CN106569053B - 一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法。一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，包括控制计算机、至少一个温度模拟器和至少一个单体电池输出电压模拟器。一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟方法包括1功能选择；2初始化功能选择；3输入输出模拟数据；4保存数据；5向模拟器发送模拟数据；6接收和存储模拟数据；7重复步骤5～6直至所有模拟器的数据均被正确设置；8配置模拟器；9发出将要进行的模拟过程；10接收模拟命令后将模拟器设置为对应状态；11模拟使能；12监测电池当前状态；13模拟器定时更新模拟器输出；14模拟器定时更新模拟器输出；15模拟器定时更新模拟器输出；16模拟器停止更新输出值。

Description

一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法

技术领域

本发明属于车载电池外特性模拟技术领域，具体涉及一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法。

背景技术

纯电动汽车是完全由可充电电池(例如，锂离子电池)提供动力源的汽车。由于单个电池的能量和端电压限制，为了能给纯电动汽车提供足够的动力，首先并联多个电池满足电流需求而构成一节单体电池，然后串联多节单体电池构成电池组，最后串联若干电池组构成了满足电压需求的车载电池。但是这种电池及其组合使用方式存在以下缺陷：

(1)受制造过程中各种复杂因素影响，各个电池性能不可能完全一致，导致电池组的充放电过程容易造成单体电池之间电压与剩余容量的差异；

(2)所有电池都有正常工作电压窗口，过度充放电将超出电池正常工作窗口将极大地缩短电池寿命，严重时甚至造成电池损坏；

(3)所有电池都有正常工作温度范围要求，电池长期处于高温环境中会产生爆炸隐患，而低温环境中电池容量将明显下降。

为了弥补上述缺陷可能引发的纯电动汽车安全问题和使用成本问题，需要对纯电动汽车车载电池进行有效控制和管理，担负这一任务的系统称为电池管理系统。电池管理系统具有实时监控车载电池状态、优化使用车载电池能量、延长车载电池寿命和保证车载电池安全使用等重要作用；对整车的安全运行、整车控制策略的选择、充电模式的选择以及运营成本都要很大影响；无论在车辆行驶(放电)过程中还是在充电过程中都要可靠地完成车载电池状态的实时监控和故障诊断；并通过CAN总线与整车控制器和充电机交互，以便采用更加合理的控制策略，达到有效且高效使用车载电池的目的。

纯电动汽车的车载电池通常包括成百上千单个电池，为了有效实施对数量众多的电池进行有效控制与管理，电池管理系统采用集散式系统结构，具体结构如图1所示。每套电池管理系统有一个控制单元和多个测量单元组成；每个测量单元可连接一个由多节单体电池串联组成电池组并对这个电池组实施监控和电池组各个单体电池间的电量均衡；每个测量单元包括多个模拟量输入、数字量输入和数字量输出引脚，可连接多个温度传感器和温度控制部件有效实现对电池管理系统的热管理；各个测量单元多采用菊链式连接，各个测量单元连接的电池组串联组成车载电池；测量单元1还连接分流器和电流检测单元，测量电池组的充放电电流。

对故障电池管理系统的测试中需要用到电池，但是不易采用真实电池。原因如下：

(1)在测试过程中采用真实电池易引发安全性问题。例如，电池管理系统由于存在故障可能无法正常工作而造成电池过度放电或过度充电；又例如，电池管理系统由于存在故障而失效或进入到一个意想不到的状态，这可能会从电池吸收过多的电流而导致引发火灾、爆炸和化学品泄漏等事故。

(2)在测试过程中采用真实电池易引起测试结果不一致、测试时间长和测试费用高。故障检测过程可能需要电池处于不同的荷电状态，真实电池需要进行重复的充放电过程才能达到，又由于电池存在自放电，荷电状态很难较长时间保持一致，测试时间长且测试结果重复性差；真实电池存在老化问题，需要经常更换，测试费用高。

