CN112578289A - 一种双向电源的dc-dc电池模拟器以及测试方法 - Google Patents

一种双向电源的dc-dc电池模拟器以及测试方法 Download PDF

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Abstract

一种双向电源的DC‑DC电池模拟器,包括内置于双向电源的电池模拟器模块、BMS电池管理系统模块、DC‑DC变换器模块;电池模拟器模块用于配置电池模拟器的参数;BMS电池管理系统模块用于设定DC‑DC变换器模块的输出端参数,采集、并传递电池参数;DC‑DC变换器模块用于根据BMS电池管理系统模块设定的输出端目标值进行输出端参数的调整。本发明将DC‑DC变换器内置到双向电源器件内部,客户可根据自己的需要任意设定DC‑DC变换器的输出电压,电流和功率,提供了强大灵活性的同时为客户降低了测试成本。

Description

一种双向电源的DC-DC电池模拟器以及测试方法
技术领域
本发明属于电源技术领域,涉及一种双向电源的DC-DC电池模拟器以及检测方法。
背景技术
电动汽车将会是道路汽车未来的趋势,因此衍生出相关许多技术需求,特别是汽车内部的动力电池技术的发展成为电动汽车炙手可热的研究热点,动力电池模拟器是经常被用于模拟动力电池特性的重要测试工具,常见的电池模拟器需要配合外部DC-DC变换器再接到待测物(汽车电机),常见的电池模拟器无法支持常用的BMS通信协议,而且大功率DC-DC变换器也很难购买和制作,其灵活性难以满足当前热门的汽车动力电池的研究需求。
一般电池模拟器的基本模型框图及原理为:如图1所示:电池包是由多个单节电池通过串联/并联得到,这个框图中,串联个数为3,并联个数为3,我们可以这样来理解:先是3个电池串联组成一个电池包A,然后由3个A并联组成大电池包。这里,我们要求电池包内部的每个电池单体的参数都是一样的(如单节电池内阻,单节电池开路电压,单节电池满容量电压,单节电池容量等)。电池模拟可以有两种使用场景,即表格对应关系和公式计算方式:
(1)使用场景一:表格对应关系
根据电池实际特性,在不同容量下,电池的内阻是不一样的,因此,我们同时支持用户将电池容量与内阻的对应关系导入到机器内部进行执行。例如,我们假设有如下的电池(电池包)容量与电池内阻的关系对照表格:
Figure 228771DEST_PATH_IMAGE001
电池模拟器支持客户编辑好SOC与VOC及R的对应关系,然后通过CSV文件方式导入到机器内部执行,该使用场景可以较为精确地模拟电池的实际特性。其中,SOC为电池容量,VOC为电池的开路电压,R为电池内阻。
(2)使用场景二:计算公式
SOC与电池的电压近似为线性的关系,随着SOC的上升,电压也将上升。当电压达到满电压的时候,电压将继续上升。用户可以通过设定OVP来停止电池的充电。随着SOC的下降,电压也将下降,当电压达到空电压的时候,电压继续下降。用户可以通过设定UVP来停止电池的放电。符号说明:OVP过压保护,UVP欠压保护,serial是电池包内部串联电池的数量,parallel是电池包内部并联电池的数量,capacity是单节电池的容量。
模拟电池电压的计算公式:
Figure 349174DEST_PATH_IMAGE002
注意:
Figure 128911DEST_PATH_IMAGE003
:模拟电池的电压,该电压值不一定等于电池实际电压值;
Figure 524121DEST_PATH_IMAGE004
:电池充满时的电压;
Figure 338493DEST_PATH_IMAGE005
:电池空时的电压;
Figure 98638DEST_PATH_IMAGE006
:模拟电池的实际电压,该电压值不一定等于
Figure 365672DEST_PATH_IMAGE007
Serial:串联个数;SOC:荷电状态;
SOC的计算公式:
Figure 564572DEST_PATH_IMAGE008
注意:soc_start:初始荷电状态;
aH:机器统计的安时,这里的aH统计使用
Figure 233451DEST_PATH_IMAGE009
, aH =
Figure 397453DEST_PATH_IMAGE010
dt;
上述电池计算公式是通用的推导过程,具体的
Figure 151783DEST_PATH_IMAGE011
和SOC还跟电池与DC-DC的接法有关系,不同的接法,推导过程有差异。
发明内容
本发明的目的是提供一种双向电源的DC-DC电池模拟器以及检测方法,其将动力电池测试系统使用到的DC-DC变换器内置到了双向电源器件内部,客户可根据自己的需要,任意设定DC-DC变换器的输出电压,电流和功率,提供了强大的灵活性的同时为客户降低了测试成本。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种双向电源的DC-DC电池模拟器,包括内置于双向电源的电池模拟器模块、BMS电池管理系统模块、DC-DC变换器模块;
