CN108363376A - 一种适用于bms系统测试的多功能电池包模拟台架及其模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架及其模拟方法，所述多功能电池包模拟台架包括电池模拟器、BMS控制器、负载箱、第一CAN卡、第二CAN卡和基于Labview的上位机，所述电池模拟器与所述上位机之间通过第一CAN卡通信，所述BMS控制器分别与电池模拟器和负载箱连接，所述BMS控制器与所述上位机之间通过第二CAN卡通信。本发明通过电池模拟器、BMS控制器和负载箱三部分硬件实现对纯电动汽车电池包的模拟，通过上位机可实现对模拟电池包测试环境的灵活调控和配置，可在短时间内对BMS系统的稳定性和安全性方面进行全面的测试。因此本台架解决了传统测试过程中测试环境搭建难、测试设备昂贵、测试周期长、测试不全面、测试过程存在安全隐患等问题。
Description
技术领域
本发明涉及纯电动汽车领域，尤其涉及一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架及其模拟方法。
背景技术
新能源汽车被广泛认为是有效缓解大气污染及石油资源紧张的主要途径，纯电动汽车作为新能源汽车的主要类型，在近些年内得到长足发展并且会在未来几年内保持高速增长。伴随着纯电动汽车的发展，作为纯电动汽车的动力核心系统， BMS系统的稳定及安全性能不容忽视，对于BMS系统稳定及安全性的测试就显得尤其重要。
目前对纯电动汽车BMS系统的测试主要是将BMS系统与实际的电池包相连，基于CAN通信来实时检测电芯电压、温度等信息，通过提供不同的外界环境，如高低温、路试等来测试BMS的稳定及安全性能。但是这种测试过程存在以下缺点：
(1)电池包、高低温箱、充放电等设备价格昂贵，占地面积大；
(2)电池包充放电时间长，测试不灵活；
(3)这种测试方法不具备故障测试的能力，很难对故障进行模拟；
(4)当发生故障时，如果软件处理不成熟有可能损坏电池包和测试设备甚至威胁到测试人员的人身安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架及其模拟方法，其数据能够实时显示，人机交互方便，可模拟电池包各种状态的纯电动汽车BMS系统测试设备，以解决目前现有技术存在的设备价格昂贵、测试不灵活、不具备故障测试能力以及测试过程存在危险的问题。
本发明提供一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，包括电池模拟器、BMS控制器、负载箱、第一CAN卡、第二CAN卡和基于Labview的上位机，所述电池模拟器与所述上位机之间通过第一CAN卡通信，所述BMS控制器分别与电池模拟器和负载箱连接，所述BMS控制器与所述上位机之间通过第二CAN卡通信。
优选地，所述电池模拟器由多个子板组成，每个子板均包含多路电芯单体模拟器、多路温度模拟器和一个单片机，各电芯单体模拟器和各温度模拟器均连接单片机，所述单片机通过第一CAN卡连接所述上位机，所述各电芯单体模拟器和各温度模拟器均连接所述BMS控制系统。
优选地，所述每个子板均包含12路电芯单体模拟器、2路温度模拟器和一个单片机。
优选地，所述多路电芯单体模拟器之间能够相互串联。
优选地，所述负载箱提供模拟电池包内部的真实负载，包括模拟继电器或电流传感器。
本发明还提供一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架的模拟方法，优选地，包括以下步骤：
步骤一：电池模拟器正常上电，将电池模拟器底层程序下载至各子板单片机中，底层程序可分析上位机指令并对指令进行执行；
步骤二：通过上位机对电池模拟器的进行设定；
步骤三：BMS控制器通过连接所述电池模拟器进行采样，并根据不同的状态依据BMS控制策略向负载箱发出相应的指令信息；
步骤四：负载箱对BMS控制器的指令做出响应，并将执行结果作为采样信号反馈给BMS控制器；
步骤五：BMS控制器将得到的指令信息以及采样信号发送给上位机；
步骤六：上位机将所收到的所有指令信息进行对比计算，并判定出BMS控制器的BMS系统对不同的电池环境是否发出正确的指令和故障信息。
优选地，所述步骤二中上位机能够直接调取预先设定的电池包工况进行自动化运行，上位机在运行同时利用各电芯单体模拟器和各温度模拟器采集并显示各个电芯状态和温度值。