为了避免上述问题发生，应使用电池组模拟器暨车载电池外特性的模拟系统。模拟系统模拟了车载电池电压、电流和表面温度的外特性。模拟系统不存在过压和过流问题，可在测试出现问题时中断测试；模拟系统不存在电池的老化问题，也不存在电池的自放电现象，容易确定荷电状态并得到一致和重复的测试结果；同时，还可以缩短测试时间，降低测试费用。模拟系统的作用是在电池管理系统测试过程中充当测试电池组，专为电池管理系统测试而设计的模拟系统，应具备以下主要功能：

(1)能够模拟车载电池的充电、均衡和放电特性；

(2)能够模拟车载单体电池的电压输出变化特性；

(3)能够模拟车载电池的充电电流和放电电流变化特性；

(4)能够模拟车载电池在不同工况下的温度变化特性；

(5)能够模拟车载电池过欠压、过流和温度异常等故障；

(6)能够模拟车载电池与电池管理系统中测量单元的连接。

电动汽车电池模拟器目前大约分为两类。一类是为电动汽车整车和部件(例如，整车控制器、电机控制器、充电机、显示仪表等)的研发、生产、测试等环节提供类似于车载电池供给的电能。其中代表性的产品包括：

(1)合肥科威尔电源系统公司的EVS系列电池模拟器，它是一个具有高精度、高动态特性且可双向运行的直流电源，同时电源可以模拟电池充放电特性，可应用于电动汽车电机、控制器、充电机等的测试。

(2)深圳市伊力科电源有限公司的Econic电池模拟电源(电池模拟器)是一款大功率电力电子装置，它可以精确、高效实施各种电池类型、电压等级以及功率等级的电池特性双向模拟任务。可应用于电动汽车研发、生产和测试。

(3)山东沃森电源设备有限公司的EVWS系列模拟器采用四象限PWM整流技术、双向DC/DC技术和纯数字控制技术，具备输出稳定精度高、瞬态响应迅速、能量双向流动等特点，可模拟动力电池充放电等动态特性。是转为新能源汽车电机控制器、驱动电机、整车测试、试验而开发的。

另一类则专用于电动汽车电池管理系统测试环节提供类似于车载电池外特性的装置，其中代表性的方法和装置包括：

(1)ETAS公式与其合作伙伴Comemso Gmbh共同开发了一种高精度电池单体模拟器(BCS，Battery Cell Simulator)可以对电池管理系统进行全面功能测试。利用该模拟器可以在不到1ms的时间内实现在0V和0.85V～8V的范围内调整电池电压，精度达到每个电池单体±500uV；该模拟器的额定电流为3A，每个电池都有电子负载，可用于主动和被动平衡；负载可吸收0A～2A电流，精度为250uA；每个电池都有模拟短路、电缆短路和反极性的故障模拟；该模拟器的输出包括一个高精度电流测量系统，可实现±2uA的精度，分辨率为180nA；该模拟器还包括一个温度传感器模拟器，可以模拟电池区域的温度；可应用于多达200节单体电池的模拟。

(2)奇瑞汽车股份有限公司申请的发明专利“一种汽车动力电池的模拟方法和装置”(申请号：201110214894.0)可用于整车控制器、电池管理系统、以及电机控制器的试验验证以及设计改进。一种汽车动力电池的模拟方法包括：由计算机发出电压、电流、电池温度等模拟指令，由动力电池模拟器输出相应的单体电压、总电压、电流、电池温度。一种汽车动力电池的模拟装置包括：动力电池模拟器、计算机以及运行于计算机之上的软件、CAN通信接口。动力电池模拟器包括温度子板、电压子板、电流子板、微控制器(MCU)，MCU用于控制温度子板的温度输出，电压子板的电压输出以及电流子板的电流输出，同时协调各子板之间的工作以及接收由CAN通信接口来的命令消息并做出相应的动作；计算机软件包括读取固定格式的整车工况数据以及手工编辑的数据；CAN通信接口用于动力电池模拟器与计算机之间的通讯。

(3)北京群菱能源科技有限公司开发的电池管理系统测试平台，其核心部分是一个高精度单体电池模拟器，它包括三个12通道高精度电压模拟模块、高精度恒流源和高精度高压恒压源，可以模拟六十节电池串联的电池组电压，每节电池的电压可以在0V～5V内调整，电压的分辨率为0.1mV可以用于测试BMS电池管理系统电压检测精度和对于电池电压高和低的反应，电源的每个通道可以吸收和提供0A～5A的电流，可以用于检测电池管理系统的电池均衡功能。