电池模拟器模块用于配置电池模拟器的参数;
BMS电池管理系统模块用于设定DC-DC变换器模块的输出端参数,采集、并传递电池参数;
DC-DC变换器模块用于根据BMS电池管理系统模块设定的输出端目标值进行输出端参数的调整;
其中:电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输入端或者输出端相连,所述BMS电池管理系统模块分别与DC-DC变换器模块、电池模拟器模块相连;DC-DC变换器模块外接待测物。
一种电池模拟器的测试的方法,基于权利要求1所述的DC-DC电池模拟器,包括如下测试步骤:
A、电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输入端相连,实现
Figure 888795DEST_PATH_IMAGE012
B、 以DC-DC变换器模块为对象,根据DC-DC变换器模块两端功率守恒定律,得:
Figure 412180DEST_PATH_IMAGE013
由以上三个式子算式得
Figure 45287DEST_PATH_IMAGE014
的解:
Figure 286912DEST_PATH_IMAGE015
C、以
Figure 562036DEST_PATH_IMAGE016
作为电池模拟器模块中电池的电流,并使用该值做电流积分计算aH,如下:
Figure 205507DEST_PATH_IMAGE017
D、通过aH计算出SOC,通过SOC计算出
Figure 478356DEST_PATH_IMAGE018
E、BMS电池管理系统模块按照协议通过总线接口上报电池的电压、电流、功率参数。
一种电池模拟器的测试的方法,基于权利要求1所述的DC-DC电池模拟器,包括如下测试步骤:
(1) 电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输出端相连;
(2)根据
Figure 207278DEST_PATH_IMAGE019
Figure 286092DEST_PATH_IMAGE020
关系得出
Figure 784069DEST_PATH_IMAGE021
值,具体为:
Figure 555716DEST_PATH_IMAGE022
,则得
Figure 444038DEST_PATH_IMAGE023
,否则
Figure 326543DEST_PATH_IMAGE024
(3) 根据DC-DC变换器模块两端功率守恒定律:
Figure 679027DEST_PATH_IMAGE025
得:
Figure 621575DEST_PATH_IMAGE026
(4)以
Figure 495728DEST_PATH_IMAGE027
作为电池模拟器模块中电池的电流,并使用该值做电流积分计算aH,如下:
Figure 916345DEST_PATH_IMAGE028
(5)通过aH计算出SOC,通过SOC计算出
Figure 388915DEST_PATH_IMAGE029
(6)BMS电池管理系统模块按照协议通过总线接口上报电池的电压、电流、功率参数。
本发明将动力电池测试系统使用到的DC-DC变换器模块内置到了IT6000机器内部,客户根据自己的需要,任意设定DC-DC变换器模块的输出电压,电流和功率,提供了强大的灵活性的同时为客户降低了测试成本。除了支持常见的BMS通信协议,还支持客户完全自定义的通信协议,提高了客户测试调试的灵活性和便利性。
附图说明
图1为电池模拟器的基本模型框图结构;
图2是本发明的原理方框图;
图3是本发明中DC-DC变换器模块示意图;
图4是本发明实施例一对应的连接示意图;
图5是本发明实施例二对应的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本实施例及说明书和权利要求书中用到的符号具体说明为:
Figure 502365DEST_PATH_IMAGE030
:双向电源内部控制环路的电压设定值;
Figure 427595DEST_PATH_IMAGE031
:双向电源内部控制环路的电流设定值;
Figure 324007DEST_PATH_IMAGE032
:双向电源内部控制环路的功率设定值;
Figure 385504DEST_PATH_IMAGE033
: 模拟电池电压;
Figure 669855DEST_PATH_IMAGE034
:减去电池内阻后电池对外的输出电压(V);
Figure 285644DEST_PATH_IMAGE035
:电池放电电流或充电电流(A);
Figure 313643DEST_PATH_IMAGE036
:DC-DC模块的输出电压(V);
Figure 495225DEST_PATH_IMAGE037
:待测物吸收电流(A);
Figure 622581DEST_PATH_IMAGE038
:BMS设定的DC-DC输出电压(V);
Figure 522404DEST_PATH_IMAGE039
: BMS设定的DC-DC输出电流(A);
