CN109860737A - 一种锂电池动力系统功能自动化测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，包括PC上位机模块(13)；所述PC上位机模块(13)，分别与可编程控制模块(14)、高压输出控制模块(12)、通讯功能及参量测试复用控制模块(3)以及预设多个功能模块，通过信号线相连接。本发明公开的一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，其可以自动、可靠地对电池系统上的功能进行检测，提高检测效率，节约高贵的人力物力，增强电池系统的安全性，进而降低电池系统的整体生产成本，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

Description

一种锂电池动力系统功能自动化测试系统

技术领域

本发明涉及新能源动力电池技术领域，特别是涉及一种锂电池动力系统功能自动化测试系统。

背景技术

近年来，新能源汽车产销量持续上涨，带动和促进动力电池系统制造企业通过不断创新、提高自动化水平，来满足市场需求。

对于汽车上的电池系统，其担负着为整车各个用电器件提供动力的重要作用。现有的电池系统上，通常安装有电池管理系统，该电池管理系统是电池系统内用于管理电池安全健康运行的一种常用装置，能实现通讯、控制、电压检测、电流检测、绝缘检测、充电管理等功能。

随着国家新能源政策深度实施，市场对锂离子电池系统要求质量更加严格，功能更加完善，自动化水平更高，长期依赖测试人员去完成的功能测试项目容易导致漏检、错检、效率低、质量缺陷，甚至严重安全事故，

但是，对于现有的电池系统，目前没有一种技术，其可以自动、可靠地对电池系统上的功能进行检测，提高检测效率，节约高贵的人力物力，增强电池系统的安全性，进而降低电池系统的整体生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，其可以自动、可靠地对电池系统上的功能进行检测，提高检测效率，节约高贵的人力物力，增强电池系统的安全性，进而降低电池系统的整体生产成本，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，包括PC上位机模块；

所述PC上位机模块，分别与可编程控制模块、高压输出控制模块、通讯功能及参量测试复用控制模块以及预设多个功能模块，通过信号线相连接。

其中，所述PC上位机模块与一个扫码枪相连接，所述扫码枪用于扫描并识别被测试的电池系统表面具有的识别码，然后发送给PC上位机模块。

其中，所述高压输出控制模块为可编程电压源。

其中，所述通讯功能及参量测试复用控制模块，用于执行所述PC上位机模块发来的控制指令。

其中，所述通讯功能及参量测试复用控制模块分别与仪表测试单元及局域网检测通讯单元通过信号线相连接。

其中，所述仪表测试单元为信号采集仪。

其中，局域网检测通讯单元为局域通讯收发器。

其中，所述预设多个功能模块包括：低压模拟信号单元、绝缘性能检测单元、低压回路输入使能模块、功能模块信号模拟单元、低压供电控制模块、通讯回路输入使能模块、电流输出模拟控制模块、高压回路测试控制模块、高压回路输出低压模拟控制模块和恒流输出及负载回路控制模块中的多种。

其中，所述低压模拟信号单元是独立的开关电源。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，其可以自动、可靠地对电池系统上的功能进行检测，提高检测效率，节约高贵的人力物力，增强电池系统的安全性，进而降低电池系统的整体生产成本，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种锂电池动力系统功能自动化测试系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，本发明提供了一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，包括PC上位机模块13；

所述PC上位机模块13，分别与可编程控制模块14、高压输出控制模块12、通讯功能及参量测试复用控制模块3以及预设多个功能模块，通过信号线相连接(可以为直接或者间接连接)。

在本发明中，需要说明的是，对于PC上位机模块模块，其通过高度集成的整个系统测试流程指令代码，能够分时逐步对所连接的各功能模块进行指令控制，实现整个测试系统的全自动化运行检测，并将检测结果在上位机的显示屏上进行显示。

在本发明中，具体实现上，所述PC上位机模块13与一个扫码枪相连接，所述扫码枪用于扫描并识别被测试的电池系统表面具有的识别码(例如为24位识别码)，然后发送给PC上位机模块13。

需要说明的是，扫码枪，是可自动识别二维码并对二维码进行转化为二进制标准码的一种通用标准装置。

在本发明中，具体实现上，所述可编程控制模块14，是一种采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入和输出接口，实现控制被测试电池系统中的继电器的接通与断开。

