CN107677908A - 一种动力电池智能模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动力电池智能模拟系统，包括至少一个电池模拟板卡和与所述至少一个电池模拟板卡连接的电池模拟上位机；所述电池模拟板卡包括至少一个模拟电路，每个模拟电路模拟一个电池单体，每个模拟电路引出一对电池正负极，当模拟多个电池单体时，将预设数量的所述电池正负极依次串联连接。该系统不仅可以模拟电池单体的电池特性，还可以模拟多个串联的电池单体的电池特性；并且解决了现有技术中对高压电池包测试存在安全隐患、工况模拟难等问题，最大程度缩短BMS开发周期，安全高精度地测试、开发BMS。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池智能模拟系统。
背景技术
电池管理系统(Battery Management Systern，简称BMS)是电动汽车中一个越来越重要的关键部分，是一个处于监控运行及保护电池关键技术中的核心部件。快速有效的开发、测试BMS是各个厂家共同追求的目标。目前大多采用充放电机柜、真实电池包测试BMS的各种性能。
采用充放电机柜与真实电池包测试BMS的各种性能，存在以下问题：一、极限工况模拟给测试人员带来安全隐患，例如过压、过流和过温，有可能导致电池爆炸；二、电池剩余电量SOC估计算法验证耗时长，真实的电池组充放电试验耗时一周甚至更长的时间；三、采用真实电池包测试，模拟特定工况难度大，例如均衡功能测试时，制造电池单体间细微SOC差别；电池热平衡测试时，制造单体和电池包间细微的温度差别等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对高压电池包测试存在安全隐患、工况模拟难等情况，提供了一种动力电池智能模拟系统，可以高精度的模拟电池输出电压、输出电流；最大程度缩短BMS开发周期，安全高精度地测试、开发BMS。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种动力电池智能模拟系统，包括至少一个电池模拟板卡和与所述至少一个电池模拟板卡连接的电池模拟上位机；所述电池模拟板卡包括至少一个模拟电路，每个模拟电路模拟一个电池单体，每个模拟电路引出一对电池正负极，当模拟多个电池单体时，将预设数量的所述电池正负极依次串联连接。
本发明的有益效果是：电池模拟上位机内配置电池仿真模型，设定电压、电流等电池参数；电池模拟板卡包括多个模拟电路，每个模拟电路可以模拟一个电池单体，通过电池模拟上位机设定的电池单体的电压电流等参数，控制相应的模拟出来的电池单体的输出电压和输出电流等。本发明不仅可以模拟电池单体的电池特性，还可以模拟多个串联的电池单体的电池特性；并且解决了现有技术中对高压电池包测试存在安全隐患、工况模拟难等问题，最大程度缩短BMS开发周期，安全高精度地测试、开发BMS。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，每个模拟电路包括隔离电源模块、主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片；
所述隔离电源模块与所述主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片连接，为其提供电能供应；
所述可调电源芯片包括固定电压端和可调电压端，所述固定电压端输出固定电压值，所述可调电压端输出可调电压值；所述电压反馈电路一端与所述可调电压端连接，另一端与所述主控芯片连接；所述电压调整电路一端与所述主控芯片连接，另一端与所述电固电压定端和所述可调电压端均连接；所述可调电流芯片的一端所述主控芯片连接，另一端与所述可调电压端连接。
采用上述进一步方案的有益效果，每个模拟电路设置隔离电源模块、主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片；每个单体输出电路采用隔离电源设计，从而可以支持200个电池单体的串联；可调电源芯片的固定电压端输出固定电压值，可调电压端输出可调电压值；反馈电路获取可调电压端的电压值，并反馈给主控芯片，主控芯片将可调电压端的电压值与预设值进行比较，根据比较结果通过控制电压调整电路来调整可调电源芯片可调电压端的电压值，主控芯片根据设定的电流参数通过控制可调电流芯片来调节可调电源芯片的可调电压端输出的电流；通过上述设置，可调电压端可输出0-5V的高精度电压，实现电压输出精度可达±1mV的高精度的闭环控制，电流输出精度可达±5mA；且电压与电流独立控制，互不影响，可实现对电池各种工况的模拟。
进一步，所述电压调整电路包括数模转换芯片、电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述数模转换芯片一端与所述主控芯片连接，另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述固定电压端连接，所述电阻R1和电阻R2串联于所述可调电压端与地之间，所述电阻R1和电阻R2的公共端与所述固定电压端连接。
采用上述进一步方案的有益效果，数模转换芯片将电池模拟上位机发送给主控芯片的数字电压信息转换为模拟电压信息，输出到电阻R3，由于固定电压端的电压值是固定的，所以通过主控芯片发送的模拟电压即可调整可调电源芯片的可调电压端的电压值。
