CN110658458A - 一种电池组仿真系统 - Google Patents
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Abstract
一种电池组仿真系统，其包括上位机、多个中位机以及多组下位机，通过上位机向下位机发送数据模型，下位机将接收到的数据模型进行存储并根据上位机的同步信号运行数据模型且输出模拟数据，中位机同步采集与之通讯的下位机的模拟数据并发送给上位机；同时上位机将BMS检测的下位机端口的数据与模拟数据进行对比以判定BMS的工作状态。通过增设中位机，多个中位机同时对相对应的多组下位机的模拟数据进行采集，并在汇总后通过网络发送给上位机，使得上位机、中位机以及下位机之间的工作时间实时同步，在便于读取数据的同时更能真实反映下位机在实际工作过程中的动态曲线；此外，部分数据的计算和错误判断功能可由中位机完成，提高了上位机的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种电池组仿真系统。
背景技术
电池组仿真系统，指的是模拟电池真实情况的虚拟电池，用于测试BMS(batterymanagement system，电池管理系统)及电动汽车控制器在真实路况下的使用情况。目前，上位机通过RS485通讯把数据下发给下位机，下位机再把实际电性能数据上传到上位机，但是，由于RS485通讯是逐个访问下位机的，因此只能一次下发，再一次上传，使得运行时间很长，导致速度太慢而无法真实反映电池在工作过程中的动态曲线。
因此，传统的技术方案中的电池组仿真系统存在运行速度太慢而无法真实反映电池在工作过程中的动态曲线的问题。
发明内容
本发明提供一种电池组仿真系统，旨在解决传统的技术方案中的电池组仿真系统存在运行速度太慢而无法真实反映电池在工作过程中的动态曲线的问题。
本发明是这样实现的，一种电池组仿真系统，包括：上位机、多个中位机以及多组下位机；
所述上位机和所述下位机分别与BMS通讯连接，所述中位机连接于所述上位机和所述下位机之间，各组所述下位机分别与相应的一个所述中位机通讯；
所述上位机向所述下位机发送数据模型，所述下位机将接收到的所述数据模型进行存储，并根据所述上位机的同步信号运行所述数据模型且输出模拟数据，所述中位机同步采集与之通讯的所述下位机的模拟数据并发送给上位机；同时所述BMS根据所述模拟数据的参数类型进行检测所述下位机端口输出的相应数据，并将检测数据反馈至所述上位机，所述上位机根据所述模拟数据和所述检测数据进行对比以判定所述BMS的工作状态。
上述的电池组仿真系统，通过增设中位机，多个中位机同时对相对应的多组下位机的模拟数据进行采集，并在汇总后通过网络发送给上位机，使得上位机、中位机以及下位机之间的工作时间实时同步，在便于读取数据的同时更能真实反映下位机在实际工作过程中的动态曲线；此外，部分数据的计算和错误判断功能可通过中位机完成，提高了上位机的工作效率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的电池组仿真系统的模块示意图；
图2为本发明另一实施例提供的电池组仿真系统的模块示意图；
图3为本发明一实施例提供的虚拟电池模组的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的虚拟电池单元的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的电流模拟模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明较佳实施例提供的电池组仿真系统的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
参考图1，一种电池组仿真系统，包括：上位机10、多个中位机20以及多组下位机30。
其中，上位机10和下位机30分别与BMS连接，中位机20连接于上位机10和下位机30之间，各组所述下位机分别与相应的一个所述中位机通讯；上位机10向下位机30发送数据模型，下位机30将接收到的数据模型进行存储，并根据上位机的同步信号运行所述数据模型且输出模拟数据，中位机20同步采集与之通讯的所述下位机的模拟数据并发送给上位机10；同时BMS根据模拟数据的参数类型进行检测下位机端口输出的相应数据，并将检测数据反馈至上位机10，上位机10根据模拟数据和检测数据进行对比以判定BMS的工作状态。在其他实施例中，可以由上位机10向中位机20发送数据模型，再通过中位机分别向相应的下位机30转发数据模型。上位机10通过RS-485通讯、RS-232通讯或者网络，一次把整个电池组的特征数据(包括电压数据、电流数据、容量数据以及时间数据等)发送给下位机并存储于下位机中，下位机根据下发的特征数据进行仿真，并且在仿真的过程中无需执行下发数据的工序；省略上位机一次下发，下位机再一次上传的繁琐过程，大大缩短了仿真系统的运行时间。增设了中位机的仿真系统可做到毫秒级同步，50ms的跳变电压，可真实反映电池在实际工作过程中的动态曲线。
