CN109188295A - 单体电池故障模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源汽车电池管理系统测试技术领域，特别是涉及一种单体电池故障模拟装置，所述单体电池故障模拟装置的一端通过采样线连接电池管理系统，另一端连接电池，包括故障电路模块和控制模块，故障电路模块包括用于连接电池的多条回路，以及各回路中的多个电子开关，通过控制模块生成控制信号控制电子开关的闭合和断开，从而模拟出与单体电池有关的故障和与采样线有关的故障，这样，不仅能够实现电池内部开路、单体电池短路等简单的故障模拟，还实现了采样线开路、采样线反接等与采样线相关的故障模拟，通过增加单体电池的采样线相关的故障模拟，提高了故障模拟的覆盖率，实现了单体电池故障模拟的全面测试。

Description

单体电池故障模拟装置

技术领域

本发明涉及新能源汽车电池管理系统测试技术领域，特别是涉及一种单体电池故障模拟装置。

背景技术

在新能源汽车电池管理系统(BMS)的开发过程中,需要对电池进行各种功能和验证测试，即对单体电池(电池的最小单元)进行测试，为了有效地减少测试时间，避免操作者的失误以及结果偏差，并且提供重复性的测试结果，创造一个安全的测试环境，常常通过单体电池模拟器去模拟电池特性对电池进行测试。

目前一般的单体电池模拟器，主要实现单体电压的模拟、充放电电流的测量、均衡功能的验证等功能，但在实际的电池管理系统控制器测试时，不仅要测试上述功能，更重要的是要监控电池的各种故障状态，在现有技术中，有一些单体电池模拟器能实现一些故障模式的模拟，但仅限于电池内部开路、单体电池短路等简单的故障模拟，对于采样线开路和采样线反接等故障模拟并没有涉及。

发明内容

基于此，有必要针对电池的故障功能测试不涉及采样线故障的问题，提供一种故障覆盖率高的单体电池故障模拟装置。

一种单体电池故障模拟装置，所述故障模拟装置用于连接电池管理系统和电池，所述故障模拟装置包括：故障电路模块，包括用于连接所述电池的多条回路，以及各回路中的多个电子开关；控制模块，用于生成控制信号控制各所述电子开关的闭合与断开，从而模拟电池的各种故障模式；所述故障模式包括第一故障模式和第二故障模式，所述第一故障模式用于模拟与电池相关的故障，所述第二故障模拟模式用于模拟与电池采样线相关的故障。

在其中一个实施例中，所述第一故障模式包括电池正端输出开路故障，所述多个电子开关包括第一开关，所述多条回路包括电池负载回路，所述电池负载回路包括用于连接所述电池的正极的电池正端输出，所述第一开关用于串联于所述电池的正极和所述电池正端输出之间，所述电池正端输出开路故障是所述控制模块控制第一开关断开的故障模式。

在其中一个实施例中，所述第一故障模式包括电池负端输出开路故障，所述多个电子开关包括第二开关，所述电池负载回路还包括用于连接所述电池的负极的电池负端输出，所述第二开关用于串联于所述电池的负极和所述电池负端输出之间，所述电池负端输出开路故障是所述控制模块控制第二开关断开的故障模式。

在其中一个实施例中，所述第一故障模式还包括电池输出短路故障，所述多条回路包括用于将所述电池短接的电池短路回路，所述多个电子开关包括接于所述电池短路回路中的第三开关，所述电池输出短路故障是所述控制模块控制第三开关闭合的故障模式。

在其中一个实施例中，所述第二故障模式包括采样线正端输出开路故障，所述多个电子开关包括第四开关，所述多条回路包括电池采样回路，所述电池采样回路包括正采样线和设于所述正采样线一端的采样线正端输出，所述采样线正端输出用于连接所述电池管理系统的正采样端，所述正采样线的另一端用于连接所述电池的正极，所述第四开关串联于所述正采样线的两端之间，所述采样线正端输出开路故障是所述控制模块控制第四开关断开的故障模式。

在其中一个实施例中，所述第二故障模式包括采样线负端输出开路故障，所述多个电子开关包括第五开关，所述电池采样回路还包括负采样线和设于所述负采样线一端的采样线负端输出，所述采样线负端输出用于连接所述电池管理系统的负采样端，所述负采样线的另一端用于连接所述电池的负极，所述第五开关串联于所述负采样线的两端之间，所述采样线负端输出开路故障是所述控制模块控制第五开关断开的故障模式。