优选地，所述步骤二中通过上位机对对电池模拟器的各个电芯电压、电流、温度、短路故障状态、短路故障状态以及两级反转进行设定。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
本发明提供的一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，通过以下测试方法实现：
本发明与现有技术相比具有的有益效果为：
本发明通过电池模拟器、BMS控制器和负载箱三部分硬件实现对纯电动汽车电池包的模拟，通过电池包模拟台架代替电池包来对BMS系统的研发和测试提供测试可行性，通过上位机可实现对模拟电池包测试环境的灵活调控和配置，可在短时间内对BMS系统的稳定性和安全性方面进行全面的测试。本发明的多功能电池包模拟台架具有灵活调整测试环境、能够模拟各种故障状态、方便的人机交互等优点，提高了整个实验操作的便利性，极大的方便了实验人员的操作。因此本发明解决了传统测试过程中测试环境搭建难、测试设备昂贵、测试周期长、测试不全面、测试过程存在安全隐患等问题。
附图说明
图1是本发明提供的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架的结构框图。
图2是本发明本发明提供的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架中各部件详细结构以及信号控制关系示意图。
图中：1-电池模拟器；2-BMS控制器；3-负载箱；4-第一CAN卡；5-第二CAN 卡；6-上位机；
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明提供一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，该台架由电池模拟器1、BMS控制器2、负载箱3、第一CAN卡4、第二CAN卡5和上位机6组成，所述上位机6具有Labview界面(虚拟仪器界面)，为基于Labview的上位机，所有的指令信息等均通过Labview界面进行处理、显示。
所述电池模拟器1是模拟电池包的设备，用于模拟电池包提供高压、提供多路电芯单体电压、温度信号以及模拟各种故障状态等。所述电池模拟器1由多个子板11组成，每个子板11均包含12路电芯单体模拟器111、2路温度模拟器 112和一个单片机113，每个子板11中各电芯单体模拟器111和各温度模拟器 112均连接单片机113。所述电芯单体模拟器111可实现以下功能：提供电芯电压、电流、模拟电芯短路、模拟采样线断路、模拟两极反转等功能。所述温度模拟器112为可控型温度模拟器。
各单片机113与上位机6之间通过第一CAN卡4连接并通信，接受上位机6 控制指令并执行，对电芯单体模拟器111和温度模拟器112进行调控。同时，单片机113可对各电芯单体模拟器111、各温度模拟器112的各种状态进行采集并通过第一CAN卡4传至上位机，以便上位机6对电池模拟器1的状态进行显示。
各子板11的多路电芯单体模拟器111之间可通过串联扩容。所有电芯单体模拟器111的输出端与输入端均需做隔离处理，这样输出端便可实现串联。每路电芯单体模拟器111的输出电压、电流可由单片机113通过隔离SPI通信调控并可模拟短路、断路等故障状态。每路温度模拟器112均可由单片机113通过SPI 通信调控，从而实现采样温度的可控。
所述BMS控制器2是用于纯电动汽车电池管理系统的控制单元，所述上位机6还通过第二CAN卡5连接所述BMS控制器2，以使得BMS控制器2能够获取上位机6所发送的指令信息，同时，所述BMS控制器2还通过线束连接所述电池模拟器1进行信号交互，具体为连接所述电池模拟器1中的各电芯单体模拟器111和各温度模拟器112，以获取采集的电压和温度数据，所述BMS控制器2 和所述电池模拟器1两者同时通过CAN通信与上位机进行控制信号和信息的交互。所述负载箱3提供模拟电池包内部的真实负载，如继电器、电流传感器等，所述BMS控制器2还连接负载箱3。
本发明还提供一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架的模拟方法，具体包括以下步骤：
步骤一：电池模拟器1正常上电，将电池模拟器1底层程序下载至各子板单片机中，底层程序可分析上位机6指令并对指令进行执行；所述电池模拟器1 的底层程序为电池模拟器1自带的商业化现有程序，本步骤中只需要将其下载至单片机中即可。
