5的另一端与总正继电器4的另一端通过高压线束17连接，所述总正继电器4的另一端与模拟电池组1的另一端通过高压线束17连接；
52.所述若干模拟电池模组1与上位机11通过can总线连接；所述上位机11与电池管理系统3通过can总线连接；所述上位机11与电池电流模拟单元13通过can总线连接；所述上位机11与温度模拟单元14通过can总线连接；所述上位机11与故障设置单元15通过can总线或485总线连接；所述上位机11与电池总电压模拟单元16通过can总线连接；
53.在所述若干模拟电池模组1上均设有采集接口，所述电池管理系统3通过采集线束18与若干模拟电池模组1上的采集接口连接；
54.所述电池管理系统3与总正继电器4、总负继电器8、预充继电器5、预充电阻6、分流器9均通过采集线束18连接；
55.所述若干模拟电池模组1与维修开关2通过高压线束17连接。
56.在上述技术方案的基础上，所述模拟电池模组1由所述若干个模拟电池串联组成，
所述模拟电池模组1封装成目前市场上实体电池模组的外观形式。
57.在上述技术方案的基础上，所述模拟电池包括：高精度可控电压源、控制器和电池外壳；
58.所述可控电压源与控制器均安装于电池外壳内；
59.所述可控电压源与控制器连接；
60.所述可控电压源用于：模拟输出电压；
61.所述控制器用于：控制可控电压源的输出电压，并与上位机11进行通讯；
62.所述模拟电池封装成目前市场上实体电池的外观形式。
63.在上述技术方案的基础上，所述电池管理系统3采用电动汽车上实际采用的产品，所述电池管理系统3采用主从一体的形式或一主多从的形式；
64.所述总正继电器4、总负继电器8、预充继电器5、预充电阻6和分流器9均采用电动汽车上实际采用的产品；
65.所述电池总电压模拟单元16为：高压可控电源；
66.所述维修开关2采用电动汽车上实际采用的产品。
67.在上述技术方案的基础上，所述温度模拟单元14采用方式一或方式二实现；
68.所述方式一为：所述温度模拟单元14为：温度传感器；
69.所述温度传感器采用高精度电阻阵列模拟温度传感器；
70.在所述电池管理系统3上设有的温度检测端子上连接相应温度的阻值的高精度电阻阵列；
71.所述方式二为：通过模拟电池管理系统3的通讯协议，由温度模拟单元14向电池管理系统3发送相应温度数据，告知电池管理系统3相应的温度值。
72.在上述技术方案的基础上，所述线路故障包括：在电池管理系统3与模拟电池模组1之间设置通断故障，在电池管理系统3与总正继电器3之间设置通断故障，在电池管理系统3与预充继电器5之间设置通断故障，以及在电池管理系统3与总负继电器8之间设置通断故障。
73.在上述技术方案的基础上，所述测量面板12将模拟电池模组1的模拟电池的单体电压信号、内部总正信号、外部总正信号、总正继电器4的控制电压信号、总负继电器8的控制电压信号、预充继电器5的控制电压信号和高压互锁信号等引出到测量面板12的测量端子，方便测量操作及调试；
74.所述内部总正信号由总正继电器4的输入端引出；
75.所述外部总正信号由总正继电器4的输出端引出；
76.所述高压互锁信号由电池管理系统3的响应端子引出。
77.一种电池系统教学平台实现方法，包括以下步骤：
78.步骤s01、根据用户需求，由实物电池在各工况下实测的数据，在上位机11中建立模拟电池单体数学模型，并生成数据阵列；
79.步骤s02、用户在上位机11的监控界面设置电池的工况特性参数和故障状态；
80.步骤s03、上位机11向模拟电池模组1发送模拟电池单体目标电压指令；
81.步骤s04、根据用户需求，上位机11向电池电流模拟单元13发送模拟电流设置指令；
82.步骤s05、根据用户需求，上位机11向温度模拟单元14发送模拟温度设置指令；
83.步骤s06、根据用户需求，上位机11向电池总电压模拟单元16发送模拟电池总电压设置指令；
84.步骤s07、上位机11获取电池管理系统3所采集的模拟电池模组1的模拟电池单体电压、模拟电池模组1的总电压和模拟电池模组1的温度等参数(即从电池管理系统3读取电池系统状态信息)；
85.步骤s08、根据用户需求，上位机11建立故障模型，并生成故障代码组；
86.步骤s09、上位机向故障设置单元15发送故障设定代码。
87.本实用新型的有益技术效果如下：
88.本实用新型提供的一种基于模拟电池的电池系统教学平台，能够完成电池系统原理教学、电池系统故障分析及处理教学、电池系统运行维护教学任务，且教学过程安全、全面、经济和可靠。
附图说明
89.本实用新型有如下附图：
90.图1示出了本实用新型实施例提供的电池系统教学平台的结构示意框图。
91.图2示出了本实用新型实施例提供的电池系统教学平台实现方法的流程示意图。
92.附图标记：
93.1、模拟电池模组；2、维修开关；3、电池管理系统；4、总正继电器；5、预充继电器；6、预充电阻；7、输出端子；8、总负继电器；9、分流器；10、供电单元；11、上位机；12、测量面板；13、电池电流模拟单元；14、温度模拟单元；15、故障设置单元；16、电池总电压模拟单元；17、高压线束；18、采集线束；19、台架。