在其中一个实施例中，所述第二故障模式还包括采样线正负端反接故障，所述多个电子开关包括第六开关和第七开关，所述多条回路包括采样反接回路，所述采样反接回路还包括正线和负线，所述正线用于连接所述采样线正端输出和所述电池的负极，所述负线用于连接所述采样线负端输出和所述电池的正极，所述第六开关用于控制所述采样线正端输出是否与所述电池的负极相连通，所述第七开关用于控制所述采样线负端输出是否与所述电池的正极相连通；所述采样线正负端反接故障是所述控制模块控制第六开关将所述采样线正端输出与所述电池的负极相接通、第七开关将所述采样线负端输出与所述电池的正极相接通的故障模式。

在其中一个实施例中，所述第二故障模式还包括采样线正端接触不良故障, 所述采样线正端接触不良故障是所述控制模块生成脉冲信号控制所述第四开关在每个周期内闭合和断开的故障模式。

在其中一个实施例中，所述第二故障模式还包括采样线负端接触不良故障, 所述采样线负端接触不良故障是所述控制模块生成脉冲信号控制所述第五开关在每个周期内闭合和断开的故障模式。

上述单体电池模拟装置的一端通过采样线连接电池管理系统，另一端连接电池，包括故障电路模块和控制模块，故障电路模块包括用于连接电池的多条回路，以及各回路中的多个电子开关，控制模块用于生成控制信号控制电子开关的闭合和断开，从而模拟出与单体电池有关的故障和与采样线有关的故障，这样，不仅能够实现电池内部开路、单体电池短路等简单的故障模拟，还实现了采样线开路、采样线反接等与采样线相关的故障模拟，通过增加单体电池的采样线相关的故障模拟，提高了故障模拟的覆盖率，实现了单体电池故障模拟的全面测试。

附图说明

图1为本发明单体电池故障模拟装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明单体电池故障模拟装置另一实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明一种单体电池故障模拟装置的各个实施例进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，为本发明单体电池故障模拟装置一实施例结构示意图,本发明单体电池故障模拟装置用于连接电池管理系统和电池，包括控制模块100和故障电路模块200，故障电路模块200包括用于连接所述电池的多条回路，以及各回路中的多个电子开关210。控制模块100用于生成控制信号控制各所述电子开关210的闭合与断开，从而模拟电池的各种故障模式。故障模式包括第一故障模式和第二故障模式，第一故障模式用于模拟与电池相关的故障，第二故障模拟模式用于模拟与电池采样线相关的故障。

进一步的，控制模块100可以理解为是包括嵌入式控制软件单元、MCU控制器等具有控制程序的模块，用于实现控制电子开关的闭合和断开。故障电路模块200中包括了多条回路，各回路可以是单独存在用于模拟相应的故障模式，也可以是交叉存在，通过控制不同的电子开关在多个回路中模拟出不同的相应的故障模式。所述电子开关210是利用电子电路以及电力电子器件实现电路通断的运行单元，可以是触控开关、感应开关、声控开关、无线开关、功率开关 (例如功率MOSFET)等。所述多条回路包括电池负载回路220、电池短路回路 230、电池采样回路240、采样反接回路250等，所述电子开关210位于上述回路中，并在回路中闭合或断开，模拟与电池相关的故障的第一故障模式和模拟与电池采样线相关的故障的第二故障模式。

在本实施例中，单体电池故障模拟装置的一端通过采样线连接电池管理系统，另一端连接电池，包括故障电路模块200和控制模块100，故障电路模块 200包括用于连接电池的多条回路，以及各回路中的多个电子开关210，控制模块100用于生成控制信号控制电子开关210的闭合和断开，从而模拟出与单体电池有关的故障和与采样线有关的故障，这样，不仅能够实现电池内部开路、单体电池短路等简单的故障模拟，还实现了采样线开路、采样线反接等与采样线相关的故障模拟，通过增加单体电池的采样线相关的故障模拟，提高了故障模拟的覆盖率，实现了单体电池故障模拟的全面测试。