Figure 88515DEST_PATH_IMAGE040
: BMS设定的DC-DC输出功率(W);
Figure 390183DEST_PATH_IMAGE041
:用户设定的DC-DC欠压点(V);
Figure 186976DEST_PATH_IMAGE042
:用户设定的DC-DC过压点(V);
Conn: 电池模拟器模块与DC-DC变换器模块的连接类型,0为电池模拟器模块与DC-DC变换器模块的输入端相连,1为电池模拟器模块与DC-DC变换器模块的输出端相连。
实施例1:
如图2-图4所示:本实施例以双向电源为例,具体为一种基于双向电源的DC-DC电池模拟器,包括内置于双向电源的电池模拟器模块、BMS电池管理系统模块、DC-DC变换器模块;其中:电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输入端或者输出端相连,所述BMS电池管理系统模块分别与DC-DC变换器模块、电池模拟器模块的逻辑接口相连;DC-DC变换器模块外接待测物。
在具体实施中,上述电池模拟器模块、BMS电池管理系统模块、DC-DC变换器模块都是逻辑功能模块,在物理上基于双向性电源,模块之间的通信通过固件相互调用。
本实施例中:电池模拟器模块为核心模块,用户可以配置电池模拟器的参数,包括:系统参数:初始SOC,电池串联个数,电池并联个数,最大放电电流I+(A),最大充电电流I-(A);单节电池参数:满电压值(V),开路电压值(V),内阻值(mΩ),容量(mAH)。
DC-DC变换器模块用于根据客户设定的目标值
Figure 574095DEST_PATH_IMAGE043
进行调整机器的输出。本模块用户可以配置的参数,包括:
Figure 943896DEST_PATH_IMAGE044
: 即BMS设定的DC-DC输出电压值(V);
Figure 772175DEST_PATH_IMAGE045
: 即BMS设定的DC-DC输出电流值(A);
Figure 569229DEST_PATH_IMAGE046
: 即BMS设定的DC-DC输出功率值(W);
Figure 178065DEST_PATH_IMAGE047
:用户设定DC-DC的输入端电压上限值(V);
Figure 289241DEST_PATH_IMAGE048
:用户设定DC-DC的输入端电压下限值(V);
BMS电池管理系统模块:可用户根据需要,设定DC-DC变换器模块的输出端参数,配置相应的上传参数,通过该模块将电池的参数上报出去,相关参数包括:电池的soc,充电电压,放电电压,充电电流,放电电流,充电功率,放电功率。
如图3所示:本实施例涉及的DC-DC变换器模块,本实施例中的DC-DC变换器模块为双向DC-DC,即电流的流向可以是两个方向:流入或流出。
本DC-DC变换器模块设有输入接口和输出接口。其中输入接口的电压值受到
Figure 299922DEST_PATH_IMAGE049
Figure 267878DEST_PATH_IMAGE050
的限制,
Figure 364010DEST_PATH_IMAGE049
Figure 13297DEST_PATH_IMAGE050
都是用户通过UI界面菜单事先设置好的DC-DC输入端电压的上下限值。DC-DC变换器模块的输出端由BMS电池管理系统模块进行控制,涉及三个参数为:BMS设定电压值
Figure 878485DEST_PATH_IMAGE051
,BMS设定电流值
Figure 17342DEST_PATH_IMAGE052
,BMS设定功率值
Figure 36989DEST_PATH_IMAGE053
,上述三个值可由外部的CAN通信按照BMS协议进行设定。
如图4所示:电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输入端相连。
根据上述接法,本发明的具体测试步骤及算法为:
A、根据上述接法,得
Figure 286705DEST_PATH_IMAGE054
B、以DC-DC变换器模块为对象,根据DC-DC变换器模块两端功率守恒定律,
得:
Figure 271978DEST_PATH_IMAGE055
由以上三个式子算式得
Figure 581737DEST_PATH_IMAGE056
的解:
Figure 590144DEST_PATH_IMAGE057
C、以
Figure 643551DEST_PATH_IMAGE058
作为电池模拟器模块中电池的电流,并使用该值做电流积分计算aH,如下:
Figure 483331DEST_PATH_IMAGE059
D.通过aH计算出SOC,通过SOC计算出
Figure 963991DEST_PATH_IMAGE060
E、BMS电池管理系统模块按照协议通过总线接口定时上报电池的电压、电流、功率参数。
实施例2:
如图5所示:在实施例1的基础上,改变电池模拟器模块与DC-DC变换器模块的接法,使得电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输出端相连。
