一种BMS测试平台用动力电池模拟系统的制作方法

本实用新型涉及动力电池领域，尤其涉及一种bms测试平台用动力电池模拟系统。

背景技术：

近些年，随着新能源汽车行业的快速发展，新能源汽车的安全性和可靠性越来越得到广泛的关注。调查发现，新能源汽车50%以上的安全事故来源于动力电池系统，而bms作为动力电池系统的“大脑”，负责监测并控制整个动力电池系统的实时状态，并且与整车控制器进行通讯，与其他系统协调工作，因此，bms产品质量的优劣对于电池系统的安全性具有极其重要的影响。

目前，对bms的测试通常采用实际的电池包或模组进行检测，其中具有诸多缺点有待改进。首先，bms通常是定制化产品，不同bms适用于不同类型的电池包；其次，电池包价格昂贵，测试成本较大；最后，随着电池包使用次数的增加，性能发生较大变化，测试结果的一致性受到影响。另外，bms的最小检测单元通常为电池模组，由于电池模组连接方式的多样性，串联、并联、串联和并联的混合连接方式等，现有的电池包或电池包很难满足各种测试需求，必须对电池包进行定制，这进一步增加了成本。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种通用性强、成本低、测试精确度高的bms测试平台用动力电池模拟系统。

本实用新型所述bms测试平台用动力电池模拟系统所采用的技术方案是：本实用新型包括n个含有正极端和负极端的单通道虚拟电池ch1、ch2、…、chn，

在第一单通道虚拟电池ch1的负极与第二单通道虚拟电池ch2的正极之间连接有第一主开关s1，在第二单通道虚拟电池ch2的负极与第三单通道虚拟电池ch3的正极之间连接有第二主开关s2，在第三单通道虚拟电池ch3的负极与第四单通道虚拟电池ch4的正极之间连接有第三主开关s3，依次类推地，直至在第n单通道虚拟电池chn的负极与第n+1单通道虚拟电池chn+1的正极之间连接有第n主开关sn；

在第一单通道虚拟电池ch1的正极与第二单通道虚拟电池ch2的正极之间连接有第一副开关ⅰs10,在第二单通道虚拟电池ch2的正极与第三单通道虚拟电池ch3的正极之间连接有第二副开关ⅰs20,在第三单通道虚拟电池ch3的正极与第四单通道虚拟电池ch4的正极之间连接有第三副开关ⅰs30,依次类推地，在第n单通道虚拟电池chn的正极与第n+1单通道虚拟电池chn+1的正极之间连接有第n副开关ⅰsn0；

在第一单通道虚拟电池ch1的负极与第二单通道虚拟电池ch2的负极之间连接有第一副开关ⅱs13,在第二单通道虚拟电池ch2的负极与第三单通道虚拟电池ch3的负极之间连接有第二副开关ⅱs23,在第三单通道虚拟电池ch3的负极与第四单通道虚拟电池ch4的负极之间连接有第三副开关ⅱs33,依次类推地，在第n单通道虚拟电池chn的负极与第n+1单通道虚拟电池chn+1的负极之间连接有第n副开关ⅱsn3；

在第一副开关ⅰs10与第二单通道虚拟电池ch2的正极之间连接有第一副开关ⅲs21，在第二副开关ⅰs20与第三单通道虚拟电池ch3的正极之间连接有第二副开关ⅲs31，在第三副开关ⅰs30与第四单通道虚拟电池ch4的正极之间连接有第三副开关ⅲs41，依次类推地，在第n副开关ⅰsn0与第n+1单通道虚拟电池chn+1的正极之间连接有第n副开关ⅲsn+11；

在第一单通道虚拟电池ch1的负极与第一副开关ⅱs13之间连接有第一副开关ⅳs12，在第二单通道虚拟电池ch2的负极与第二副开关ⅱs23之间连接有第二副开关ⅳs22，在第三单通道虚拟电池ch3的负极与第三副开关ⅱs33之间连接有第三副开关ⅳs32，依次类推地，在第n单通道虚拟电池chn的负极与第n副开关ⅱsn3之间连接有第n副开关ⅳsn2，其中n为自然数。

上述方案可见，采用单通道虚拟电池组建动力电池组模拟系统代替实际电池模块和电池包，节省了测试成本，与现有的采用电池模块和电池包相比，测试性能和测试精度不会受到测试次数和不同产品测试的影响，提高了测试精确度，并且对各种型号bms产品具有较好的普适性；相对于单通道模拟输出上限限制，通过主开关和多组副开关的设置，实现了多通道的串并联来实现电池单体模拟，可使电池单体的模拟范围更广，如单通道电压模拟输出能力为5v，通过两通道串联后模拟单电池的电压输出能力可提高到10v；相对于动力电池组的全通道并联或者全通道串联的单一控制方式，本实用新型通过主开关和多种副开关的结合可实现更为复杂的混联，使系统模拟方式更灵活，且适用性更强。