在一个实施例中，电池是由多个单体电池组成的电池包。

下面请参阅图1、图2所示的结构框图和电路结构示意图，用于对各个实施例进行详细说明。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第一故障模式用于模拟与电池有关的故障，包括电池正端输出开路故障，为实现电池正端输出开路故障的故障模拟，需要在电池负载回路220中使用第一开关211，并通过控制模块100生成控制信号控制第一开关211的闭合和断开。电池负载回路220包括用于连接所述电池的正极的电池正端输出1，第一开关211用于串联于所述电池的正极和所述电池正端输出1之间。正常状态下，第三开关213是闭合的状态，所述电池正端输出开路故障是控制模块100控制第一开关211断开的故障模式。在本实施例中可以实现对单体电池的正端输出开路的模拟测试，过程简单易操作，有利于测试员对电池故障的排查工作。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第一故障模式用于模拟与电池有关的故障，包括电池负端输出开路故障，为实现电池负端输出开路故障的故障模拟，需要在电池负载回路220中使用第二开关212，并通过控制模块100生成控制信号控制第二开关212的闭合和断开。电池负载回路220包括用于连接所述电池的负极的电池负端输出2，第二开关212用于串联于所述电池的负极和所述电池负端输出2之间。正常状态下，第二开关212是闭合的状态，所述电池负端输出开路故障是控制模块100控制第二开关212断开的故障模式。在本实施例中可以实现对电池的负端输出开路的模拟测试，过程简单易操作。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第一故障模式用于模拟与电池有关的故障，包括电池输出短路故障，为实现电池输出短路故障的故障模拟，需要在电池短路回路220中使用第三开关213，并通过控制模块100生成控制信号控制第三开关213的闭合和断开。如图2所示，电池短路回路230用于将所述电池短接，第三开关213与所述电池并联，正常状态下，第三开关213是断开的状态。电池输出短路故障是控制模块100控制第三开关213闭合的故障模式。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第二故障模式用于模拟与电池采样线相关的故障，包括采样线正端输出开路故障，为实现采样线正端输出开路故障的故障模拟，需要在电池采样回路240中使用第四开关214，并通过控制模块100生成控制信号控制第四开关214的闭合和断开。如图2所示，电池采样回路240包括正采样线和设于所述正采样线一端的采样线正端输出3，所述采样线正端输出3用于连接所述电池管理系统的正采样端(图中未示)，所述正采样线的另一端用于连接所述电池的正极，所述第四开关214串联于所述正采样线的两端之间；所述采样线正端输出开路故障是所述控制模块100控制第四开关 214断开的故障模式。在正常状态下，第四开关214为闭合状态，当第四开关 214断开时，所述电池管理系统的正采样端与电池正极的连接断开，从而模拟采样线正端输出开路故障。在本实施例中可以实现对电池输出短路故障的模拟测试，过程简单易操作，有利于测试员对电池故障的排查工作。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第二故障模式用于模拟与电池采样线相关的故障，包括采样线负端输出开路故障，为实现采样线负端输出开路故障的故障模拟，需要在电池采样回路240中使用第五开关215，并通过控制模块100生成控制信号控制第五开关215的闭合和断开。如图2所示，电池采样回路240包括负采样线和设于所述负采样线一端的采样线负端输出4，所述采样线负端输出4用于连接所述电池管理系统的负采样端(图中未示)，所述负采样线的另一端用于连接所述电池的负极，所述第五开关215串联于所述负采样线的两端之间；所述采样线负端输出开路故障是所述控制模块100控制第五开关 215断开的故障模式。在正常状态下，第五开关215为闭合状态，当第五开关 215断开时，所述电池管理系统的负采样端与电池负极的连接断开，从而模拟采样线负端输出开路故障。在本实施例中可以实现对采样线负端输出开路故障的模拟测试，过程简单易操作提高了单体电池故障模拟装置的故障覆盖率。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第二故障模式用于模拟与电池采样线相关的故障，包括采样线正负端反接故障，为实现采样线正负端反接故障的故障模拟，需要在采样反接回路250中使用第六开关216和第七开关217，并通过控制模块100生成控制信号控制第六开关216和第七开关217的闭合和断开。如图1和图2所示，采样反接回路250包括正线和负线，所述正线用于连接所述采样线正端输出3和所述电池的负极，所述负线用于连接所述采样线负端输出4和所述电池的正极，所述第六开关216用于控制所述采样线正端输出3 是否与所述电池的负极相连通，所述第七开关217用于控制所述采样线负端输出4是否与所述电池的正极相连通；所述采样线正负端反接故障是所述控制模块100控制第六开关216将所述采样线正端输出3与所述电池的负极相接通、第七开关217将所述采样线负端输出4与所述电池的正极相接通的故障模式。在本实施例中可以实现对采样线正负端反接的模拟测试，过程简单易操作，提高了单体电池故障模拟装置的故障覆盖率，从而提高电池的测试的效率。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第二故障模式用于模拟与电池采样线相关的故障，包括采样线正负端反接故障，为实现采样线正负端反接故障的故障模拟，需要在采样反接回路250中使用第六开关216和第七开关217，并通过控制模块100生成控制信号控制第六开关216和第七开关217的闭合和断开。

