CN108344953A - 便携式电池管理系统测试展示箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池管理系统的测试和展示领域，公开了一种便携式电池管理系统测试展示箱：包含便携式设备箱，电池模组模拟模块、电池管理系统、计算机、显示屏、故障输入面板、温度模拟单元、电源模块、通信模块、故障注入模块等。其中便携式设备箱采用拉杆箱的形式，便于移动和携带；电池模组模拟模块可综合模拟电池模组的内外部状态；故障注入模块可实现电池故障的产生或模拟；通过计算机上位机软件可实现对电池模组模拟模块进行配置并显示电池管理系统发送的报文信息和电池的状态信息。便携式电池管理系统测试展示箱既可用于电池管理系统的功能展示，也可实现对电池管理系统的测试和故障排查。

Description

便携式电池管理系统测试展示箱

技术领域

本发明涉及电池管理系统测试和展示领域，公开了一种便携式电池管理系统测试展示箱，包含了电池管理系统、电池模组模拟模块、故障注入模块、通信模块、电源模块、计算机和显示屏等，可用于电池管理系统的综合测试、功能展示、售后服务等。

背景技术

在新能源汽车上已经开始大规模使用锂离子动力电池。出于安全考虑和技术水平限制，锂离子电池的单体在电压、功率、容量和能量等方面均较有限。仅用电池单体不可能满足实际应用的需要。因此，必须采用成组技术，将多节电池单体串并联为模组，再由模组串并联为电池包才能实现动力电池乃至新能源汽车整车的性能指标，成为新能源汽车的动力来源。

随着新能源汽车性能的不断地优化，对于动力电池的要求也越来越高。

为使电池包达到既定指标，使电池包工作在安全区域，保障新能源汽车及乘客的安全，电池管理系统不可或缺。

电池管理系统，对电池包状态进行监测，包括充放电电流，电池单体的温度和电压；估算电池的荷电状态(即State of Charge，SOC),健康状态(即State of Health,SOH)等关键参数；控制高压继电器,对电池能量的输入输出进行管控；对电池包的故障进行诊断和处理,采取应急措施，保护乘客的安全。

伴随新能源汽车和动力电池的快速发展，电池管理系统的功能正日益复杂和精密,以帮助动力电池实现其目标性能，并保证使用过程中的安全和可靠。电池管理系统需要进行充分的测试以验证其既定功能得到实现。

而且，针对新能源汽车这一应用，在开发、调试、展示、售后等各个阶段，往往都需要对电池管理系统的测试进行现场支持。而目前的设备和工具在现场支持方面还存在很多不足。现有的设备主要有：实际电池包、硬件在环设备等。

实际电池即由锂离子电池单体串并联而成的电池模组或电池包。

实际电池危险性较高：在测试时，电池往往需要调整到极端工况，由于锂离子电池具有相对较高的能量密度、组成锂离子电池的电解液等有机材料具有易燃性，现场使用实际电池，危险性较高。另外，针对电池单体的故障再现也比较困难，例如过压，短路，过温等问题在实际电池包实现难度大，也较危险。

实际电池内部状态的改变比较困难，例如调整SOC，耗时往往较长，且需要配合使用充放电机等体积庞大的辅助设备,对于实验室也有较高的资质要求；无法实现SOH的快速调节。

实际电池在现场无法实现快速可控的温度改变，若借助于温箱等设备，一方面耗时长，另一方面温箱体积庞大，不易携带。

并且，实际电池在运输、携带等方面存在着各种限制，例如不允许民航托运等，给现场应用带来额外的困难。

硬件在环设备(即Hardware in Loop,HiL)可实现对电池单体，乃至电池模组、电池包的模拟。

HiL设备在开发过程中可替代实际电池，克服了电池的危险性，可以保障开发人员的安全。

但是HiL设备体积和重量较大，移动不便，无法作为便携设备携带。

另外，HiL设备设计复杂，涵盖了电池包各个方面的功能，造成其成本很高。然而，HiL设备的绝大多数功能在现场应用时并不会用到，也使得其不适合用在展示、售后等阶段的现场应用。