具体实施方式
94.以下公开为实施本技术的技术方案提供了许多不同的实施方式或实例。下面描述的部件或者布置的具体实施例详细说明本实用新型。当然，这些实例并不旨在限制本实用新型。
95.本说明书通篇中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。由此，在说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都指同一实施例。此外，根据本实用新型公开的内容，对本领域技术人员而言显而易见的是，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
96.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚和完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
97.本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
98.图1示出了本实用新型实施例提供的电池系统教学平台的结构示意框图，其中粗黑线连接代表主回路，细黑线连接代表控制和采样线路。如图1所示，所述基于模拟电池的
电池系统教学平台包括：模拟电池模组1、电池管理系统3、总正继电器4、总负继电器8、预充继电器5、预充电阻6、分流器9、电池电流模拟单元13、温度模拟单元14、电池总电压模拟单元16、故障设置单元15、维修开关2、高压线束17、采集线束18、测量面板12、供电单元10、输出端子7、台架19和上位机11。
99.本实施例中，上位机11通过can总线与模拟电池模组1相连，向模拟电池模组1发送模拟电池单体目标电压设定数据，并从模拟电池模组1获得模拟电池单体的实际参数数据。
100.本实施例中，上位机11通过can总线与电池管理系统3相连，获取电池管理系统3检测的数据(包括：模拟电池模组1的模拟电池单体电压、模拟电池模组1的总电压和模拟电池模组1的温度等参数)，并向电池管理系统3发送各继电器(包括：总正继电器4、总负继电器8和预充继电器5)的控制指令，实现各继电器的控制功能。
101.本实施例中，电池管理系统3通过采集线束18与模拟电池模组1的采集接口相连，检测模拟电池模组1各模拟电池单体电压数据以及模拟电池模组1的温度等数据。
102.上位机11通过can总线与电池电流模拟单元13相连，向电池电流模拟单元13发送模拟电流设置指令。
103.上位机11通过can总线与温度模拟单元14相连，向温度模拟单元14发送模拟温度设置指令。
104.上位机11通过can总线与电池总电压模拟单元16相连，向电池总电压模拟单元16发送模拟电池总电压设置指令。
105.上位机11通过485总线与故障设置单元15相连，向故障设置单元15发送故障设置指令，由故障设置单元15根据故障设置指令设置所述电池系统的硬件故障或根据故障恢复指令恢复故障。
106.图2示出了本实用新型实施例提供的电池系统教学平台实现方法的流程示意图，如图2所示，电池系统教学平台实现方法，包括以下步骤：
107.步骤s01、根据用户需求，由实物电池在各工况下实测的数据，在上位机11中建立模拟电池单体数学模型，并生成数据阵列；
108.步骤s02、用户在上位机11的监控界面设置电池的工况特性参数和故障状态；
109.步骤s03、上位机11向模拟电池模组1发送模拟电池单体目标电压指令；
110.步骤s04、根据用户需求，上位机11向电池电流模拟单元13发送模拟电流设置指令；
111.步骤s05、根据用户需求，上位机11向温度模拟单元14发送模拟温度设置指令；
112.步骤s06、根据用户需求，上位机11向电池总电压模拟单元16发送模拟电池总电压设置指令；
113.步骤s07、上位机11获取电池管理系统3所采集的模拟电池模组1的模拟电池单体电压、模拟电池模组1的总电压和模拟电池模组1的温度等参数(即从电池管理系统3读取电池系统状态信息)；
114.步骤s08、根据用户需求，上位机11建立故障模型，并生成故障代码组；
115.步骤s09、上位机向故障设置单元15发送故障设定代码。
116.本实用新型提供的一种基于模拟电池的电池系统教学平台，能够完成电池系统原理教学、电池系统故障分析及处理教学、电池系统运行维护教学任务，且教学过程安全、全
面、经济和可靠。
117.上述实施例只是本实用新型的举例，尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例和附图所公开的内容。
118.本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。