如图2所示，采样反接回路250包括正线和负线，所述正线用于连接所述采样线正端输出3和所述电池的负极，所述负线用于连接所述采样线负端输出4 和所述电池的正极，所述第六开关216用于控制所述采样线正端输出3是否与所述电池的负极相连通，所述第七开关217用于控制所述采样线负端输出4是否与所述电池的正极相连通；所述采样线正负端反接故障是所述控制模块100 控制第六开关216将所述采样线正端输出3与所述电池的负极相接通、第七开关217将所述采样线负端输出4与所述电池的正极相接通的故障模式。进一步的，第六开关216和第七开关217为单刀双掷开关，第六开关216的动端C6用于连接所述电池管理系统的采样线正端输出3，所述第七开关217的动端C7用于连接所述电池管理系统的采样线负端输出4，所述正采样线一端为所述第六开关216的第一不动端A6，所述正线的一端为所述第六开关216的第二不动端B6，所述负采样线一端为所述第七开关217的第一不动端A7，所述负线的一端为所述第七开关的第二不动端B7；所述采样线正负端反接故障是所述控制模块100 控制第六开关的动端C6连接第二不动端B6、第七开关的动端C7连接第二不动端B7的故障模式。在正常状态下，第六开关216和第七开关217处在第六开关 216第一不动端A6和第七开关217的第一不动端A7，当位置切换连接到第六开关216第二不动端B6和第七开关217的二不动端B7时，采样线正负端反接。在本实施例中可以实现对采样线正负端反接的模拟测试，过程简单易操作，提高了单体电池故障模拟装置的故障覆盖率，从而提高电池的测试的效率。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第二故障模式还包括采样线正端接触不良故障，为实现采样线正端接触不良故障的故障模拟，需要在电池采样回路240中使用第四开关214，并通过控制模块100生成脉冲信号控制第四开关 214在每个周期内闭合和断开。如图2所示，电池采样回路240包括正采样线和设于所述正采样线一端的采样线正端输出3，所述采样线正端输出3用于连接所述电池管理系统的正采样端(图中未示)，所述正采样线的另一端用于连接所述电池的正极，所述第四开关214串联于所述正采样线的两端之间。采样线正端接触不良故障是控制模块100生成脉冲信号控制第四开关214在每个周期内闭合和断开的一种故障模式，用于模拟采样线正端接触不良。即通过一定频率及占空比的脉冲信号控制电子开关的断开和闭合。在一个实施例中，脉冲信号的频率为(3Hz～100Hz)，占空比为(1％～99％)。在本实施例中可以实现对采样线正端接触不良的模拟测试，过程简单易操作，提高了单体电池故障模拟装置的故障覆盖率，从而提高电池的测试的效率。

在其中一个实施例中，如图1，图2所示，第二故障模式还包括采样线负端接触不良故障，为实现采样线负端接触不良故障的故障模拟，需要在电池采样回路240中使用第五开关215，并通过控制模块100生成脉冲信号控制第五开关 215在每个周期内闭合和断开。如图2所示，电池采样回路240包括负采样线和设于所述负采样线一端的采样线负端输出4，所述采样线负端输出4用于连接所述电池管理系统的负采样端(图中未示)，所述负采样线的另一端用于连接所述电池的负极，所述第五开关215串联于所述负采样线的两端之间。采样线负端接触不良故障是控制模块100生成脉冲信号控制第五开关215在每个周期内闭合和断开的一种故障模式，用于模拟采样线负端接触不良。即通过一定频率及占空比的脉冲信号控制电子开关的断开和闭合。在一个实施例中，脉冲信号的频率为(3Hz～100Hz)，占空比为(1％～99％)。在本实施例中可以实现对采样线负端接触不良的模拟测试，过程简单易操作，提高了单体电池故障模拟装置的故障覆盖率，从而提高电池的测试的效率。

综上所述，本发明单体电池故障模拟装置的一端通过采样线连接电池管理系统，另一端连接电池，包括故障电路模块200和控制模块100，通过控制模块 100生成控制信号控制故障电路模块200中用于连接电池的多条回路中的多个电子开关210的闭合和断开，从而模拟出与单体电池有关的故障和与采样线有关的故障，这样，不仅能够实现电池内部开路、单体电池短路等简单的故障模拟，还实现了采样线开路、采样线反接等与采样线相关的故障模拟，通过增加单体电池的采样线相关的故障模拟，提高了故障模拟的覆盖率，实现了单体电池故障模拟的全面测试，从而节约了电池测试的时间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单体电池故障模拟装置，其特征在于，所述故障模拟装置用于连接电池管理系统和电池，所述故障模拟装置包括：