发明内容

本发明的目的是为提供一种便携式的电池管理系统测试展示箱。

本发明通过以下技术方案实现：一个便携式设备箱；设备箱内为电池管理系统测试展示系统，包含电池模组模拟模块、电池管理系统、计算机、显示屏、故障输入单元、温度模拟单元、电源模块、通信模块、故障注入模块等；所述电池管理系统与电池模组模拟器之间通过线束和接插件连接；所述电池管理系统与计算机之间通过CAN总线的方式进行通讯；所述电池模组模拟模组由计算机、故障输入单元及温度模拟单元控制。

优选的，便携式设备箱采用拉杆箱的形式，含有轮子和可收放的拉手，尺寸合适，符合民航和铁路等部门的携带规定。

设备箱和所含的电池管理系统测试展示系统,分为上下两个部分，两部分间有连接装置，实现设备箱的开合。

上半部分对外面板上为显示屏幕和LED状态显示灯、USB接口等，用作对外的信息显示和数据交互。

上半部分内部为计算机，是整个电池管理系统测试展示系统的控制中枢。计算机的功能可分为两块：一，控制电池模组模拟模块、故障注入模块等，为电池管理系统提供输入信号；二，接收、解析、显示电池管理系统发送的信息。

下半部分对外面板上有电池管理系统、故障输入单元、温度模拟单元。

下半部分内部含有电池模组模拟模块、通信模块、故障注入模块和电源模块。

下半部分对外面板上有穿孔，对外面板上的电池管理系统与内部的模块间的连接线束可从穿孔中穿过。连接线束与电池管理系统硬件之间通过接插件连接，便于现场快速更换电池管理系统硬件，进行测试和故障排查。

对外面板上的电池管理系统，通过通信模块，与计算机通讯，发送采集或计算得到的电池相关状态参数，接收控制指令，控制锂离子电池包的工作模式，进行数据的处理与储存,以及电池故障的诊断和处理。

对外面板上的故障输入单元，允许用户直接选择、输入电池故障，展示或测试电池管理系统的故障诊断功能。

对外面板上的温度模拟单元，允许用户提供电池模组模拟模块的模拟温度输入，展示或测试电池管理系统的温度采集功能。

下半部分内部的电源模块，核心为AC-DC开关电源，将220V市电转换为各个模块、单元以及计算机所需的供电电压。

下半部分内部的通信模块，核心为CAN通讯器，实现计算机与电池管理系统，计算机与故障注入模块，计算机与电池模组模拟模块之间的信息交互和功能控制。

下半部分内部的故障注入模块，通过通信模块接受计算机的控制或者接受故障输入单元的用户输入控制，主要用于电池故障的产生或模拟，例如高压互锁、通讯丢失、电池电压过高、电压过低、温度过高，温度过低等故障。

下半部分内部的电池模组模拟模块，可综合模拟电池模组和其中电池单体的状态：

电池模组模拟模块支持多个隔离的电池通道，可灵活配置成多个隔离的模拟电池信号源；

电池模组模拟模块的每个电池通道可提供0～5.0V的模拟电压和最大250mA的驱动电流；

电池模组模拟模块可接受计算机或温度模拟单元的控制，模拟电池温度；

电池模组模拟模块可接受来自故障注入模块或计算机的控制，模拟电池故障。

电池模组模拟模块可接受计算机的控制，模拟电池的不同SOC、SOH等内部状态。

与现有方案相比,本发明的有益之处在于:便携式电池管理系统测试展示箱采用拉杆箱的形式，具有很高的便携性，方便移动和携带。便携式电池管理系统测试展示箱使用时安全,没有危险性,不存在实际电池使用过程中的安全问题。便携式电池管理系统测试展示箱具有功能的多样性，既可用于电池管理系统的功能展示，也可用于电池管理系统的测试和故障排查。便携式电池管理系统测试展示箱具有直观的上位机界面，可直观展示电池管理系统的相关功能。便携式电池管理系统测试展示箱可综合模拟电池模组的内外部状态，且调整SOC等电池状态量时间短，可方便快速的测试电池管理系统的采集、计算、通讯和故障诊断功能。便携式电池管理系统测试展示箱具有相对较低的成本：相对硬件在环等复杂设备硬件成本较低，相对于实际电池，对使用环境要求低，无需使用复杂的配套设备，使用成本也较低。