具体实现上，可编程控制模块要求可扩展增加控制支路，根据控制指令快速响应完成同时或分时控制的要求。

在本发明中，具体实现上，所述高压输出控制模块12优选为高精度的可编程电压源，其用于通过接收可编程控制器模块14发送的控制指令，在输出高压信号的同时，控制被测试电池系统中具有的高压输出回路继电器矩阵，完成高压直流输出，实现对被测试电池系统中高压回路(高压输出回路继电器矩阵所连接控制)进行高压信号注入。

需要说明的是，对于所述高压输出控制模块12，其采用的高精度的可编程电压源，可以为通过通用的可编程的高精度电源仪表，可通过标准的GPIB通讯方式，对其进行需求参数值编程实现稳定的电源输出，可输出恒压或者恒流电源。

在本发明中，具体实现上，所述通讯功能及参量测试复用控制模块3，用于执行所述PC上位机模块13发来的控制指令；

具体实现上，所述通讯功能及参量测试复用控制模块3分别与仪表测试单元(由高精度信号采集仪构成，该仪表支持标准的GPIB通讯方式)及局域网检测通讯单元通过信号线相连接。具体的控制过程为：所述PC上位机模块13通过所述通讯功能及参量测试复用控制模块3，控制一个仪表测试单元(由高精度信号采集仪构成，该仪表支持标准的GPIB通讯方式)及一个局域网检测通讯单元，分时对被测试的电池系统中的通讯链路连接、电阻特性，通讯功能等预设功能进行检测。

具体实现上，信号采集仪要求支持GPIB通讯方式，采集速率快，精度高、测量信号类型可通过编程指令控制、采集数据能通过通讯方式及时发出；

具体实现上，局域网检测通讯单元为局域通讯收发器，要求抗干扰强、通讯速率快、稳定，低误码率；

具体实现上，所述PC上位机模块13的上位机界面，集成全套测试逻辑控制指令并实现数据分析故障诊断、校准及显示。

在本发明中，具体实现上，参见图1所示，所述预设多个功能模块可以包括：低压模拟信号单元1、绝缘性能检测单元2、低压回路输入使能模块4、功能模块信号模拟单元5、低压供电控制模块6、通讯回路输入使能模块7、电流输出模拟控制模块8、高压回路测试控制模块9、高压回路输出低压模拟控制模块10和恒流输出及负载回路控制模块11中的多种。

具体实现上，低压模拟信号单元1，是独立的开关电源，用于产生模拟的低压信号，通过被测试电池系统中的继电器串并联组合形成的矩阵回路(为现有电池系统中的现有回路)控制输出，用于作为被测试电池系统中的所有回路检测的注入电压。

需要说明的是，低压模拟信号单元1采用的开关电源，是能稳定输出12V或24V直流电源的一种装置，为整个测试系统工作需要提供电源。开关电源为支持GPIB通讯(一种常用的标准数据交互通讯方式)，可对需求的输出电流、电压参数进行编程控制、精度高、谐波小、响应速度快、带过流保护、短路保护、稳定输出的电源。

具体实现上，绝缘性能检测单元2，用于通过被测试电池系统中的继电器串并联组合形成的矩阵回路(为现有电池系统中的现有回路)，分别控制被测试的电池系统中高压正负极对地端注入高精度的电阻，用来模拟电池绝缘失效。

具体实现上，低压回路输入使能模块4，用于通过控制被测试电池系统中的继电器回路，分时选通使能由被测试的电池系统输出的各路低压回路，实现输入至测试系统。

具体实现上，功能模块信号模拟单元5，用于通过接收可编程控制器模块14发送的控制指令，分时产生用于模拟被测试的电池系统中具有的安全模块检测需要的模拟信号，以及被测试的电池系统中的充电管理单元的充电接口信号检测用的模拟信号等，并且，对控制选通的测试链路，注入该模拟信号实现功能检测。此模拟信号均由已编程的带MCU控制单元工作产生，该控制单元为此模块的一部分。

需要说明的是，充电管理单元，是电池系统具有的电池管理系统的一个功能单元，主要实现被测试的电池系统与充电相关的功能。

具体实现上，低压供电控制模块6，用于通过控制低压模拟信号单元1(即开关电源)的输出电压，从而为测试回路及控制系统提供供电电源。

具体实现上，通讯回路输入使能模块7，用于通过控制被测试电池系统中的继电器回路，分时选通使能各路通讯输入回路至测试系统。

具体实现上，电流输出模拟控制模块8，用于通过接收上位机发出的电流需求控制指令，高精度可编程恒流源仪表响应输出，实现模拟检测电流注入。

具体实现上，高压回路测试控制模块9，用于通过控制使能电压，对被测试电池系统中的高压输入回路控制继电器矩阵进行控制。

具体实现上，高压回路输出低压模拟控制模块10，用于通过接收可编程控制器模块14发送的控制指令，对被测试电池系统中的低压电源输出继电器矩阵进行控制选通，实现对高压回路进行注入该模拟信号