步骤二：通过上位机6对电池模拟器1的各个电芯电压、电流、温度、短路故障状态、短路故障状态以及两级反转等进行设定。实际使用过程中，上位机6 可直接调取预先设定的电池包工况进行自动化运行，上位机6在运行同时会利用各电芯单体模拟器和各温度模拟器采集并显示各个电芯状态和温度值。
步骤三：BMS控制器2通过线束连接所述电池模拟器，通过线束对电池模拟器内部的各路电芯电压、电流、温度以及故障状态进行采样，并根据不同的状态依据BMS控制策略向负载箱3发出相应的指令信息。所述上位机呈现人性化的操作界面，通过第二CAN卡对BMS控制器实施指令操作、执行试验动作，并将BMS系统的各种实时数据进行显示和保存。
步骤四：负载箱3对BMS控制器2的指令做出响应，并将执行结果作为采样信号(传感器信号)反馈给BMS控制器2。
步骤五：BMS控制器2会将这些指令信息以及采样信号一并通过第二CAN 卡5的CAN通信发送给上位机6。
步骤六：上位机6将这些指令信息以及采样信号进行对比计算，并判定出 BMS控制器2的BMS系统对不同的电池环境是否发出正确的指令和故障信息。
以上所有的步骤形成一个闭环测试，以达到测试BMS系统稳定性和安全性的目的。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，其特征在于：包括电池模拟器、BMS控制器、负载箱、第一CAN卡、第二CAN卡和基于Labview的上位机，所述电池模拟器与所述上位机之间通过第一CAN卡通信，所述BMS控制器分别与电池模拟器和负载箱连接，所述BMS控制器与所述上位机之间通过第二CAN卡通信。
2.根据权利要求1所述的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，其特征在于：所述电池模拟器由多个子板组成，每个子板均包含多路电芯单体模拟器、多路温度模拟器和一个单片机，各电芯单体模拟器和各温度模拟器均连接单片机，所述单片机通过第一CAN卡连接所述上位机，所述各电芯单体模拟器和各温度模拟器均连接所述BMS控制系统。
3.根据权利要求2所述的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，其特征在于：所述每个子板均包含12路电芯单体模拟器、2路温度模拟器和一个单片机。
4.根据权利要求2所述的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，其特征在于：所述多路电芯单体模拟器之间能够相互串联。
5.根据权利要求2所述的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架，其特征在于：所述负载箱提供模拟电池包内部的真实负载，包括模拟继电器或电流传感器。
6.一种适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：电池模拟器正常上电，将电池模拟器底层程序下载至各子板单片机中；
步骤二：通过上位机对电池模拟器的进行设定；
步骤三：BMS控制器通过连接所述电池模拟器进行采样，并根据不同的状态依据BMS控制策略向负载箱发出相应的指令信息；
步骤四：负载箱对BMS控制器的指令做出响应，并将执行结果作为采样信号反馈给BMS控制器；
步骤五：BMS控制器将得到的指令信息以及采样信号发送给上位机；
步骤六：上位机将所收到的所有指令信息进行对比计算，并判定出BMS控制器的BMS系统对不同的电池环境是否发出正确的指令和故障信息。
7.根据权利要求6所述的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架的模拟方法，其特征在于，所述步骤二中上位机能够直接调取预先设定的电池包工况进行自动化运行，上位机在运行同时利用各电芯单体模拟器和各温度模拟器采集并显示各个电芯状态和温度值。
8.根据权利要求6所述的适用于BMS系统测试的多功能电池包模拟台架的模拟方法，其特征在于，所述步骤二中通过上位机对对电池模拟器的各个电芯电压、电流、温度、短路故障状态、短路故障状态以及两级反转进行设定。
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