故障电路模块，包括用于连接所述电池的多条回路，以及各回路中的多个电子开关；

控制模块，用于生成控制信号控制各所述电子开关的闭合与断开，从而模拟电池的各种故障模式；所述故障模式包括第一故障模式和第二故障模式，所述第一故障模式用于模拟与电池相关的故障，所述第二故障模拟模式用于模拟与电池采样线相关的故障。

2.根据权利要求1所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第一故障模式包括电池正端输出开路故障；所述多个电子开关包括第一开关，所述多条回路包括电池负载回路，所述电池负载回路包括用于连接所述电池的正极的电池正端输出，所述第一开关用于串联于所述电池的正极和所述电池正端输出之间；所述电池正端输出开路故障是所述控制模块控制第一开关断开的故障模式。

3.根据权利要求2所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第一故障模式包括电池负端输出开路故障；所述多个电子开关包括第二开关，所述电池负载回路还包括用于连接所述电池的负极的电池负端输出，所述第二开关用于串联于所述电池的负极和所述电池负端输出之间；所述电池负端输出开路故障是所述控制模块控制第二开关断开的故障模式。

4.根据权利要求1所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第一故障模式还包括电池输出短路故障；所述多条回路包括用于将所述电池短接的电池短路回路，所述多个电子开关包括接于所述电池短路回路中的第三开关；所述电池输出短路故障是所述控制模块控制第三开关闭合的故障模式。

5.根据权利要求1所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第二故障模式包括采样线正端输出开路故障；所述多个电子开关包括第四开关，所述多条回路包括电池采样回路，所述电池采样回路包括正采样线和设于所述正采样线一端的采样线正端输出，所述采样线正端输出用于连接所述电池管理系统的正采样端，所述正采样线的另一端用于连接所述电池的正极，所述第四开关串联于所述正采样线的两端之间；所述采样线正端输出开路故障是所述控制模块控制第四开关断开的故障模式。

6.根据权利要求5所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第二故障模式包括采样线负端输出开路故障；所述多个电子开关包括第五开关，所述电池采样回路还包括负采样线和设于所述负采样线一端的采样线负端输出，所述采样线负端输出用于连接所述电池管理系统的负采样端，所述负采样线的另一端用于连接所述电池的负极，所述第五开关串联于所述负采样线的两端之间；所述采样线负端输出开路故障是所述控制模块控制第五开关断开的故障模式。

7.根据权利要求6所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第二故障模式还包括采样线正负端反接故障；所述多个电子开关包括第六开关和第七开关，所述多条回路包括采样反接回路，所述采样反接回路还包括正线和负线，所述正线用于连接所述采样线正端输出和所述电池的负极，所述负线用于连接所述采样线负端输出和所述电池的正极，所述第六开关用于控制所述采样线正端输出是否与所述电池的负极相连通，所述第七开关用于控制所述采样线负端输出是否与所述电池的正极相连通；

所述采样线正负端反接故障是所述控制模块控制第六开关将所述采样线正端输出与所述电池的负极相接通、第七开关将所述采样线负端输出与所述电池的正极相接通的故障模式。

8.根据权利要求7所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第六开关和第七开关为单刀双掷开关，所述第六开关的动端用于连接所述电池管理系统的采样线正端输出，所述第七开关的动端用于连接所述电池管理系统的采样线负端输出，所述正采样线一端为所述第六开关的第一不动端，所述正线的一端为所述第六开关的第二不动端，所述负采样线一端为所述第七开关的第一不动端，所述负线的一端为所述第七开关的第二不动端；所述采样线正负端反接故障是所述控制模块控制第六开关的动端连接第二不动端、第七开关的动端连接第二不动端的故障模式。

9.根据权利要求5所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第二故障模式还包括采样线正端接触不良故障；所述采样线正端接触不良故障是所述控制模块生成脉冲信号控制所述第四开关在每个周期内闭合和断开的故障模式。

10.根据权利要求6所述的故障模拟装置，其特征在于，所述第二故障模式还包括采样线负端接触不良故障；所述采样线负端接触不良故障是所述控制模块生成脉冲信号控制所述第五开关在每个周期内闭合和断开的故障模式。