具体实现上，高精度可编程电源输出及负载回路控制模块11，用于通过控制继电器回路，分时选通使能各路电流检测输入回路至测试系统及控制负载回路，对注入的模拟电流信号产生闭合回路。

需要说明的是，在本发明中，通过电脑运行的PC上位机模块13，其集成所有测试模块间的通讯协议，通过分别与可编程控制控制器、信号发生源、测试仪表等通讯，实现所有被测回路通过控制器分时使能选通形成完整的测试环路，高效的通讯指令由电脑上位机发送至测试仪表完成被测信号电参数的精确测量并实时回传进行计算判断及显示最终测试结果；

在本发明中，通讯功能及参量测试复用控制模块3，用于实现通讯链路参量及通讯功能、安全模块、充电管理单元等的检测，PC电脑上位机实现通讯指令的集成及所有回传数据的处理，与通讯功能及参量测试复用控制模块通过局域通讯方式完成数据传输，实习通讯功能及数据准确性诊断，通过上位机机界面完成最终结果的现实；

在本发明中，恒流输出及负载回路控制模块11，其通过PC上位机模块13发来的通讯指令，控制高进度可编程电流源，分时控制负载模拟回路实现电池系统电流的检测及自动校验；

在本发明中，绝缘性能检测单元2，用于通过分时对电池系统高压正负极对地端注入高精度电阻网络来模拟电池绝缘失效、同时匹配高压输出控制模块、高压回路测试控制模块等完成系统绝缘性能及总压采集功能自动检测、自动校准，通过上位机对回传的数值进行诊断并显示。

对于本发明提供的测试系统，其可以自动检测电池系统所有的功能，包括高压模块、电流采用、通讯功能、充电管理模块、安全模块等，测试结果通过上位机自诊断完成结果判定及显示，大大提高检测效率和准确性。

需要说明的是，对于本发明，是针对新能源动力电池系统功能的自动化测试系统，具是一种基于可编程控制器模块控制的集数据采集、局域网通讯等于一体的先进全自动测试系统。

对于本发明提供的测试系统，其创新性地将测试功能项目进行集成，通过设备自主全自动化检测，大大提高检测效率，有效提高成品质量、降低生产成本。具体实现功能如下：

1、集成检测线束；

2、控制检测电池系统所有通讯链路电参数、通讯信号模拟及回路功能检测；

3、高压检测：检测系统绝缘、总压信号模拟及回路功能检测等；

4、电流采样信号模拟及回路功能检测、校准；

5、安全模块检测：信号模拟及回路功能检测；

6、充电管理单元检测：充电接口信号模拟及回路功能检测。

在本发明中，对于本发明提供的一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，整个测试系统以高度集成测试控制逻辑指令的上位机为核心控制中枢，执行单元为可编程控制模块、可编程高精度电源、高精度信号采集仪及各功能模块。其工作流程可以包括以下步骤：

第一步、被测电池系统完成高低压所有接插件物理连接；

第二步、扫码枪扫码并识别被测试电池系统表面具有的24位识别码(例如粘贴在外壳上)；

第三步、上位机软件发出控制指令至可编程控制模块、电池管理系统及相关的单元模块；

第四步、可编程控制模块控制相应的继电器矩阵，实现被测回路的输入选通；

第五步、可编程高精度电源或信号模拟单元根据指令需求对被测回路注入模拟检测信号；

第六步、电池管理系统或高精度信号采集仪对注入的模拟检测信号进行采集检测并将数据通过GPIB或局域通讯方式(一种常用的标准数据交互通讯方式)回传至PC上位机模块13；

第七步、PC上位机模块13对回传的数据进行处理分析并做判断，以上完成一项功能测试；

第八步、PC上位机模块13继续发出指令完成步骤3-7，并重复依次进行，直到以上列举功能测试项目全部完成；

第九步、PC上位机模块13检测判定所有测试项目，并完成检测。

下面结合具体的实施方式，说明本发明的具体测试过程。

一、高压测试过程。

如图1所示，被测的电池系统的高压接插件由高压回路测试控制模块9接入至本测系统，高压回路测试控制模块9、高压回路输出低压模拟控制模块10、低压模拟信号单元1、可编程控制器模块14、绝缘性能检测单元2、高压输出控制模块12、恒流输出及负载回路控制模块11、低压供电控制模块6、PC上位机模块13相互协调，通过执行集成的PC上位机模块13控制指令，完成高压功能测试。

