CN107290673A - 一种电池管理测试系统的被动均衡电路及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池管理测试系统的被动均衡电路及其测试方法，所述被动均衡电路测试方法包括如下步骤：1)在进行被动均衡电流均衡能力测量时，将切换继电器分别切换至电流采样电阻的A1上端、A2上端……An上端；此时，分别通过一组可编程线性电源串接，模拟电池单体电压的输出，调节其模拟输出电压，并通过其电流测量功能检测均衡电流值；2)在进行漏电流测试时，将切换继电器分别切换至电流采样电阻的A1下端、A2下端……An下端；通过电流采样电阻将漏电流转换为电压，此时，通过电压测量装置测量电流采样电阻的分压实现对漏电流的精确测量。本发明检测精度高，测量成本低。
Description
技术领域
本发明属于电池管理测试系统领域，具体来说，涉及一种电池管理测试系统的被动均衡电路及其测试方法。
背景技术
由于电动汽车锂离子动力电池电芯本身的不一致性、工作温度的不一致性等因素的影响，随时间表现出来的差异，对电池寿命和系统使用带来不利影响，需要对其进行主动或被动均衡，以延长电池寿命。为保证BMS的批量生产质量，需要设计均衡电路测试方法用于BMS的FCT下线检测。BMS被动均衡电路简图如图1所示，对于该BMS被动均衡电路，在进行FCT测试时，不但要测试其均衡能力，还需要测试MOS管的漏电流。
为了测试BMS均衡电路的均衡能力和MOS管漏电流，既要模拟电池单体，具备一定的电流输入输出能力，又需要具备较高的电流测量精度。当前常用的方式是线性电源和直流负载配合来模拟电池单体，通过线性电源或直流负载的电流检测功能测量MOS管的漏电流。
现有技术具备电池单体的模拟功能，可以检测BMS被动均衡电路的均衡能力，但因为MOS管漏电流非常小，普通的电源或负载模块的电流直接测量的方法精度很难保证，从而影响了BMS的漏电流的检测能力，无法保证BMS批产质量。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明内容目的在于提供一种电池管理测试系统的被动均衡电路及其测试方法，旨在BMS下线FCT检测过程中既能检测BMS被动均衡电流的均衡能力，又能检测其漏电流。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种电池管理测试系统的被动均衡电路，所述电池管理测试系统的被动均衡电路包括带有负载及电流测量的线性电源SV1、SV2……SVn、切换继电器SW1、SW2……SWn、电流采样电阻R01、R02……R0n和电压采样部件MV1、MV2……MVn；其中第一个电流采样电阻R01与第一个电压采样部件MV1并联并形成A1上端和A1下端，A1上端或A1下端串联有第一个切换继电器SW1并形成B1端，A1上端还串联有第一个开关D2并形成C1端，自B1端至C1端依次串联有第一个线性电源SV1、第二个开关D1和第一个电阻R1；第二个电流采样电阻R02与第二个电压采样部件MV2并联并形成A2上端和A2下端，A2上端或A2下端串联有第二个切换继电器SW2并形成B2端，A2上端还串联有第三个开关D3并形成C2端，在B1端与B2端之间串联有第二个线性电源SV2，在C1端与C2端之间串联有第二个电阻R2；第n个电流采样电阻R0n与第n个电压采样部件MVn并联并形成An上端和An下端，An上端或An下端串联有第n个切换继电器SWn并形成Bn端，An上端还串联有第n+1个开关Dn+1并形成Cn端，在Bn-1端与Bn端之间串联有第二个线性电源SVn，在Cn-1端与Cn端之间串联有第n个电阻Rn。
根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种电池管理测试系统的被动均衡电路测试方法，所述电池管理测试系统包括带有负载及电流测量的线性电源、切换继电器、电流采样电阻和电压采样部件；第一个电流采样电阻与第一个电压采样部件并联并形成A1上端和A1下端，A1上端或A1下端串联有第一个切换继电器并形成B1端，A1上端还串联有第一个开关并形成C1端，自B1端至C1端依次串联有第一个线性电源、第二个开关和第一个电阻；第二个电流采样电阻与第二个电压采样部件并联并形成A2上端和A2下端，A2上端或A2下端串联有第二个切换继电器并形成B2端，A2上端还串联有第三个开关并形成C2端，在B1端与B2端之间串联有第二个线性电源，在C1端与C2端之间串联有第二个电阻。