CN112611580A - 一种新能源汽车bms硬件在环测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台，包括：工控机、显示器、网络交换机、待测BMS、转接接口矩阵、第一程控电源、第二程控电源、PCI9810I CAN通信板卡、NI PXI‑6221多功能I/O板卡、Pickering PCI高精度电阻卡和6通道电池模拟器板卡；所述工控机安装Matlab/simulink软件、Labview软件和Teststand软件；所述工控机利用以太网连接网络交换机控制转接接口矩阵、第一程控电源和第二程控电源；所述工控机通过PCI9810I CAN通信板卡与待测BMS通信；所述转接接口矩阵一端连接待测BMS，另一端连接NI PXI‑6221多功能I/O板卡、Pickering PCI高精度电阻卡、6通道电池模拟器板卡和第二程控电源。优点是在尽可能逼真的模拟环境中对BMS控制器的关键参数采集功能、SOC估算功能、均衡功能以及充电管理功能进行测试。
Description
技术领域
本发明属于汽车电子测试领域，特别是涉及一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台。
背景技术
在当今环境污染问题和能源短缺问题日益严峻的大环境下，新能源汽车相对于传统燃油汽车来说，其节能减排的作用受到了政府和民众的广泛关注和重视，电池管理系统(Battery Management System)是新能源汽车最重要的部分；由硬件电路、底层软件和应用层软件组成，管理电池的充放电，使电池处于一个最佳的状态。通过BMS的有效管理可以提高动力电池包的使用性能并延长其使用寿命。BMS监测模块具备实时检测单体电池和电池包工作参数(如电压、电流、温度等)的功能，这对预估整车续航时间和电池的安全性能是至关重要的。
传统上，针对电池管理单元的测试仅仅局限于检测电压采集、温度采集、模拟输出、数字输入、开关信号和CAN信号等硬件在线测试，而缺乏对BMS的核心功能SOC估算、均衡功能以及充电管理功能等方面的测试，已经无法满足当前电池管理单元的测试需求。
为了保证电池管理系统在新能源汽车上能安全稳定运行，必须在新能源汽车开发和生产过程中对电池管理系统控制器进行硬件在环测试，需要设计一款检测平台给控制器建立虚拟的运行环境，给定一些输入信号并检测输出信号，对电池管理电源控制器的关键参数采集功能、电池荷电状态估算功能、均衡功能以及充电管理功能进行严格测试，提高新能源汽车电池管理系统的稳定性与安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台及测试方法，解决传统电池管理系统硬件在线测试平台只能对电池管理单元电压、电流、温度、模拟输入和数字输出等基本功能的测试，而不能提供虚拟的运行环境对电池管理系统的关键参数采集、SOC估算、均衡功能以及充电管理功能等核心功能的实时硬件在环测试。
本发明是这样实现的，一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台，该平台包括：工控机、网络交换机、转接接口矩阵、第一程控电源、第二程控电源、PCI9810I CAN通信板卡、NIPXI-6221多功能I/O板卡、Pickering PCI高精度电阻卡和6通道电池模拟器板卡；其中，
所述工控机连接PCI9810I CAN通信板卡、NI PXI-6221多功能I/O板卡、PickeringPCI高精度电阻卡和6通道电池模拟器板卡；
所述工控机利用以太网连接网络交换机控制转接接口矩阵、第一程控电源和第二程控电源；
所述工控机通过PCI9810I CAN通信板卡与待测BMS通信；
所述工控机通过网络交换机控制第一程控电源给待测BMS供电；
所述转接接口矩阵内部为120路继电器，其一端连接待测BMS各引脚，另一端以一路总线切换多路信号线的形式连接NI PXI-6221多功能I/O板卡、第二程控电源、PickeringPCI高精度电阻卡以及6通道电池模拟器板卡。
所述工控机内安装Matlab/simulink软件，通过所述Matlab/simulink软件建立待测BMS负载模型分别为：电池模型、电流传感器模型、温度传感器模型、以及充电机模型；所述工控机内安装Labview软件，通过所述Labview软件对硬件配置、模型管理、数据存储以及界面设计；所述工控机内安装Teststand软件，所述Teststand软件采用等价类划分方法编写测试用例自动测试脚本处理待测BMS的误操作和实现各种工作状况的自动化测试。
进一步地，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS和NI PXI-6221多功能I/O板卡连接6通道电池模拟器板卡；在Matlab/Simulink软件平台仿真运行电池模型，并编译成DLL文件下载到工控机执行；通过6通道电池模拟器板卡模拟6通道串联的电池模块；工控机的人机交互界面设置电池模型的输入参数，进而控制6通道电池模拟器板卡多个通道的模拟电压输出值；