进一步地，第一单通道虚拟电池ch1至第n单通道虚拟电池chn均包括交流输入端、滤波整流部分、高频变压器、pwm控制器、光耦器、电压变阻器r11、r17和直流输出端，交流输入端输入交流电，经pwm控制器调制，再经滤波整流后在所述高频变压器t1的作用下降压，结合所述光耦器u2反馈隔离并在所述电压变阻器r11、r17的联合调节下进行2.5～18v的直流输出。由此可见，交流输入后经滤波整流、pwm调制、降压并经过电压变阻器的调节，经精密稳压电源芯片稳压后最终输出稳定的直流电压，实现电池组或电池包的模拟，避免了真实的昂贵的电池组和电池包的投入，降低了成本，也使得测试适用性更加广，也避免了实际电池组或电池包寿命问题对测试造成影响，保证了测试精度。

附图说明

图1是本实用新型系统的简易结构示意图；

图2是图1中在全串联模拟输出状态下的电路示意图；

图3是图1中在全并联模拟输出状态下的电路示意图；

图4是图1中在先串联再并联模拟输出状态下的电路示意图；

图5是图1中在先并联再串联模拟输出状态下的电路示意图；

图6是所述单通道虚拟电池的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型系统包括n个含有正极端和负极端的单通道虚拟电池ch1、ch2、…、chn，其中n为自然数，下同。在本实施例中，第一单通道虚拟电池ch1至第n单通道虚拟电池chn均包括交流输入端、滤波整流部分、高频变压器t1、pwm控制器、光耦器u2、电压变阻器r11、r17和直流输出端，交流输入端输入交流电，经滤波整流后再经pwm控制器调制，在所述高频变压器t1的作用下降压，结合所述光耦器u2反馈隔离并在所述电压变阻器r11、r17的联合调节下进行2.5～18v的直流输出。再本实施例中，经过电压变阻器后，再输入精密稳压电源芯片kia431做稳压处理后最终输出稳定的直流电压。

在第一单通道虚拟电池ch1的负极与第二单通道虚拟电池ch2的正极之间连接有第一主开关s1，在第二单通道虚拟电池ch2的负极与第三单通道虚拟电池ch3的正极之间连接有第二主开关s2，在第三单通道虚拟电池ch3的负极与第四单通道虚拟电池ch4的正极之间连接有第三主开关s3，依次类推地，直至在第n单通道虚拟电池chn的负极与第n+1单通道虚拟电池chn+1的正极之间连接有第n主开关sn。在第一单通道虚拟电池ch1的正极与第二单通道虚拟电池ch2的正极之间连接有第一副开关ⅰs10,在第二单通道虚拟电池ch2的正极与第三单通道虚拟电池ch3的正极之间连接有第二副开关ⅰs20,在第三单通道虚拟电池ch3的正极与第四单通道虚拟电池ch4的正极之间连接有第三副开关ⅰs30,依次类推地，在第n单通道虚拟电池chn的正极与第n+1单通道虚拟电池chn+1的正极之间连接有第n副开关ⅰsn0。在第一单通道虚拟电池ch1的负极与第二单通道虚拟电池ch2的负极之间连接有第一副开关ⅱs13,在第二单通道虚拟电池ch2的负极与第三单通道虚拟电池ch3的负极之间连接有第二副开关ⅱs23,在第三单通道虚拟电池ch3的负极与第四单通道虚拟电池ch4的负极之间连接有第三副开关ⅱs33,依次类推地，在第n单通道虚拟电池chn的负极与第n+1单通道虚拟电池chn+1的负极之间连接有第n副开关ⅱsn3。在第一副开关ⅰs10与第二单通道虚拟电池ch2的正极之间连接有第一副开关ⅲs21，在第二副开关ⅰs20与第三单通道虚拟电池ch3的正极之间连接有第二副开关ⅲs31，在第三副开关ⅰs30与第四单通道虚拟电池ch4的正极之间连接有第三副开关ⅲs41，依次类推地，在第n副开关ⅰsn0与第n+1单通道虚拟电池chn+1的正极之间连接有第n副开关ⅲsn+11。在第一单通道虚拟电池ch1的负极与第一副开关ⅱs13之间连接有第一副开关ⅳs12，在第二单通道虚拟电池ch2的负极与第二副开关ⅱs23之间连接有第二副开关ⅳs22，在第三单通道虚拟电池ch3的负极与第三副开关ⅱs33之间连接有第三副开关ⅳs32，依次类推地，在第n单通道虚拟电池chn的负极与第n副开关ⅱsn3之间连接有第n副开关ⅳsn2。