但是上述技术均存在以下缺点：

(1)缺少完备的模拟数据编辑能力

由于电池组在“充电”、“放电”和“均衡”过程表现出的外特性是不同的，也即不同的过程电池呈现出的电流、电压和温度变化也是不同的。为了完整模拟电池组在不同过程表现出的不同外特性，电池组模拟器应能分别对不同状态编辑不同状态曲线。现有产品中未见有对模拟数据编辑方面的说明。

(2)不能识别电池的“均衡”状态

现有产品中未见有电池模拟器技术和产品对模拟前端集成电路均衡控制信号的实时监测功能，也就无法自动模拟电池组均衡的过程。而均衡功能是模拟前端集成电路的两个基本功能之一，另一个功能是对电池组状态监控和电池保护。

(3)不能模拟电池均衡过程

现有产品中通常宣传单体电池模拟器可以吸收和输出数个安培的电流而可以用于检测电池管理系统的电池均衡功能，但是，由于产品没有对模拟前端集成电路均衡控制信号的监测功能，仍然不能自动模拟电池均衡过程。而且均衡的前提是失衡，现有产品中未见有类似的宣传说明。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一个目的为公开一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统。本发明的第二个目的在于公开一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟方法。本发明提供的方法涵盖了电池组在充放电和均衡过程所呈现出的外特性(包括电流、电压和温度特性)，解决了纯电动汽车电池管理系统测试中缺少功能完备且自动化程度高的电池组模拟器的技术问题。

技术方案：一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，包括控制计算机、至少一个温度模拟器和至少一个单体电池输出电压模拟器，

所述控制计算机包括含有网络接口和三个USB接口的通用计算机、一个USB/DO转换器和一个USB/SPI接口转换器，所述USB/SPI接口转换器、所述USB/DO转换器与所述通用计算机通过USB接口相连，

所述温度模拟器与所述控制计算机通过网络接口通信互连，所述USB/DO转换器的输出端与所述温度模拟器的输入端相连，所述温度模拟器用于模拟温度传感器测量单体电池表面温度时温度传感器的输出值，并以温度传感器输出值来表征温度传感器放置处的温度；

所述单体电池输出电压模拟器与所述控制计算机通过网络接口通信互连，所述USB/DO转换器的输出端与所述单体电池输出电压模拟器的输入端相连，所述单体电池输出电压模拟器用于模拟单体电池的输出电压。

进一步地，还包括一个分流电阻输出电压模拟器，所述分流电阻输出电压模拟器与所述控制计算机通过网络接口通信互连，所述USB/DO转换器的输出端与所述分流电阻输出电压模拟器的输入端相连，所述分流电阻输出电压模拟器用于模拟上述分流电阻两端的输出电压。

进一步地，所述温度模拟器、所述单体电池输出电压模拟器、所述分流电阻输出电压模拟器结构相同。

进一步地，所述温度模拟器包括：

单片计算机；

均衡状态检测电路，其输出端与所述单片计算机的模数输入端相连；

数字电位计，其SPI接口与所述单片计算机的SPI接口相连，

数字电位计A端选择电路，其多路选择控制电路S与所述单片计算机的输出端相连，所述数字电位计A端选择电路与所述数字电位计相连，选择连接正电压V+、空N、空N三路之一，

数字电位计B端选择电路，其多路选择控制电路S与所述单片计算机的输出端相连，所述数字电位计B端选择电路与所述数字电位计相连，选择连接负电压V-、空N、地G三路之一；