其中，所述被动均衡电路测试方法包括如下步骤：1)在进行被动均衡电流均衡能力测量时，将切换继电器分别切换至电流采样电阻的A1上端、A2上端……An上端；此时，分别通过一组可编程线性电源串接，模拟电池单体电压的输出，调节其模拟输出电压，并通过其电流测量功能检测均衡电流值；2)在进行漏电流测试时，将切换继电器分别切换至电流采样电阻的A1下端、A2下端……An下端；通过电流采样电阻将漏电流转换为电压，此时，通过电压测量装置测量电流采样电阻的分压实现对漏电流的精确测量。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，将数据采集卡的模拟信号输入转换通道接到分压电阻的两端，读取获知分压电阻两端的电压，根据欧姆定律，除以已知的分压电阻值，计算得出漏电流值，以使所述电压测量装置通过数据采集卡实现AD功能。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，电流采样电阻为高精度采样电阻，所述电流采样电阻为1～10kΩ。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，根据不同材料和SOC，所述电池单体电压的范围为2.5-4.3V。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，所述调节其模拟输出电压是通过连接通讯线到可编程线性电源的通讯接口，通过PC机的软件控制调节可编程线性电源的电压输出，以实现模拟电池单体电压输出。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，所述可编程线性电源内置有电流测量功能以测量其输出电流大小；在进行被动均衡时，忽略线路损耗，某个可编程线性电源输出电流值等于该通道的均衡电流值。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，漏电流流经电流采样电阻，会在电流采样电阻上分压，通过测量电流采样电阻两端电压，根据欧姆定律，除以电流采样电阻值，得到漏电流值。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，高精度采样电阻的误差不超过0.1％。
作为对本发明的所述被动均衡电路测试方法的进一步说明，优选地，高精度采样电阻为Vishay/Dale品牌的TNPW12061M00BEEA。
由此可见，本发明与现有技术相比，通过选择合适的高精度采样电阻，可以实现低于1mA甚至0.1mA的被动均衡电路漏电流检测能力，检测精度高，完全可以满足被动均衡电流的漏电流监测要求；通过高精度采样电阻、切换继电器和电压采样部件实现对小电流的测量，较之定制的电流测量仪器而言实现成本低，便于在FCT下线检测设备上推广使用。
附图说明
图1为现有技术的BMS被动均衡电路示意图；
图2为本发明的BMS均衡电流测试电路原理图。
附图标记说明如下：
线性电源SV1，SV2……SVn、第一个线性电源SV1、第二个线性电源SV2、切换继电器SW1，SW2……SWn、第一个切换继电器SW1、第二个切换继电器SW2、电流采样电阻R01，R02……R0n、第一个电流采样电阻R01、第二个电流采样电阻R02、电压采样部件MV1，MV2……MVn、第一个电压采样部件MV1、第二个电压采样部件MV2、第一个开关D2、第二个开关D1、第三个开关D3、第一个电阻R1、第二个电阻R2。
具体实施方式
为了使审查员能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
请参考图2，图2为本发明的BMS均衡电流测试电路原理图。如图2所示，本发明的电池管理测试系统的被动均衡电路包括带有负载及电流测量的线性电源SV1，SV2……SVn、切换继电器SW1，SW2……SWn、电流采样电阻R01，R02……R0n和电压采样部件MV1，MV2……MVn；第一个电流采样电阻R01与第一个电压采样部件MV1并联并形成A1上端和A1下端，A1上端或A1下端串联有第一个切换继电器SW1并形成B1端，A1上端还串联有第一个开关D2并形成C1端，自B1端至C1端依次串联有第一个线性电源SV1、第二个开关D1和第一个电阻R1；第二个电流采样电阻R02与第二个电压采样部件MV2并联并形成A2上端和A2下端，A2上端或A2下端串联有第二个切换继电器SW2并形成B2端，A2上端还串联有第三个开关D3并形成C2端，在B1端与B2端之间串联有第二个线性电源SV2，在C1端与C2端之间串联有第二个电阻R2；第n个电流采样电阻R0n与第n个电压采样部件MVn并联并形成An上端和An下端，An上端或An下端串联有第n个切换继电器SWn并形成Bn端，An上端还串联有第n+1个开关Dn+1并形成Cn端，在Bn-1端与Bn端之间串联有第二个线性电源SVn，在Cn-1端与Cn端之间串联有第n个电阻Rn。