根据上述接法,本发明的具体测试步骤及算法为:
(1)电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输出端相连;
(2)根据
Figure 194115DEST_PATH_IMAGE019
Figure 51212DEST_PATH_IMAGE020
关系得出
Figure 745499DEST_PATH_IMAGE021
值,具体为:
Figure 397060DEST_PATH_IMAGE022
,则得
Figure 380060DEST_PATH_IMAGE023
,否则
Figure 775269DEST_PATH_IMAGE024
(3) 根据DC-DC变换器模块两端功率守恒定律:
Figure 324062DEST_PATH_IMAGE025
得:
Figure 412104DEST_PATH_IMAGE026
其中,P表示为公式运用中的中间量,即理解为用户设定功率值
Figure 115355DEST_PATH_IMAGE061
与待测物实际的功率值
Figure 314255DEST_PATH_IMAGE062
之间的小值。
(4) 以
Figure 717555DEST_PATH_IMAGE063
作为电池模拟器模块中电池的电流,并使用该值做电流积分计算aH,如下:
Figure 976498DEST_PATH_IMAGE064
(5)通过aH计算出SOC,通过SOC计算出
Figure 668510DEST_PATH_IMAGE065
(6)BMS电池管理系统模块按照协议通过总线接口定时上报电池的电压、电流、功率参数。
本发明内置了DC-DC变换器模块,大大降低客户测试成本。本发明通过BMS电池管理系统模块,实现支持BMS标准协议,支持用户完全自定义协议,提高了客户测试灵活性。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种双向电源的DC-DC电池模拟器,其特征在于:包括内置于双向电源的电池模拟器模块、BMS电池管理系统模块、DC-DC变换器模块;
电池模拟器模块用于配置电池模拟器的参数;
BMS电池管理系统模块用于设定DC-DC变换器模块的输出端参数,采集、并传递电池参数;
DC-DC变换器模块用于根据BMS电池管理系统模块设定的输出端目标值进行输出端参数的调整;
其中:电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输入端或者输出端相连,所述BMS电池管理系统模块分别与DC-DC变换器模块、电池模拟器模块相连;DC-DC变换器模块外接待测物。
2.一种电池模拟器的测试的方法,其特征在于,基于权利要求1所述的DC-DC电池模拟器,包括如下测试步骤:
A、电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输入端相连,实现
Figure 376435DEST_PATH_IMAGE001
B、 以DC-DC变换器模块为对象,根据DC-DC变换器模块两端功率守恒定律,得:
Figure 651559DEST_PATH_IMAGE002
由以上三个式子算式得
Figure 481981DEST_PATH_IMAGE003
的解:
Figure 817147DEST_PATH_IMAGE004
C、以
Figure 483752DEST_PATH_IMAGE005
作为电池模拟器模块中电池的电流,并使用该值做电流积分计算aH,如下:
Figure 562566DEST_PATH_IMAGE006
D、通过aH计算出SOC,通过SOC计算出
Figure 188107DEST_PATH_IMAGE007
E、BMS电池管理系统模块按照协议通过总线接口上报电池的电压、电流、功率参数。
3.一种电池模拟器的测试的方法,基于权利要求1所述的DC-DC电池模拟器,包括如下测试步骤:
(1)电池模拟器模块的输出端与DC-DC变换器模块的输出端相连;
(2)根据
Figure 959754DEST_PATH_IMAGE008
关系得出
Figure 97343DEST_PATH_IMAGE009
值,具体为:
Figure 979848DEST_PATH_IMAGE010
(3) 根据DC-DC变换器模块两端功率守恒定律:
Figure 270015DEST_PATH_IMAGE011
(4) 以
Figure 212564DEST_PATH_IMAGE012
作为电池模拟器模块中电池的电流,并使用该值做电流积分计算aH,如下:
Figure 837449DEST_PATH_IMAGE013
(5)通过aH计算出SOC,通过SOC计算出
Figure 258066DEST_PATH_IMAGE014
(6) BMS电池管理系统模块按照协议通过总线接口上报电池的电压、电流、功率参数。
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