输出选择电路，其多路选择控制电路S与所述单片计算机的输出端相连，所述输出选择电路分别与所述数字电位计、所述均衡状态检测电路、数字输入输出调理电路相连；

数字输入输出调理电路，分别与所述单片计算机、所述输出选择电路通信互连，

参考电源模块，其输出端分别与所述数字电位计A端选择电路、所述数字电位计B端选择电路相连；

网络接口，与所述单片计算机相连，

网络地址设置装置，与所述单片计算机相连，

单体电池输出电压模拟器指示灯L1，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

分流电阻两端电压模拟器指示灯L2，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

温度传感器输出模拟器指示灯L3，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

数字输入模拟器指示灯L4，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

数字输出模拟器指示灯L5，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

当前数字输入/数字输出状态指示灯L6，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

充电和均衡状态指示灯L7，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

放电状态指示灯L8，其输入端与所述单片计算机的输出端相连。

进一步地，均衡状态检测电路的输出端与单片计算机的模数输入端相连，

所述均衡状态检测电路包括电流采样电阻R_B和均衡电流检测电路，所述电流采样电阻R_B与均衡电流检测电路相连。

进一步地，所述均衡电流检测电路包括二个输入匹配电阻R_IN、电流检测集成电路LT6102和输出电阻R_O，所述输入匹配电阻R_IN和输出电阻R_O与电流检测集成电路LT6102相连。

一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟方法，采用上述纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，包括以下步骤：

步骤1：功能选择

若为初始化功能，则转入步骤2；若为模拟使能功能，则转入步骤11；若为模拟禁止功能，则转入步骤16；

步骤2：初始化功能选择

若为模拟器规划功能，则转入步骤3；若为配置模拟器功能，则转入步骤5；若为设置模拟命令功能，则转入步骤9；

步骤3：控制计算机根据测试需要为纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统中的每个模拟器定义该模拟器的模拟功能；并根据定义的功能，或编辑各个单体电池在充电、均衡和放电状态下的输出电压模拟数据、或分流电阻两端电压在充电和放电状态下的电压模拟数据、或温度传感器输出在充电和放电状态下的输出模拟数据、或数字输入/数字输出端口在充电和放电状态下的输入输出模拟数据，然后进入步骤4；

步骤4：保存编辑的数据，并转入步骤1；

步骤5：控制计算机通过网络接口向一个模拟器发送功能设置命令、充电状态下的模拟数据、均衡状态下的模拟数据和放电状态下的模拟数据，进入步骤6；

步骤6：模拟器中的单片计算机接收控制计算机发来的功能设置命令后，将模拟器设置为单体电池输出电压模拟器或分流电阻输出电压模拟器或温度模拟器，并接收和存储控制计算机发来的模拟数据，然后进入步骤7；

步骤7：重复步骤5～步骤6，直至模拟系统中所有模拟器的功能和模拟数据均被正确设置，进入步骤8；

步骤8：控制计算机通过USB/SPI接口转换器与电池管理系统的测量单元1的SPI-A接口相连、纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统连接一个待测试的测量单元，配置模拟器过程结束，转入步骤1；

步骤9：控制计算机向纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统中的所有模拟器发出将要进行的模拟过程，即通过网络接口向所有模拟器发送模拟充电命令或模拟放电命令，然后进入步骤10；

步骤10：单片计算机接收控制计算机发来的模拟命令后，将模拟器设置为对应的充电状态或放电状态，转入步骤1；

步骤11：模拟使能

若为模拟充电过程，则转入步骤12，若为模拟放电过程，则转入步骤15；

步骤12：监测电池当前状态是否进入均衡状态，若电池当前状态为均衡状态，则转入步骤13，反之，转入步骤14；

步骤13：所有模拟器依据所存储的均衡状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤14：所有模拟器依据所存储的充电状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤15：所有模拟器依据所存储的放电状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤16：所有模拟器停止更新输出值，转入步骤1。

有益效果：本发明公开的一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法具有以下有益效果：

1、强大的电池组模拟数据编辑功能

编辑的对象是模拟数据文件，一个模拟数据文件包括N个单体电池输出电压模拟器的“充电时输出电压模拟数据”、“均衡时输出电压模拟数据”和“放电时输出电压模拟数据”；“充电时分流电阻两端电压模拟数据”和“放电时分流电阻两端电压模拟数据”；M个温度传感器输出的“充电时温度传感器输出模拟数据”和“放电时温度传感器输出模拟数据”；