附图说明

图1为便携式电池管理系统测试展示箱的在闭合和开启状态下的整体示意图。

图2为便携式电池管理系统测试展示箱在开启状态下，上下两部分的对外面板示意图。

图3为便携式电池管理系统测试展示箱下半部分内部的系统模块图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的阐述。

如图1所示：便携式电池管理系统测试展示箱采用拉杆箱的形式，含有轮子1和可收放的拉手2，整体可分为上下两个部分，两部分间有铰链等连接装置，可实现设备箱的开合。

在闭合时，便携式电池管理系统测试展示箱的尺寸符合民航和铁路等部门的携带规定。

便携式电池管理系统测试展示箱的轮子和拉手，可以使得移动和携带更为方便。

在开启时，上下部分对外面板如图2所示。上下部分对外面板上的显示屏、故障输入单元、温度模拟单元等可用于对于电池管理系统的测试和展示。具体来说：

LED状态灯3可显示目前测试展示系统的工作状态，即开关机状态。

USB接口4连接至计算机，可用于与计算机的数据交互，支持键盘鼠标等计算机外围的输入设备等。

显示屏5是计算机对外交互的窗口。计算机位于显示屏后的上半部分箱体内。

计算机中的软件上位机界面，显示在显示屏上。

计算机中的软件上位机界面支持用户通过键盘鼠标等外围输入设备输入信息，对电池模组模拟模块进行配置。

计算机中的软件上位机界面，支持显示计算机接收、解析的电池管理系统报文信息。

计算机中的软件上位机界面，支持显示电池模组及电池单体的状态信息，包含电池单体的电压、温度、SOC、SOH等状态以及电池模组的故障状态等。

对外面板上的电池管理系统6，主要功能为监控测量每节电池单体的电压、温度，电池模组的总电压、电流，估算电池的SOC、SOH等状态参数，控制动力电池的工作模式，管理数据的处理与储存,电池包故障诊断及处理,通讯的控制以及信息发送和解析等。

下半部分对外面板上有穿孔7，对外面板上的电池管理系统与内部的模块间的连接线束8可从穿孔中穿过。连接线束与电池管理系统硬件之间通过接插件9连接，便于现场快速更换电池管理系统硬件，进行测试和故障排查。

对外面板上的温度模拟单元10，可采用旋钮、按键等输入方式,调整温度传感器的模拟输入信号，控制电池模组模拟模块的温度输入，展示或测试电池管理系统的温度采集功能。

对外面板上的故障输入单元11，可直接与用户交互，由用户直接选择、输入电池故障，展示或测试电池管理系统的故障诊断功能。

如图3所示，下半部分内部含有电池模组模拟模块12、通信模块13、故障注入模块14和电源模块15。

电池模组模拟模块可综合模拟电池模组和其中电池单体的状态。

电池模组模拟模块接受用户在计算机上位机软件上进行的配置，包括：电池模组中电池单体数量、电池单体的电压、电池单体的温度；电池模组的总电压和总电流。

电池模组模拟模块可接收计算机上位机软件或故障输入单元11的信息模拟电池模组及电池单体故障的产生和消除，例如电池模组高压互锁、通讯丢失等故障以及电池单体电压过高、电压过低、温度过高，温度过低等故障。

下半部分内部的通信模块13，核心为CAN通讯器，实现计算机与电池管理系统，计算机与故障注入模块，计算机与电池模组模拟模块之间的信息交互和功能控制。

下半部分内部的故障注入模块14，通过通信模块13接受计算机的控制或者接受故障输入单元11的用户输入控制，主要用于电池故障的产生或模拟，例如高压互锁、通讯丢失、电池电压过高、电压过低、温度过高，温度过低等故障。