在其中一个实施例中，参考图2，上位机10的数量为1个，中位机20的数量为1-8个，各个中位机20通过交换机分别与一个上位机10连接，各组所述下位机分别与相应的一个所述中位机通讯。在具体的实施例中，中位机20的数量为8个。
在其中一个实施例中，参考图2，每组下位机30包括虚拟电池模组31和电流模拟模块32；其中，虚拟电池模组31与BMS和中位机20连接，用于接收和存储数据模型，并根据数据模型进行电压模拟以输出电压模拟数据；电流模拟模块32与BMS和上位机10连接，用于根据接收的数据模型进行电流模拟以输出电流模拟数据。数据模型包括电池数据模型和电流数据模型，其中，电池数据模型包括磷酸铁锂电池、三元锂以及钛酸锂的数据模型，用户可以在这三种电池的数据模型中选择，并且给出了电池的容量值、内阻值以及使用过程中的电流大小，电池模拟单元310可根据设定值进行真实电池模拟输出。
在其中一个实施例中，与每个中位机20连接的虚拟电池模组31的数量为1-4个。
在其中一个实施例中，参考图3，虚拟电池模组31包括1-8个虚拟电池单元310，每个虚拟电池单元310均与中位机20连接。电池模拟单元输出的电流为定值，多个虚拟电池模组31可以分别用来模拟不同电压，从而输出变化的电压数据。
如上述上位机、中位机以及下位机之间通过通信口连接，该通信口包括RS-232接口、RS-485接口以及CAN总线。
在其中一个实施例中，参考图5，电流模拟模块32包括：第一控制单元322、第一通讯单元321、第一供给单元323、第一反馈控制单元324、第一功率单元325、第一采样单元326、充放电切换单元327以及第一电源单元328。
其中，第一通讯单元321的第一端与上位机连接，第一通讯单元321的第二端与第一控制单元322的第一端连接，第一控制单元322的第二端与第一供给单元323的第一端连接，第一供给单元323的第二端与第一反馈控制单元324的第一端连接，第一反馈控制单元324的第二端与第一功率单元325的第一端连接，第一功率单元325的第二端与第一采样单元326的第一端连接，第一采样单元326的第二端与充放电切换单元327的第一端连接，充放电切换单元327的第二端与第一控制单元322的第三端连接。
第一控制单元322通过第一通讯单元321与上位机通讯，接收数据模型，同时控制第一供给单元323生成模拟电流，第一供给单元323向第一反馈单元输出模拟电流，第一反馈单元控制反馈环路以控制模拟电流的输出精度，再通过第一功率单元325对模拟电流进行控制调节以便输出，采样单元对控制调节后的模拟电流进行采样，并将模拟电流数据反馈至第一控制单元322，再通过第一通讯单元321发送给上位机，充放电切换单元327用于选择充电或者放电方向，第一电源单元328用于供电。在具体的实施例中，第一控制单元322可采用ARM(Advanced RISC Machine，高级精简指令集计算机)控制器，第一通讯单元321采用型号为ADM2483的RS-485通讯芯片，第一供给单元323和第一采样单元326均可采用24位的ADC1256(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)芯片，第一反馈控制单元324可采用OPA188运放搭建的误差放大器反馈环路，第一功率单元325主要采用MOS管、二极管以及均衡电路组成，充放电切换单元327采用欧姆龙的继电器组成切换板，再由单片机控制其导通或者断开来切换充放电方向。电流模拟模块可以在低电压状态下模拟BMS采集电流值，精度可达到0.05％，电流启动时间小于500us，以及50ms的电流跳变。
在其中一个实施例中，参考图4，虚拟电池单元310包括：第二通讯单元311、第二控制单元312、存储单元313、第二供给单元314、第二反馈控制单元315、第二功率单元316、第二采样单元317以及第二电源单元318；