2、支持模拟电池组充电失衡现象和再均衡过程

通过赋给各个单体电池输出电压模拟器不同的充电时输出电压模拟数据可以模拟充电结束时的电池组单体电池间的失衡现象；各个单体电池输出电压模拟器通过实时监测电池管理系统测量单元实施的电池电量均衡而自动转入模拟电池组单体电池间的均衡过程；

3、配置灵活、适用性强

本发明提供的模拟系统可以匹配多种类型的模拟前端集成电路，电池组中单体电池的数量可以按需配置；电流模拟器可以匹配分流电阻加电流检测电路，也可以匹配霍尔效应电流传感器；温度传感器可以匹配不同类型的热敏电阻，也可以匹配电压输出型温度传感器，且温度传感器数量可以按需配置。

附图说明

图1为用于纯电动汽车的电池及其管理系统的结构示意图；

图2为本发明公开的一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统的结构示意图；

图3为本发明公开的温度模拟器的结构示意图；

图4为本发明公开的均衡状态监测和被动均衡电路示意图；

图5为均衡状态检测电路的电路图；

图6为本发明公开的一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟方法的流程图,

其中：

100-温度模拟器 110-单片计算机

120-均衡状态检测电路 130-数字电位计

131-数字电位计A端选择电路

132-数字电位计B端选择电路

133-输出选择电路

134-数字输入输出调理电路

140-参考电源模块 150-网络接口

151-网络地址设置装置

160-单体电池输出电压模拟器指示灯L1

161-分流电阻两端电压模拟器指示灯L2

162-温度传感器输出模拟器指示灯L3

163-数字输入模拟器指示灯L4

164-数字输出模拟器指示灯L5

165-当前数字输入/数字输出状态指示灯L6

166-充电和均衡状态指示灯L7

167-放电状态指示灯L8

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

如图2所示，一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，包括控制计算机、至少一个温度模拟器和至少一个单体电池输出电压模拟器，

控制计算机包括含有网络接口和三个USB接口的通用计算机、一个USB/DO转换器和一个USB/SPI接口转换器，USB/SPI接口转换器、USB/DO转换器与通用计算机通过USB接口相连，

温度模拟器与控制计算机通过网络接口通信互连，USB/DO转换器的输出端与温度模拟器的输入端相连，温度模拟器用于模拟温度传感器测量单体电池表面温度时温度传感器的输出值，并以温度传感器输出值来表征温度传感器放置处的温度；

单体电池输出电压模拟器与控制计算机通过网络接口通信互连，USB/DO转换器的输出端与单体电池输出电压模拟器的输入端相连，单体电池输出电压模拟器用于模拟单体电池的输出电压。

进一步地，还包括一个分流电阻输出电压模拟器，分流电阻输出电压模拟器与控制计算机通过网络接口通信互连，USB/DO转换器的输出端与分流电阻输出电压模拟器的输入端相连，分流电阻输出电压模拟器用于模拟上述分流电阻两端的输出电压。

进一步地，温度模拟器、单体电池输出电压模拟器、分流电阻输出电压模拟器结构相同。

进一步地，如图3所示，温度模拟器100包括：

单片计算机110；

均衡状态检测电路120，其输出端与单片计算机110的模数输入端相连；

数字电位计130，其SPI接口与单片计算机110的SPI接口相连，

数字电位计A端选择电路131，其多路选择控制电路S与单片计算机110的输出端相连，数字电位计A端选择电路131与数字电位计130相连，选择连接正电压V+、空N、空N三路之一，

数字电位计B端选择电路132，其多路选择控制电路S与单片计算机110的输出端相连，数字电位计B端选择电路132与数字电位计130相连，选择连接负电压V-、空N、地G三路之一；

输出选择电路133，其多路选择控制电路S与单片计算机110的输出端相连，输出选择电路133分别与数字电位计130、均衡状态检测电路120、数字输入输出调理电路134相连；