其中，功能模块6实现测试系统上电后，可记录追溯码的扫码枪扫码并识别到被测电池系统的24位识别码后，PC上位机模块13开始工作，按照预先设计的测试流程，如测试步骤到达此项，PC上位机模块13便开始发出测试指令，分别至可编程控制器模块14，被测试电池系统的电池管理系统、恒流输出及负载回路控制模块11(可以为可编程高精度电源)，最终实现继电器矩阵的控制及模拟检测高压信号、绝缘失效等效阻值的分时注入，电池管理系统及测试仪表按照设计的逻辑分时进行参数采集测试并将测试数据通过局域通讯方式，传递至上位机进行诊断，最终进行检测结果判定

二、通讯及低压回路功能检测过程。

如图1所示，被测试的电池系统的通讯链路及低压回路接插件，由低压回路输入使能模块4、通讯回路输入使能模块7接入至本测试系统，低压模拟信号单元1、可编程控制器模块14、通讯功能及参量测试复用控制模块3、低压回路输入使能模块4、低压供电控制模块6、通讯回路输入使能模块7、PC上位机模块13相互协调，通过执行集成的PC上位机模块13控制指令，完成通讯及低压回路功能检测。

其中，低压供电控制模块6实现测试系统上电后，可记录追溯码的扫码枪扫码并识别到被测电池系统24位识别码后，PC上位机模块13开始工作，按照预先设计的测试流程，如测试步骤到达此项，PC上位机模块13便开始发出测试指令，分别至可编程控制器模块14、被测试电池系统的电池管理系统、恒流输出及负载回路控制模块11(可以为可编程高精度电源)，分时控制低压模拟信号继电器矩阵、被测试电池系统通讯链路电参数测试继电器矩阵、被测试电池系统通讯功能测试矩阵等，高精度测试仪表测试通讯链路参数以及注入的低压模拟信号值，将测试的结果通过GPIB(一种常用的标准数据交互通讯方式)的通讯方式回传至PC上位机模块13，同时电池管理系统将工作状态的数据通过局域通讯网发送至PC上位机模块13，PC上位机模块13对收到的数据进行综合处理并对通讯参量、低压回路功能作出判定显示

三、电流采样检测过程。

如图1所示，被测试的电池系统的高压接插件由恒流输出及负载回路控制模块11接入至本测系统，通讯功能及参量测试复用控制模块3、低压供电控制模块6、电流输出模拟控制模块、恒流输出及负载回路控制模块11、可编程控制模块14、PC上位机模块13相互协调，通过执行集成的PC上位机模块13控制指令，完成高压功能测试。

其中，低压供电控制模块6实现测试系统上电后，可记录追溯码的扫码枪扫码并识别到被测电池系统24位识别码后，PC上位机模块13开始工作，按照预先设计的测试流程，如测试步骤到达此项，PC上位机模块13便开始发出测试指令，分别至可编程控制器模块14、被测试电池系统的电池管理系统、恒流输出及负载回路控制模块11(可编程高精度电源)，最终实现继电器矩阵的控制及模拟电流检测信号的注入、负载闭环回路的形成，电池管理系统对电池系统被注入的电流信号进行采集测试并将测试数据通过局域通讯方式传递至PC上位机模块13进行诊断，最终进行检测结果判定，如测试结果误差较大，PC上位机模块13将根据采样反馈的数据进行分析计算，输出精确的校准参数至电池管理系统进行采样功能校准。

四、被测试电池系统中的安全模块检测过程。

参见图1所示，被测试的电池系统中的安全信号接插件由功能模块信号模拟单元5接入至本测试系统，通讯功能及参量测试复用控制模块3、功能模块信号模拟单元5、低压供电控制模块6、可编程控制器模块14、PC上位机模块13相互协调，通过执行集成的PC上位机模块13控制指令，完成安全模块功能检测。

其中，低压供电控制模块6实现测试系统上电后，可记录追溯码的扫码枪扫码，并识别到被测电池系统24位识别码后PC上位机模块13开始工作，按照预先设计的测试流程，如测试步骤到达此项，PC上位机模块13便开始发出测试指令，分别至可编程控制器模块14、被测试电池系统中的电池管理系统、恒流输出及负载回路控制模块11(可以为可编程高精度电源)，分时控制安全信号模拟发生模块继电器矩阵、安全信号输入回路，实现对被测电池系统安全模块注入安全失效模拟检测信号，同时，被测试电池系统中国湖南的电池管理系统将安全信号检测的状态数据通过局域通讯网发送至PC上位机模块13，PC上位机模块13对收到的数据进行综合处理并对安全模块功能作出判定显示。