取6通道电池模拟器板卡第一个通道作为研究对象，待测BMS通过转接接口矩阵采集该通道关键参数数据后通过PCI9810I CAN通信板卡发送给工控机，NI PXI-6221多功能I/O板卡通过转接接口矩阵对6通道电池模拟器板卡第一个通道关键参数进行采集；
工控机以NI PXI-6221多功能I/O板卡采集的关键参数值作为标准值，待测BMS采集的数据与其进行比较，验证待测BMS关键参数采集功能。
进一步地，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS与NI PXI-6221多功能I/O板卡第三通道连接，使得NI PXI-6221多功能I/O板卡第二通道与第二程控电源连接；在Matlab/Simulink软件平台仿真运行电池模型和电流传感器模型，并编译成DLL文件下载到工控机执行；
工控机控制第二程控电源输出循环工况下设定电流，工控机控制NI PXI-6221多功能I/O板卡的第二通道采集该设定电流，并将数据分别传输至电池模型和电流传感器模型，电池模型输出参数是电池荷电状态和电压，电流传感器模型输出参数是电压；
待测BMS采集由电流传感器模型及NI PXI-6221多功能I/O板卡第三通道输出0-5V电压，并进行电池荷电状态估算并发送到PCI9810I CAN通信板卡，工控机以电池模型输出电池荷电状态作为标准值，待测BMS输出电池荷电状态与其进行比较，验证待测BMS电池荷电状态估算功能。
进一步地，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS与6通道电池模拟器板卡连接，使得NI PXI-6221多功能I/O板卡与电流传感器连接；工控机通过电池模拟器板卡设置单个通道电压值产生电池组单体电压不一致情况；
当检测到最大单体电压和平均单体电压之差超过设定的阈值时，待测BMS针对单体电池电压偏高的通道开启被动均衡功能，工控机控制NI PXI-6221多功能I/O板卡采集到该通道的均衡电流值，验证待测BMS均衡功能。
进一步的，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS与NI PXI-6221多功能I/O板卡连接；在Matlab/Simulink软件平台仿真运行充电机模型，并编译成DLL文件下载到工控机执行；
通过PCI9810I CAN通信板卡模拟充电机与真实的电池控制单元之间CAN通信，通过待测BMS硬件在环测试平台产生一个满足充电状态的模拟环境，在工控机中运行充电机模型模拟充电机工作，通过工控机检测虚拟充电机的充电状态、充电电压、充电电流以及充电继电器的闭合状态，验证待测BMS的充电管理功能。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明通过利用6通道电池模拟器板卡、Pickering PCI高精度电阻卡与Matlab/simulink软件平台上运行电池模型和温度传感器模型，实现模拟电池的实际使用状态；利用Matlab/simulink软件平台上运行充电机模型模拟充电机工作；使得系统在一个尽可能逼真的模拟环境中对BMS控制器的关键参数采集功能、均衡功能、SOC估算功能和充电管理功能运行和测试，提高新能源汽车电池管理系统的稳定性与安全性。
本发明采用上述设备与软件搭建了一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台可在一台工控机上既能实现待测BMS实时仿真，又能在人机交互界面查看数据与在线调参，具有造价低廉，开发周期短，测试准确度高，自动化程度高，方便数据存储的优点。
附图说明
图1是本发明用于一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台的总体结构图。
图2是本发明用于一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台关键参数采集功能测试结构示意图。
图3是本发明用于一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台电池荷电状态估算功能测试结构示意图。
图4是本发明用于一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台均衡功能测试结构示意图。
图5是本发明用于一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台充电管理功能测试结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1-工控机、2-显示器、3-网络交换机、4-第一程控电源、5-第二程控电源、6-PCI9810I CAN通信板卡、7-NI PXI-6221多功能I/O板卡、8-PickeringPCI高精度电阻卡、9-6通道电池模拟器板卡、10-转接接口矩阵、11-待测BMS、12-Teststand软件、13-Labview软件、14-Matlab/simulink软件、15-电池模型、16-电流传感器模型、17-温度传感器模型、18-充电机模型。