数字输入输出调理电路134，分别与单片计算机110、输出选择电路133通信互连，

参考电源模块140，其输出端分别与数字电位计A端选择电路131、数字电位计B端选择电路132相连；

网络接口150，与单片计算机110相连，

网络地址设置装置151，与单片计算机110相连，

单体电池输出电压模拟器指示灯L1(图3中标号为160)，其输入端与单片计算机110的输出端相连，

分流电阻两端电压模拟器指示灯L2(图3中标号为161)，其输入端与单片计算机110的输出端相连，

温度传感器输出模拟器指示灯L3(图3中标号为162)，其输入端与单片计算机110的输出端相连，

数字输入模拟器指示灯L4(图3中标号为163)，其输入端与单片计算机110的输出端相连，

数字输出模拟器指示灯L5(图3中标号为164)，其输入端与单片计算机110的输出端相连，

当前数字输入/数字输出状态指示灯L6(图3中标号为165)，其输入端与单片计算机110的输出端相连，

充电和均衡状态指示灯L7(图3中标号为166)，其输入端与单片计算机110的输出端相连，

放电状态指示灯L8(图3中标号为167)，其输入端与单片计算机110的输出端相连。

进一步地，如图4所示，均衡状态检测电路120的输出端与单片计算机110的模数输入端相连，

均衡状态检测电路120包括电流采样电阻R_B和均衡电流检测电路，电流采样电阻R_B与均衡电流检测电路相连。

进一步地，如图5所示，均衡电流检测电路包括二个输入匹配电阻R_IN、电流检测集成电路LT6102和输出电阻R_O，输入匹配电阻R_IN和输出电阻R_O与电流检测集成电路LT6102相连。

如图6所示，一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟方法，采用上述纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，包括以下步骤：

步骤1：功能选择

若为初始化功能，则转入步骤2；若为模拟使能功能，则转入步骤11；若为模拟禁止功能，则转入步骤16；

步骤2：初始化功能选择

若为模拟器规划功能，则转入步骤3；若为配置模拟器功能，则转入步骤5；若为设置模拟命令功能，则转入步骤9；

步骤3：控制计算机根据测试需要为纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统中的每个模拟器定义该模拟器的模拟功能；并根据定义的功能，或编辑各个单体电池在充电、均衡和放电状态下的输出电压模拟数据、或分流电阻两端电压在充电和放电状态下的电压模拟数据、或温度传感器输出在充电和放电状态下的输出模拟数据、或数字输入/数字输出端口在充电和放电状态下的输入输出模拟数据，然后进入步骤4；

步骤4：保存编辑的数据，并转入步骤1；

步骤5：控制计算机通过网络接口向一个模拟器发送功能设置命令、充电状态下的模拟数据、均衡状态下的模拟数据和放电状态下的模拟数据，进入步骤6；

步骤6：模拟器中的单片计算机接收控制计算机发来的功能设置命令后，将模拟器设置为单体电池输出电压模拟器或分流电阻输出电压模拟器或温度模拟器，并接收和存储控制计算机发来的模拟数据，然后进入步骤7；

步骤7：重复步骤5～步骤6，直至模拟系统中所有模拟器的功能和模拟数据均被正确设置，进入步骤8；

步骤8：控制计算机通过USB/SPI接口转换器与电池管理系统的测量单元1的SPI-A接口相连、纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统连接一个待测试的测量单元，配置模拟器过程结束，转入步骤1；

步骤9：控制计算机向纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统中的所有模拟器发出将要进行的模拟过程，即通过网络接口向所有模拟器发送模拟充电命令或模拟放电命令，然后进入步骤10；

步骤10：单片计算机接收控制计算机发来的模拟命令后，将模拟器设置为对应的充电状态或放电状态，转入步骤1；

步骤11：模拟使能

若为模拟充电过程，则转入步骤12，若为模拟放电过程，则转入步骤15；

步骤12：监测电池当前状态是否进入均衡状态，若电池当前状态为均衡状态，则转入步骤13，反之，转入步骤14；

步骤13：所有模拟器依据所存储的均衡状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤14：所有模拟器依据所存储的充电状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤15：所有模拟器依据所存储的放电状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤16：所有模拟器停止更新输出值，转入步骤1。

使用时，断开电池管理系统中控制单元与测量单元1之间的连接，控制计算机通过USB/SPI接口转换器与电池管理系统的测量单元1的SPI-A接口相连；控制计算机通过网络接口向模拟器(包括温度模拟器、单体电池输出电压模拟器、分流电阻输出电压模拟器)发送功能设置命令和模拟数据；控制计算机通过网络接口向模拟器发送模拟充电以及模拟放电命令，通过USB转DO转换器向模拟器发送模拟使能或模拟禁止信号。