第二通讯单元311的第一端与中位机连接，第二通讯单元311的第二端与第二控制单元312的第一端连接，第二控制单元312的第二端与存储单元313连接，第二控制单元312的第三端与第二供给单元314的第一端连接，第二供给单元314的第二端与第二反馈控制单元315的第一端连接，第二反馈控制单元315的第二端与第二功率单元316的第一端连接，第二功率单元316的第二端与第二采样单元317的第一端连接，第二采样单元317的第二端与第二控制单元312的第四端连接。
第二控制单元312通过第二通讯单元311与上位机通讯，接收数据模型并保存在存储单元313，同时控制第二供给单元314生成模拟电压，第二供给单元314向第二反馈单元输出模拟电压，第二反馈单元控制反馈环路以控制模拟电压的输出精度，再通过第二功率单元316对模拟电压进行控制调节以便输出，采样单元对控制调节后的模拟电压进行采样，并将模拟电压数据反馈至第二控制单元312，再通过第二通讯单元311发送给中位机，第二电源单元318用于供电。
在具体的实施例中，存储单元313可采用型号为FM25V10的EEPROM(ElectricallyErasable Programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)存储器，第二控制单元312可采用ARM(Advanced RISC Machine，高级精简指令集计算机)控制器，第二通讯单元311采用型号为ADM2483的RS-485通讯芯片，第二供给单元314和第二采样单元317均可采用24位的ADC1256(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)芯片，第二反馈控制单元315可采用OPA188运放搭建的误差放大器反馈环路，第二功率单元316主要采用MOS管、二极管以及均衡电路组成。
在其中一个实施例中，电流模拟模块包括用于模拟实际电流的实际电流模拟单元和用于模拟电流霍尔方式的电流霍尔模拟单元。电流模拟单元可以模拟实际电流，通过用户的分流器向BMS输入信号，电流霍尔模拟单元可以模拟电流霍尔方式的模拟电流，通过向BMS输入电压型霍尔信号或者电流型霍尔信号。
下面以图2所示的电池组仿真系统为例对其工作原理进行说明，详述如下：
通过上位机软件向虚拟电池模组31发送电池数据模型，向电流模拟模块32发送电流数据模型，模拟电池模组31和电流模拟模块32接收到相应的数据模型后，开始根据用户预先设定的特征数据进行模拟工作，在模拟工作过程中，中位机20通过RS-485逐个采集模拟电池模组31中的每个模拟电池单元310中的模拟电压数据，中位机20将采集到的模拟电压数据通过网络发送给上位机10，电流模拟模块32在模拟工作中向上位机10输出模拟电流数据，同时模拟电池模组31和电流模拟模块32向BMS输出电压和电流参数，BMS根据仿真系统模拟的参数类型对下位机端口的输出进行检测，并将检测数据反馈到上位机，上位机根据模拟电池模组31和电流模拟模块32发送的模拟数据和BMS反馈的检测数据进行对比，若模拟数据和检测数据相同或者在预设范围内，说明BMS的工作正常，若模拟数据和检测数据超出预设范围，说明BMS出现异常。例如，模拟电池模组31模拟12V电压的输出，若BMS检测到下位机端口的数据不是12V，并且不在误差允许的范围内，说明BMS出现异常。
本发明的有益效果：
1、通过增设中位机，中位机通过多串口同时把多个电池模拟单元的模拟数据进行全部采集，汇总后通过网络发送给上位机，使得上位机与中位机之间的工作时间实时同步，保证了所有单元工作的同步性。
2、每个中位机自带硬件接口可输出同步信号，可以同时控制多个电池模拟单元输出电压数据，保证了数据的实时性，能够真实反映电池在实际工作过程中的动态曲线。
3、部分数据的计算和错误判断功能可通过中位机完成，可以减少上位机的工作量，提高了上位机的工作效率。
4、下发电池数据模型时，中位机可以把参数逐一下发给虚拟电池单元，而不需客户一个一个选择。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池组仿真系统，其特征在于，所述电池组仿真系统包括：上位机、多个中位机以及多组下位机；
所述上位机和所述下位机分别与BMS通讯连接，所述中位机连接于所述上位机和所述下位机之间，各组所述下位机分别与相应的一个所述中位机通讯；