本发明的所述被动均衡电路测试方法包括如下步骤：第1步：在进行被动均衡电流均衡能力测量时，将切换继电器SW1，SW2……SWn分别切换至电流采样电阻R01，R02……R0n的A1上端、A2上端……An上端，电流采样电阻R01，R02……R0n为高精度采样电阻，所述高精度采样电阻为Vishay/Dale品牌的TNPW12061M00BEEA，所述高精度采样电阻为1～10kΩ且误差不超过0.1％。此时，通过连接通讯线到可编程线性电源SV1，SV2……SVn的通讯接口，通过PC机的软件控制调节可编程线性电源的电压输出，以实现模拟电池单体电压输出。根据不同材料和SOC，所述电池单体电压的范围为2.5-4.3V，并通过其电流测量功能检测输出电流大小，在进行被动均衡时，忽略线路损耗，某个可编程线性电源输出电流值等于该通道的均衡电流值。由此通过切换继电器选通被动均衡电路的均衡能力与漏电流的切换功能。第2步：在进行漏电流测试时，将切换继电器SW1，SW2……SWn分别切换至电流采样电阻R01，R02……R0n的A1下端、A2下端……An下端；通过电流采样电阻R01，R02……R0n将漏电流转换为电压，此时，将数据采集卡的模拟信号输入转换通道接到分压电阻的两端，读取获知分压电阻两端的电压，根据欧姆定律，除以已知的分压电阻值，计算得出漏电流值。由此通过高精度采样电阻实现均衡电流测试方法，可实现均衡能力和漏电流的双重测量。
以BMS FCT下线检测做实施例，针对图示中的均衡通道2：R02为10kΩ，误差为0.1％；R2为33Ω实施例，误差为1％；SV2为电池仿真模块PXe-4138，电压输出精度为1mV，电流回读精度为100uA；MV2为采集板卡PXI-6225；SW2通过PXI-6225的数字IO控制继电器，选择与A2上下端分别接通。
具体实验过程分为均衡电流测试和漏电流测试两部分。
均衡电流测试过程如下：
1、SV2设置电压为3.3V；
2、通过PXI-6225的数字IO控制SW2与A2上端连通，SW1与A1上端连通；
3、BMS的D2、D3闭合；
4、通过SV2电流回读测量均衡电流。
BMS均衡通道良好时，SV2回读的均衡电流应该约为100mA。
漏电流测试过程如下：
1、SV2设置电压为3.3V；
2、通过PXI-6225的数字IO控制SW2与A2下端连通，SW1与A1上端连通；
3、BMS的D2、D3打开；
4、通过MV2电流测量分压电阻R02两端电压。
实验结果表明：BMS均衡通道良好时，漏电流小于100uA，MV2的测量电压应该小于1V。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)检测精度高：通过选择合适的高精度采样电阻，可以实现低于1mA甚至0.1mA的被动均衡电路漏电流检测能力，检测精度高，完全可以满足被动均衡电流的漏电流监测要求；2)测量成本低：通过高精度采样电阻、切换继电器和电压采样部件实现对小电流的测量，较之定制的电流测量仪器而言实现成本低，便于在FCT下线检测设备上推广使用。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种电池管理测试系统的被动均衡电路，其特征在于，所述电池管理测试系统包括带有负载及电流测量的线性电源(SV1、SV2……SVn)、切换继电器(SW1、SW2……SWn)、电流采样电阻(R01、R02……R0n)和电压采样部件(MV1、MV2……MVn)；其特征在于，
第一个电流采样电阻(R01)与第一个电压采样部件(MV1)并联并形成A1上端和A1下端，A1上端或A1下端串联有第一个切换继电器(SW1)并形成B1端，A1上端还串联有第一个开关(D2)并形成C1端，自B1端至C1端依次串联有第一个线性电源(SV1)、第二个开关(D1)和第一个电阻(R1)；
第二个电流采样电阻(R02)与第二个电压采样部件(MV2)并联并形成A2上端和A2下端，A2上端或A2下端串联有第二个切换继电器(SW2)并形成B2端，A2上端还串联有第三个开关(D3)并形成C2端，在B1端与B2端之间串联有第二个线性电源(SV2)，在C1端与C2端之间串联有第二个电阻(R2)；
第n个电流采样电阻(R0n)与第n个电压采样部件(MVn)并联并形成An上端和An下端，An上端或An下端串联有第n个切换继电器(SWn)并形成Bn端，An上端还串联有第n+1个开关(Dn+1)并形成Cn端，在Bn-1端与Bn端之间串联有第二个线性电源(SVn)，在Cn-1端与Cn端之间串联有第n个电阻(Rn)。