电池均衡状态监测电路以及被动均衡电路如图4所示，以电池E_N的均衡为例，当电池E_N需要均衡时，模拟前端发出控制信号CB_N使得Q_N导通，电池E_N通过电阻R_B和R_N2放电，由于设计中R_B与R_N2相比足够小，所以放电主要通过R_N2进行；而当Q_N截止时，电阻R_B无电流通过；一个电流检测电路检测电流采样电阻R_B是否有电流通过并将检测结果输出至单片计算机的模数输入端，单片计算机采集这个输入信号并判断电池E_N是否进入均衡状态。

使用时，单片计算机110接收控制计算机发来的功能设置命令，通过控制数字电位计A端选择电路131、数字电位计B端选择电路132、输出选择电路133可将模拟器的功能设置成单体电池输出电压、分流电阻两端电压、温度传感器输出、以及数字输入/数字输出信号模拟器，其中，

设置为单体电池输出电压的模拟器时，数字电位计A端选择电路131选择连通正电压V+、数字电位计B端选择电路132选择连通地G、输出选择电路133选择连通均衡状态检测电路120电流采样电阻R_B的B端；这时，模拟器B口输出的电压B相对于G口来说是单极性的，用来模拟单体电池输出电压；

设置为分流电阻两端电压的模拟器时，数字电位计A端选择电路131选择连通正电压V+、数字电位计B端选择电路132选择连通负电压V-、输出选择电路133选择数字电位计130的滑动输出端W；这时，模拟器B口输出的电压B相对于G口来说是双极性的，分别用来模拟充电电流和放电电流；

设置为温度传感器输出时，数字电位计A端选择电路131选择连通空N、数字电位计B端选择电路132选择连通地G、输出选择电路133选择数字电位计130的滑动输出端W；这时，模拟器B口输出的电压相对于G口来说是可变电阻值，用来模拟热敏电阻在不同温度下呈现出来的电阻值；

设置为数字输入/数字输出时，输出选择电路133选择数字输入/数字输出调理电路134的D端；这时，模拟器B口连接与调理电路相兼容的数字输入/数字输出信号。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，其特征在于，包括控制计算机、至少一个温度模拟器和至少一个单体电池输出电压模拟器；

所述控制计算机包括含有网络接口和三个USB接口的通用计算机、一个USB/DO转换器和一个USB/SPI接口转换器，所述USB/SPI接口转换器、所述USB/DO转换器与所述通用计算机通过USB接口相连；

所述温度模拟器与所述控制计算机通过网络接口通信互连，所述USB/DO转换器的输出端与所述温度模拟器的输入端相连，所述温度模拟器用于模拟温度传感器测量单体电池表面温度时温度传感器的输出值，并以温度传感器输出值来表征温度传感器放置处的温度；

所述单体电池输出电压模拟器与所述控制计算机通过网络接口通信互连，所述USB/DO转换器的输出端与所述单体电池输出电压模拟器的输入端相连，所述单体电池输出电压模拟器用于模拟单体电池的输出电压，其中：

还包括一个分流电阻输出电压模拟器，所述分流电阻输出电压模拟器与所述控制计算机通过网络接口通信互连，所述USB/DO转换器的输出端与所述分流电阻输出电压模拟器的输入端相连，所述分流电阻输出电压模拟器用于模拟上述分流电阻两端的输出电压；

所述温度模拟器、所述单体电池输出电压模拟器、所述分流电阻输出电压模拟器结构相同；

所述温度模拟器包括：

单片计算机；

均衡状态检测电路，其输出端与所述单片计算机的模数输入端相连；

数字电位计，其SPI接口与所述单片计算机的SPI接口相连，

数字电位计A端选择电路，其多路选择控制电路S与所述单片计算机的输出端相连，所述数字电位计A端选择电路与所述数字电位计相连，选择连接正电压V+、空N、空N三路之一，

数字电位计B端选择电路，其多路选择控制电路S与所述单片计算机的输出端相连，所述数字电位计B端选择电路与所述数字电位计相连，选择连接负电压V-、空N、地G三路之一；