下半部分内部的电源模块15，核心为AC-DC开关电源，将220V市电转换为各个模块、单元以及计算机所需的供电电压。

便携式电池管理系统测试展示箱用作展示时的典型使用情况：

用户可通过计算机上位机软件对电池的电压、温度、电流等外在状态量，电池内部的SOC、SOH等内部状态量以及电池模组及电池单体的故障进行配置；

电池模组模拟模块将会根据配置，将电池的内外部状态量调整到相应值；

电池管理系统6采集电池模组模拟模块12相关状态进行计算和处理，通过通信模块，将报文信息发送至计算机。

用户可通过计算机上位机软件界面，观察电池管理系统发送来的电池相关信息，对电池管理系统采集、计算、故障处理、信息发送等功能有直观的了解。

用户还可以通过温度模拟单元10对温度进行调整。在上位机软件界面中，电池管理系统采集的温度值将会发生相应的变化，进一步展示电池管理系统的温度采集功能。

用户还可以通过故障输入单元11对故障设置存在或消失。在上位机软件界面中，电池管理系统发送来的信息中，将会相应的显示故障存在或消失，进一步展示电池管理系统的故障诊断功能。

便携式电池管理系统测试展示箱用作测试时的典型使用情况：

可将对外面板上的电池管理系统6更换为被测电池管理系统；

电池管理系统6硬件与线束8之间通过接插件9连接，为现场快速更换被测对象进行测试和故障排查提供了便利；

用户可以通过计算机上位机软件对电池的电压、温度、电流等外在状态量，电池内部的SOC、SOH等内部状态量以及电池模组及电池单体的故障进行配置；

电池模组模拟模块12将会根据配置，将电池的内外部状态量调整到相应值；

电池管理系统6采集电池模组模拟模块相关状态进行计算和处理，通过通信模块，将报文信息发送至计算机。

用户可以通过计算机上位机软件界面，比较上位机软件中的配置值与电池管理系统发送来的相关信息，如果配置值与电池管理系统发送值之间存在较大差异，则电池管理系统对应的功能可能存在故障，实现对电池管理系统采集、计算、故障处理、信息发送等功能的测试。

Claims (10)

1.一种便携式电池管理系统测试展示箱，其特征在于：一个含有电池管理系统测试展示系统便携式设备箱，包含电池模组模拟模块、电池管理系统、计算机、显示屏、故障输入面板、温度模拟单元、电源模块、通信模块、故障注入模块等。

2.根据权利要求1中所述的便携式设备箱采用拉杆箱的形式，含有轮子和可收放的拉手，便于移动和携带。

3.根据权利要求1中所述电池管理系统与电池模组模拟模块之间通过线束和接插件连接，方便测试时，现场快速更换被测电池管理系统。

4.根据权利要求3中电池模组模拟模块由计算机、故障输入面板及温度模拟单元控制。

5.根据权利要求1中所述电池模组模拟模块可综合模拟电池模组的内外部状态：电池模组模拟模块支持多个隔离的电池通道，可灵活配置成多个隔离的模拟电池信号源；电池模组模拟模块可接受计算机或温度模拟单元的控制，模拟电池温度；

电池模组模拟模块可接受来自故障注入模块或计算机的控制，模拟电池故障；电池模组模拟模块可接受计算机的控制，模拟电池的不同SOC、SOH等内部状态；

电池模组模拟模块的每个电池通道可提供0.0～5.0V的模拟电压和最大250mA的驱动电流。

6.根据权利要求1中所述便携式电池管理系统测试展示箱在展开状态下，对外面板上含有显示屏、电池管理系统、故障输入单元、温度模拟单元等。

7.根据权利要求1中所述电池管理系统与计算机之间通过CAN总线的方式进行通讯，主要功能为监控测量每节电池单体的电压、温度，电池模组的总电压、电流，估算电池的SOC、SOH等状态参数，控制动力电池的工作模式，管理数据的处理与储存,电池包故障诊断及处理,

通讯的控制以及信息发送和解析等。

8.根据权利要求1中所述的计算机含有上位机软件：

支持用户通过键盘鼠标等外围输入设备输入信息，对电池模组模拟模块进行配置；

支持显示计算机解析的电池管理系统发送的报文信息；

支持显示电池模组及电池单体的状态信息。

9.根据权利要求1中所述的故障注入模块可实现电池故障的产生或模拟：可接受计算机的控制或故障输入面板的用户输入，产生或模拟高压互锁、通讯丢失、电池电压过高、电压过低、温度过高，温度过低等故障。

10.根据权利要求1中所述的温度模拟模块提供电池模组模拟模块的模拟温度输入，展示或测试电池管理系统的温度采集功能。