2.一种电池管理测试系统的被动均衡电路测试方法，所述电池管理测试系统包括带有负载及电流测量的线性电源(SV1、SV2……SVn)、切换继电器(SW1、SW2……SWn)、电流采样电阻(R01、R02……R0n)和电压采样部件(MV1、MV2……MVn)；其特征在于，
第一个电流采样电阻(R01)与第一个电压采样部件(MV1)并联并形成A1上端和A1下端，A1上端或A1下端串联有第一个切换继电器(SW1)并形成B1端，A1上端还串联有第一个开关(D2)并形成C1端，自B1端至C1端依次串联有第一个线性电源(SV1)、第二个开关(D1)和第一个电阻(R1)；
第二个电流采样电阻(R02)与第二个电压采样部件(MV2)并联并形成A2上端和A2下端，A2上端或A2下端串联有第二个切换继电器(SW2)并形成B2端，A2上端还串联有第三个开关(D3)并形成C2端，在B1端与B2端之间串联有第二个线性电源(SV2)，在C1端与C2端之间串联有第二个电阻(R2)；
第n个电流采样电阻(R0n)与第n个电压采样部件(MVn)并联并形成An上端和An下端，An上端或An下端串联有第n个切换继电器(SWn)并形成Bn端，An上端还串联有第n+1个开关(Dn+1)并形成Cn端，在Bn-1端与Bn端之间串联有第二个线性电源(SVn)，在Cn-1端与Cn端之间串联有第n个电阻(Rn)；
其中，所述被动均衡电路测试方法包括如下步骤：
1)在进行被动均衡电流均衡能力测量时，将切换继电器(SW1、SW2……SWn)分别切换至电流采样电阻(R01、R02……R0n)的A1上端、A2上端……An上端；此时，分别通过一组可编程线性电源(SV1、SV2……SVn)串接，模拟电池单体电压的输出，调节其模拟输出电压，并通过其电流测量功能检测均衡电流值；
2)在进行漏电流测试时，将切换继电器(SW1、SW2……SWn)分别切换至电流采样电阻(R01、R02……R0n)的A1下端、A2下端……An下端；通过电流采样电阻(R01、R02……R0n)将漏电流转换为电压，此时，通过电压测量装置测量电流采样电阻(R01、R02……R0n)的分压实现对漏电流的精确测量。
3.根据权利要求2所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，。将数据采集卡的模拟信号输入转换(Analog to Digital Inverter，AD)通道接到分压电阻的两端，读取获知分压电阻两端的电压，根据欧姆定律，除以已知的分压电阻值，计算得出漏电流值，以使所述电压测量装置通过数据采集卡实现AD功能。
4.根据权利要求2所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，所述电流采样电阻(R01、R02……R0n)为高精度采样电阻，所述电流采样电阻(R01、R02……R0n)为1～10kΩ。
5.根据权利要求2所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，根据不同材料和SOC，所述电池单体电压的范围为2.5-4.3V。
6.根据权利要求2所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，所述调节其模拟输出电压是通过连接通讯线到可编程线性电源的通讯接口，通过PC机的软件控制调节可编程线性电源的电压输出，以实现模拟电池单体电压输出。
7.根据权利要求2所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，所述可编程线性电源内置有电流测量功能以测量其输出电流大小；在进行被动均衡时，忽略线路损耗，某个可编程线性电源输出电流值等于该通道的均衡电流值。
8.根据权利要求2所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，漏电流流经电流采样电阻，会在电流采样电阻上分压，通过测量电流采样电阻两端电压，根据欧姆定律，除以电流采样电阻值，得到漏电流值。
9.根据权利要求2所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，所述高精度采样电阻的误差不超过0.1％。
10.根据权利要求9所述的被动均衡电路测试方法，其特征在于，所述高精度采样电阻为Vishay/Dale品牌的TNPW12061M00BEEA。
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