所述上位机向所述下位机发送数据模型，所述下位机将接收到的所述数据模型进行存储，并根据所述上位机的同步信号运行所述数据模型且输出模拟数据，所述中位机同步采集与之通讯的所述下位机的模拟数据并发送给上位机；同时所述BMS根据所述模拟数据的参数类型进行检测所述下位机端口输出的相应数据，并将检测数据反馈至所述上位机，所述上位机根据所述模拟数据和所述检测数据进行对比以判定所述BMS的工作状态。
2.如权利要求1所述的电池组仿真系统，其特征在于，所述中位机的数量为1-8个，各个所述中位机通过交换机分别与所述上位机连接。
3.如权利要求2所述的电池组仿真系统，其特征在于，每组所述下位机包括：
与所述BMS和所述中位机连接，用于接收和存储所述数据模型，并根据所述数据模型进行电压模拟以输出电压模拟数据的虚拟电池模组；和
与所述BMS和所述上位机连接，用于根据接收的所述数据模型进行电流模拟以输出电流模拟数据的电流模拟模块。
4.如权利要求3所述的电池组仿真系统，其特征在于，所述电流模拟模块包括：第一通讯单元、第一控制单元、第一供给单元、第一反馈控制单元、第一功率单元、第一采样单元、充放电切换单元以及第一电源单元；
所述第一通讯单元的第一端与所述上位机连接，所述第一通讯单元的第二端与所述第一控制单元的第一端连接，所述第一控制单元的第二端与所述第一供给单元的第一端连接，所述第一供给单元的第二端与所述第一反馈控制单元的第一端连接，所述第一反馈控制单元的第二端与所述第一功率单元的第一端连接，所述第一功率单元的第二端与第一采样单元的第一端连接，所述第一采样单元的第二端与所述充放电切换单元的第一端连接，所述充放电切换单元的第二端与所述第一控制单元的第三端连接；
所述第一控制单元通过所述第一通讯单元与所述上位机通讯，接收所述数据模型，同时控制所述第一供给单元生成模拟电流，所述第一供给单元向所述第一反馈单元输出所述模拟电流，所述第一反馈单元控制反馈环路以控制所述模拟电流的输出精度，再通过所述第一功率单元对所述模拟电流进行控制调节以便输出，所述第一采样单元对控制调节后的所述模拟电流进行采样，并将得到的所述模拟电流数据反馈至所述第一控制单元，再通过所述第一通讯单元发送给所述上位机，所述充放电切换单元用于选择充电或者放电方向，所述第一电源单元用于供电。
5.如权利要求3所述的电池组仿真系统，其特征在于，与每个所述中位机连接的所述虚拟电池模组的数量为1-4个。
6.如权利要求3所述的电池组仿真系统，其特征在于，所述虚拟电池模组包括1-8个虚拟电池单元，每个虚拟电池单元均与所述中位机连接。
7.如权利要求3或6所述的电池组仿真系统，其特征在于，所述虚拟电池单元包括：第二通讯单元、第二控制单元、存储单元、第二供给单元、第二反馈控制单元、第二功率单元、第二采样单元以及第二电源单元；
所述第二通讯单元的第一端与所述中位机连接，所述第二通讯单元的第二端与所述第二控制单元的第一端连接，所述第二控制单元的第二端与所述存储单元连接，所述第二控制单元的第三端与所述第二供给单元的第一端连接，所述第二供给单元的第二端与所述第二反馈控制单元的第一端连接，所述第二反馈控制单元的第二端与所述第二功率单元的第一端连接，所述第二功率单元的第二端与第二采样单元的第一端连接，所述第二采样单元的第二端与所述第二控制单元的第四端连接；
所述第二控制单元通过所述第二通讯单元与所述上位机通讯，接收所述数据模型并保存在所述存储单元，同时控制所述第二供给单元生成模拟电压，所述第二供给单元向所述第二反馈单元输出所述模拟电压，所述第二反馈单元控制反馈环路以控制所述模拟电压的输出精度，再通过所述第二功率单元对所述模拟电压进行控制调节以便输出，所述第二采样单元对控制调节后的所述模拟电压进行采样，并将得到的模拟电压数据反馈至所述第二控制单元，再通过所述第二通讯单元发送给所述中位机，所述第二电源单元用于供电。
8.如权利要求1至6任一项所述的电池组仿真系统，其特征在于，所述数据模型包括电池数据模型和电流数据模型。
9.如权利要求8所述的电池组仿真系统，其特征在于，所述电流模拟模块包括用于模拟实际电流的实际电流模拟单元和用于模拟电流霍尔方式的电流霍尔模拟单元。
10.如权利要求1至9任一项所述的电池组仿真系统，其特征在于，所述上位机、所述中位机以及所述下位机之间通过通信口连接，所述通信口包括RS-232接口、RS-485接口以及CAN总线。
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| GR01 | Patent grant | ||
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