针对不同的需求，对主开关和各个副开关的控制过程如下：

当需要模拟电池内部的电池单体全串联模拟输出时，如图2所示，将第一主开关s1至第n主开关sn全部闭合，第一副开关ⅰs10至第n副开关ⅰsn0、第一副开关ⅱs13至第n副开关ⅱsn3、第一副开关ⅲs21至第n副开关ⅲsn+11以及第一副开关ⅳs12至第n副开关ⅳsn2均断开。此时，单通道虚拟电池ch1、ch2、…、chn均处于串联状态，串联数目上限由电池模拟系统的通道总数决定。并且当某一单通道虚拟电池chm+1故障时，可切断主开关sm，闭合副开关ⅳsm2、副开关ⅱsm3和副开关ⅳsm+12，其中m是取值于1与n之间的自然数。其他开关状态保持如图2，即可可剔除单通道虚拟电池chm+1故障通道，其他n-1个单通道虚拟电池处于全串联状态，使系统在单通道故障时不影响整体使用。当第一个单通道虚拟电池ch1出现故障时，则断开主开关s1，同时闭合副开关ⅰs10和副开关ⅲs21，即可将第一个单通道虚拟电池ch1剔除。

当需要模拟电池内部的电池单体全部并联模拟输出时，如图3所示，将第一主开关s1至第n主开关sn全部断开，第一副开关ⅰs10至第n副开关ⅰsn0、第一副开关ⅱs13至第n副开关ⅱsn3、第一副开关ⅲs21至第n副开关ⅲsn+11以及第一副开关ⅳs12至第n副开关ⅳsn2均闭合。并联数目上限由电池模拟系统通道总数决定。当某一单通道虚拟电池chm故障时，可切断位于其两端的副开关ⅲsm1和副开关ⅳsm2，其中m取值1～n。其他开关状态如图3所示，可剔除chm故障通道，其他n-1个虚拟电池通道处于全并联状态，使系统在单通道故障时不影响整体使用。

当需要模拟电池内部的电池单体若干路串联再整体并联模拟输出时，如图4所示，将第一副开关ⅰs10至第n副开关ⅰsn0以及第一副开关ⅱs13至第n副开关ⅱsn3全部闭合，需要串联的单通道虚拟电池之间的主开关闭合，位于串联后形成的单通道虚拟电池串联单元首端的正极端的副开关ⅲ以及位于该串联后形成的单通道虚拟电池串联单元最末端的负极端的副开关ⅳ均闭合。以先两路串联后再整体并联连接为例，在图1的电路示意图中，当n为奇数时，主开关s1、s3···sn全闭合，主开关s2、s4···sn-1全断开；副开关ⅰs10、s20、s30、···、sn0全闭合；副开关ⅲs21、s41、···、sn+11全断开，副开关ⅲs31、s51···sn1全闭合；副开关ⅳs12、s32、···、sn2全断开，副开关ⅳs22、s42、···、sn-12全闭合；副开关ⅱs13、s23、s33···sn3全闭合。在上述控制策略下，图1可简化成如图4所示的电路示意图，单通道虚拟电池ch1、ch2串联，ch3、ch4串联，···，chn-1、chn串联，然后串联单元之间处于并联连接状态。同理，在此基础上可实现多路串联后再整体并联输出。

当需要模拟电池内部的电池单体若干路并联再整体串联模拟输出时，如图5所示，并联部分的副开关ⅰ、副开关ⅱ、副开关ⅲ以及副开关ⅳ均闭合，并联部分与并联部分之间的主开关闭合。以先两路并联后再整体串联连接为例，在图1的电路示意图中，当n为奇数时，主开关s1、s3、···、sn全断开，主开关s2、s4、···、sn-1全闭合；副开关ⅰs10、s30、···、sn0全闭合，副开关ⅰs20、s40···sn-10全断开；副开关ⅲs21、s31、···、sn1全闭合，副开关ⅳs12、s22、···、sn2全闭合；副开关ⅱs13、s33、···、sn3全闭合，副开关ⅱs23、s43、···、sn-13全断开。在上述控制策略下，图1可简化成如图5所示的电路示意图，单通道虚拟电池ch1和ch2并联，ch3和ch4并联，···，chn和chn+1并联，然后并联单元之间处于串联连接状态。同理，在此基础上可实现多路并联后再整体串联输出。

当然，除了上述实施例外，还可以根据实际需求进行开关控制，如需要两路单通道虚拟电池串联后再与其它通道虚拟电池并联，或者某一单通道虚拟电池与其它并联的虚拟电池串接，等等。

由上可见，本实用新型与现有技术相比，本实用新型采用动力电池组模拟系统代替实际电池模块和电池包，具有较好的测试灵活性、测试结果重现性，提高了测试精确度，并且对各种型号bms产品具有较好的普适性。本实用新型申请的动力电池模拟系统可单通道模拟动力电池单体输出，并且通过控制策略可实现动力电池组模拟系统全通道串联、全通道并联、连续相邻多通道串联后再整体并联、连续多通道并联后再串联等控制方法，控制灵活，适应性更强。