五、被测试电池系统中的充电管理单元检测过程。

如图1所示，被测电池系统充电管理信号回路接插件由功能模块信号模拟单元5接入至本发明提供的测试系统，通讯功能及参量测试复用控制模块3、功能模块信号模拟单元5、可编程控制模块14、低压供电控制模块6、PC上位机模块13相互协调，通过执行集成的PC上位机模块13控制指令，完成通讯及低压回路功能检测。

其中，低压供电控制模块6实现测试系统上电后，可记录追溯码的扫码枪扫码并识别到被测电池系统24位识别码后，PC上位机模块13开始工作，按照预先设计的测试流程，如测试步骤到达此项，PC上位机模块13便开始发出测试指令，分别至可编程控制模块14、被测试电池系统的电池管理系统、恒流输出及负载回路控制模块11(具体为可编程高精度电源)，分时控制充电检测模拟信号继电器矩阵、充电检测信号输入回路，实现对被测电池系统中的充电检测模块注入充电检测模拟检测信号，同时电池管理系统将充电检测信号检测的状态数据通过局域通讯网发送至PC上位机模块13，PC上位机模块13对收到的数据进行综合处理并对充电管理单元的功能作出判定显示。

对于本发明，具体实现上，现有电池系统中的继电器矩阵的控制回路，通过创新的设计，采用串并组合的连接方式，能够根据测试需求进行独立或组合配置控制，同时增加各独立继电器间的互斥保护功能，能够有效避免早期研发设计测试算法逻辑调试试验阶段逻辑错误导致继电器误动作烧坏硬件或者电源回路、继电器矩阵带控制状态指示灯控制，能有效提醒研发设计人员调试的指令实施状态。

具体实现上，对于本发明，通过高度集成测试指令的上位机、可编程控制器模块等配合各仪表、模块继电器控制矩阵，在上位机界面能便捷清晰地、明确显示所有检测项目及参数配置信息，能快速检测锂电池动力系统各项功能。

需要说明的是，对于本发明，其是一种能够实现锂电池动力系统功能自动化测试、校验、诊断、显示的系统。它通过高度集成的测试控制逻辑指令的上位机，分别控制可编程控制模块、可编程高精度电源、高精度信号采集仪及各功能模块，模拟检测信号的注入及闭合环路继电器矩阵的控制，对电池系统所有通讯链路电参数、通讯信号模拟及低压回路、高压检测模块、电流采样功能、安全模块检测、充电管理单元等进行检测校准及显示。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，其可以自动、可靠地对电池系统上的功能进行检测，提高检测效率，节约高贵的人力物力，增强电池系统的安全性，进而降低电池系统的整体生产成本，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，包括PC上位机模块(13)；

所述PC上位机模块(13)，分别与可编程控制模块(14)、高压输出控制模块(12)、通讯功能及参量测试复用控制模块(3)以及预设多个功能模块，通过信号线相连接。

2.如权利要求1所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述PC上位机模块(13)与一个扫码枪相连接，所述扫码枪用于扫描并识别被测试的电池系统表面具有的识别码，然后发送给PC上位机模块(13)。

3.如权利要求1所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述高压输出控制模块(12)为可编程电压源。

4.如权利要求1所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述通讯功能及参量测试复用控制模块(3)，用于执行所述PC上位机模块(13)发来的控制指令。

5.如权利要求4所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述通讯功能及参量测试复用控制模块(3)分别与仪表测试单元及局域网检测通讯单元通过信号线相连接。

6.如权利要求5所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述仪表测试单元为信号采集仪。

7.如权利要求5所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述局域网检测通讯单元为局域通讯收发器。

8.如权利要求1至7中任一项所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述预设多个功能模块包括：低压模拟信号单元(1)、绝缘性能检测单元(2)、低压回路输入使能模块(4)、功能模块信号模拟单元(5)、低压供电控制模块(6)、通讯回路输入使能模块(7)、电流输出模拟控制模块(8)、高压回路测试控制模块(9)、高压回路输出低压模拟控制模块(10)和恒流输出及负载回路控制模块(11)中的多种。

9.如权利要求8所述的锂电池动力系统功能自动化测试系统，其特征在于，所述低压模拟信号单元(1)是独立的开关电源。