进一步，所述电压反馈电路包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的一端连接所述可调电压端，另一端连接所述主控芯片。
采用上述进一步方案的有益效果，通过模数转换芯片将采集的可调电源芯片的可调电压端的模拟电压信息转换为数字电压信息，并将数字电压信息发送至主控芯片，由主控芯片对数字电压信息进行处理，采用数字控制方式，处理精度高。
进一步，所述主控芯片通过I2C总线与所述可调电流芯片连接。
进一步，所述主控芯片通过I2C总线与所述数模转换芯片连接。
进一步，所述主控芯片通过I2C总线与所述模数转换芯片连接。
进一步，所述主控芯片通过USB接口与所述电池模拟上位机连接。
进一步，所述电池模拟板卡根据PXI系统规范，采用标准3U板卡。
采用上述进一步方案的有益效果，根据PXI系统规范，采用标准3U板卡设计，方便进行系统集成，每个板卡可以输出多路电池单体，多路电池单体可正负极连接串联，从而可以实现对包括多个串联电池单体的电池包的性能测试。
进一步，所述电池模拟板卡包括六个模拟电路。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的动力电池智能模拟系统的示意性结构框图；
图2为本发明一实施例提供的动力电池智能模拟系统的一个电池模拟板卡的示意性结构框图；
图3为本发明一实施例提供的动力电池智能模拟系统的两个串联的电池模拟板卡的示意性结构框图；
图4为本发明一实施例提供的动力电池智能模拟系统的模拟电路的示意性结构框图；
图5为本发明另一实施例提供的动力电池智能模拟系统的模拟电路的示意性结构框图。
具体实施方式
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。
图1给出了本发明实施例提供的一种动力电池智能模拟系统的示意性结构框图；图2给出了本发明施例提供的动力电池智能模拟系统的电池模拟板卡的示意性结构框图；图3给出了本发明实施例提供的动力电池智能模拟系统的两个串联的电池模拟板卡的示意性结构框图。如图1至3所示，该系统包括至少一个电池模拟板卡和与所述至少一个电池模拟板卡连接的电池模拟上位机；所述电池模拟板卡包括至少一个模拟电路，每个模拟电路模拟一个电池单体，每个模拟电路引出一对电池正负极，当模拟多个电池单体时，将预设数量的所述电池正负极依次串联连接。
该实施例中，电池模拟板卡可以根据PXI系统规范，采用标准3U板卡。根据PXI系统规范，采用标准3U板卡设计，方便进行系统集成，每个板卡可以输出多路电池单体，该实施例中，每个电池模拟板卡可以包括六个模拟电路；多路电池单体可正负极连接串联，从而可以实现对包括多个串联电池单体的电池包的性能测试。
需要说明的是，上位机可以建立锂电池的s imu l i nk模型，设定每个模拟电路输出的电压和电流，电池模拟板卡的输出电压可以相应输出，根据相应的充放电状况输出相应的电压电流值，真实模拟电池充放电特性。现有技术中的电池模拟方案只是输出电压，不能实现模拟电池特性。该实施例中可以模拟各种锂电池，包括三元锂电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和钴酸锂电池等，也可以模拟镍镉电池和镍氢电池等。
该实施例中，电池模拟上位机内配置电池仿真模型，设定电压、电流等电池参数；电池模拟板卡包括多个模拟电路，每个模拟电路可以模拟一个电池单体，通过电池模拟上位机设定的电池单体的电压电流等参数，控制相应的模拟出来的电池单体的输出电压和输出电流等。本发明不仅可以模拟电池单体的电池特性，还可以模拟多个串联的电池单体的电池特性；并且解决了现有技术中对高压电池包测试存在安全隐患、工况模拟难等问题，实现电池特性模拟测试，最大程度缩短BMS开发周期，系统参数配置丰富全面、灵活，安全高精度地测试、开发BMS。
可选地，作为本发明一个实施例，如图4所示，每个模拟电路包括隔离电源模块、主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片；所述隔离电源模块与所述主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片连接，为其提供电能供应；所述可调电源芯片包括固定电压端和可调电压端，所述固定电压端输出固定电压值，所述可调电压端输出可调电压值；所述电压反馈电路一端与所述可调电压端连接，另一端与所述主控芯片连接；所述电压调整电路一端与所述主控芯片连接，另一端与所述电固电压定端和所述可调电压端均连接；所述可调电流芯片的一端所述主控芯片连接，另一端与所述可调电压端连接。该实施例中，主控芯片通过I2C总线与所述可调电流芯片连接。主控芯片通过USB接口与所述电池模拟上位机连接。
该实施例中，每个模拟电路设置隔离电源模块、主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片；每个单体输出电路采用隔离电源设计，从而可以支持200个电池单体的串联；可调电源芯片的固定电压端输出固定电压值，可调电压端输出可调电压值；反馈电路获取可调电压端的电压值，并反馈给主控芯片，主控芯片将可调电压端的电压值与预设值进行比较，根据比较结果通过控制电压调整电路来调整可调电源芯片可调电压端的电压值，主控芯片根据设定的电流参数通过控制可调电流芯片来调节可调电源芯片的可调电压端输出的电流；通过上述设置，可调电压端可输出0-5V的高精度电压，实现电压输出精度可达±1mV的高精度的闭环控制，电流输出精度可达±5mA；且电压与电流独立控制，互不影响，可实现对电池各种工况的模拟。且由于设置的隔离电源模块和可调电压芯片等，系统具有过压保护，过流保护和过温保护等功能。