输出选择电路，其多路选择控制电路S与所述单片计算机的输出端相连，所述输出选择电路分别与所述数字电位计、所述均衡状态检测电路、数字输入输出调理电路相连；

数字输入输出调理电路，分别与所述单片计算机、所述输出选择电路通信互连，

参考电源模块，其输出端分别与所述数字电位计A端选择电路、所述数字电位计B端选择电路相连；

网络接口，与所述单片计算机相连，

网络地址设置装置，与所述单片计算机相连，

单体电池输出电压模拟器指示灯L1，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

分流电阻两端电压模拟器指示灯L2，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

温度传感器输出模拟器指示灯L3，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

数字输入模拟器指示灯L4，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

数字输出模拟器指示灯L5，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

当前数字输入/数字输出状态指示灯L6，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

充电和均衡状态指示灯L7，其输入端与所述单片计算机的输出端相连，

放电状态指示灯L8，其输入端与所述单片计算机的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，其特征在于，均衡状态检测电路的输出端与单片计算机的模数输入端相连，

所述均衡状态检测电路包括电流采样电阻R_B和均衡电流检测电路，所述电流采样电阻R_B与均衡电流检测电路相连。

3.根据权利要求2所述的一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，其特征在于，所述均衡电流检测电路包括二个输入匹配电阻R_IN、电流检测集成电路LT6102和输出电阻R_O，所述输入匹配电阻R_IN和输出电阻R_O与电流检测集成电路LT6102相连。

4.一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟方法，采用权利要求1-3中任意一项所述纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：功能选择

若为初始化功能，则转入步骤2；若为模拟使能功能，则转入步骤11；若为模拟禁止功能，则转入步骤16；

步骤2：初始化功能选择

若为模拟器规划功能，则转入步骤3；若为配置模拟器功能，则转入步骤5；若为设置模拟命令功能，则转入步骤9；

步骤3：控制计算机根据测试需要为纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统中的每个模拟器定义该模拟器的模拟功能；并根据定义的功能，或编辑各个单体电池在充电、均衡和放电状态下的输出电压模拟数据、或分流电阻两端电压在充电和放电状态下的电压模拟数据、或温度传感器输出在充电和放电状态下的输出模拟数据、或数字输入/数字输出端口在充电和放电状态下的输入输出模拟数据，然后进入步骤4；

步骤4：保存编辑的数据，并转入步骤1；

步骤5：控制计算机通过网络接口向一个模拟器发送功能设置命令、充电状态下的模拟数据、均衡状态下的模拟数据和放电状态下的模拟数据，进入步骤6；

步骤6：模拟器中的单片计算机接收控制计算机发来的功能设置命令后，将模拟器设置为单体电池输出电压模拟器或分流电阻输出电压模拟器或温度模拟器，并接收和存储控制计算机发来的模拟数据，然后进入步骤7；

步骤7：重复步骤5～步骤6，直至模拟系统中所有模拟器的功能和模拟数据均被正确设置，进入步骤8；

步骤8：控制计算机通过USB/SPI接口转换器与电池管理系统的测量单元1的SPI-A接口相连、纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统连接一个待测试的测量单元，配置模拟器过程结束，转入步骤1；

步骤9：控制计算机向纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统中的所有模拟器发出将要进行的模拟过程，即通过网络接口向所有模拟器发送模拟充电命令或模拟放电命令，然后进入步骤10；

步骤10：单片计算机接收控制计算机发来的模拟命令后，将模拟器设置为对应的充电状态或放电状态，转入步骤1；

步骤11：模拟使能

若为模拟充电过程，则转入步骤12，若为模拟放电过程，则转入步骤15；

步骤12：监测电池当前状态是否进入均衡状态，若电池当前状态为均衡状态，则转入步骤13，反之，转入步骤14；

步骤13：所有模拟器依据所存储的均衡状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤14：所有模拟器依据所存储的充电状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤15：所有模拟器依据所存储的放电状态下的模拟数据定时更新模拟器输出，转入步骤1；

步骤16：所有模拟器停止更新输出值，转入步骤1。