可选地，作为本发明一个实施例，如图5所示，该实施例中，电压调整电路包括数模转换芯片、电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述数模转换芯片一端与所述主控芯片连接，另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述固定电压端连接，所述电阻R1和电阻R2串联于所述可调电压端与地之间，所述电阻R1和电阻R2的公共端与所述固定电压端连接。该实施例中，主控芯片通过I2C总线与所述数模转换芯片连接。
该实施例中，数模转换芯片将电池模拟上位机发送给主控芯片的数字电压信息转换为模拟电压信息，输出到电阻R3，由于固定电压端的电压值是固定的，所以通过主控芯片发送的模拟电压即可调整可调电源芯片的可调电压端的电压值。该实施例中，主控芯片通过I2C总线与所述模数转换芯片连接。
可选地，电压反馈电路包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的一端连接所述可调电压端，另一端连接所述主控芯片。该实施例中，通过模数转换芯片将采集的可调电源芯片的可调电压端的模拟电压信息转换为数字电压信息，并将数字电压信息发送至主控芯片，由主控芯片对数字电压信息进行处理，采用数字控制方式，处理精度高。
图5中，可调电源芯片的固定电压端的电压为固定电压VF，电阻R3与数模转换器连接端的电压为VDA，电压VDA是主控芯片从上位机获取的电压信息经过数模转换芯片转后后得到的模拟电压，可调电源芯片的可调电压端为电压VO,电压VO即为该模拟电路模拟电池的输出，根据公式(VDA-VF)/R3+(VO-VF)/R1＝VF/R2可知，只要调整电压VDA即可实现对电压VO的调节。
且电压反馈电路采用模数转换芯片，将采集的模拟量转换为数字量，由主控芯片进行处理；而电压调整电路的数模转换电路又将主控芯片发送的数字量转换为模拟量，将模拟电压作用于电阻R3，实现对可调电源芯片的可调电压端输出电压的调节，调节精度大大提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动力电池智能模拟系统，其特征在于，包括至少一个电池模拟板卡和与所述至少一个电池模拟板卡连接的电池模拟上位机；所述电池模拟板卡包括至少一个模拟电路，每个模拟电路模拟一个电池单体，每个模拟电路引出一对电池正负极，当模拟多个电池单体时，将预设数量的所述电池正负极依次串联连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个模拟电路包括隔离电源模块、主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片；
所述隔离电源模块与所述主控芯片、可调电源芯片、电压反馈电路、电压调整电路和可调电流芯片连接，为其提供电能供应；
所述可调电源芯片包括固定电压端和可调电压端，所述固定电压端输出固定电压值，所述可调电压端输出可调电压值；所述电压反馈电路一端与所述可调电压端连接，另一端与所述主控芯片连接；所述电压调整电路一端与所述主控芯片连接，另一端与所述电固电压定端和所述可调电压端均连接；所述可调电流芯片的一端所述主控芯片连接，另一端与所述可调电压端连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压调整电路包括数模转换芯片、电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述数模转换芯片一端与所述主控芯片连接，另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述固定电压端连接，所述电阻R1和电阻R2串联于所述可调电压端与地之间，所述电阻R1和电阻R2的公共端与所述固定电压端连接。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压反馈电路包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的一端连接所述可调电压端，另一端连接所述主控芯片。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控芯片通过I2C总线与所述可调电流芯片连接。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述主控芯片通过I2C总线与所述数模转换芯片连接。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述主控芯片通过I2C总线与所述模数转换芯片连接。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控芯片通过USB接口与所述电池模拟上位机连接。
9.根据权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于，所述电池模拟板卡根据PXI系统规范，采用标准3U板卡。
10.根据权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于，所述电池模拟板卡包括六个模拟电路。
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