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。
参见图1所示，本发明提供一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台；该平台包括：工控机1、显示器2、网络交换机3、待测BMS11、转接接口矩阵10、第一程控电源4、第二程控电源5、PCI9810I CAN通信板卡6、NI PXI-6221多功能I/O板卡7、Pickering PCI高精度电阻卡8和6通道电池模拟器板卡9；
所述工控机1连接PCI9810I CAN通信板卡6、NI PXI-6221多功能I/O板卡7、Pickering PCI高精度电阻卡8和6通道电池模拟器板卡9；
所述工控机1安装Matlab/simulink软件14、Labview软件13和Teststand软件12；
所述工控机1利用以太网连接网络交换机3控制转接接口矩阵10、第一程控电源4和第二程控电源5；
所述工控机1通过PCI9810I CAN通信板卡6与待测BMS11通信；
所述工控机1通过网络交换机3控制第一程控电源4给待测BMS11供电；
所述转接接口矩阵10内部为120路继电器，其一端连接待测BMS11各引脚，另一端以一路总线切换多路信号线的形式连接NI PXI-6221多功能I/O板卡7、第二程控电源5、Pickering PCI高精度电阻卡8以及6通道电池模拟器板卡9。
所述Matlab/simulink软件14建立待测BMS11负载模型分别为：电池模型15、电流传感器模型16、温度传感器模型17、充电机模型18；所述Labview软件13实现硬件配置、模型管理、数据存储以及界面设计；所述Teststand软件12采用等价类划分方法编写测试用例自动测试脚本处理待测BMS11的误操作和实现各种工作状况的自动化测试
参见图2所示，待测BMS11的关键参数采集功能测试，包括如下步骤：
工控机1控制第一程控电源4给待测BMS11供电；工控机1控制转接接口矩阵10切换继电器状态，使得待测BMS11和NI PXI-6221多功能I/O板卡7连接6通道电池模拟器板卡9；在Matlab/Simulink软件14平台仿真运行电池模型15，并编译成DLL文件下载到工控机1执行；通过6通道电池模拟器板卡9模拟6通道串联的电池模块；工控机1的人机交互界面设置电池模型15的输入参数，进而控制6通道电池模拟器板卡9多个通道的模拟电压输出值；
取6通道电池模拟器板卡9第一个通道作为研究对象，待测BMS11通过转接接口矩阵10采集该通道关键参数数据后通过PCI9810I CAN通信板卡6发送给工控机1，NI PXI-6221多功能I/O板卡7通过转接接口矩阵10对6通道电池模拟器板卡9第一个通道关键参数进行采集；
工控机1以NI PXI-6221多功能I/O板卡7采集的关键参数值作为标准值，待测BMS11采集的数据与其进行比较，验证待测BMS关键参数采集功能。
参见图3所示，待测BMS11的电池荷电状态估算功能测试，包括如下步骤：
工控机1控制第一程控电源4给待测BMS11供电；工控机1控制转接接口矩阵10切换继电器状态，使得待测BMS11与NI PXI-6221多功能I/O板卡7第三通道连接，使得NI PXI-6221多功能I/O板卡7第二通道与第二程控电源5连接；在Matlab/Simulink软件14平台仿真运行电池模型15和电流传感器模型16，并编译成DLL文件下载到工控机1执行；
工控机1控制第二程控电源5输出循环工况下设定电流，工控机1控制NI PXI-6221多功能I/O板卡7的第二通道采集该设定电流，并将数据分别传输至电池模型15和电流传感器模型16，电池模型15输出参数是电池荷电状态和电压，电流传感器模型16输出参数是电压；
待测BMS11采集由电流传感器模型16及NI PXI-6221多功能I/O板卡7第三通道输出0-5V电压，并进行电池荷电状态估算并发送到PCI9810I CAN通信板卡6，工控机1以电池模型15输出电池荷电状态作为标准值，待测BMS11输出电池荷电状态与其进行比较，验证待测BMS11电池荷电状态估算功能。
参见图4所示，待测BMS11的均衡功能测试，包括如下步骤：
工控机1控制第一程控电源4给待测BMS11供电；工控机1控制转接接口矩阵10切换继电器状态，使得待测BMS11与6通道电池模拟器板卡9连接，使得NI PXI-6221多功能I/O板卡7与电流传感器连接；工控机1通过电池模拟器板卡设置单个通道电压值产生电池组单体电压不一致情况；
当检测到最大单体电压和平均单体电压之差超过设定的阈值时，待测BMS11针对单体电池电压偏高的通道开启被动均衡功能，工控机1控制NI PXI-6221多功能I/O板卡7采集到该通道的均衡电流值，验证待测BMS11均衡功能。
参见图5所示，待测BMS11的充电管理功能测试，包括如下步骤：
工控机1控制第一程控电源4给待测BMS11供电；工控机1控制转接接口矩阵10切换继电器状态，使得待测BMS11与NI PXI-6221多功能I/O板卡7连接；在Matlab/Simulink软件14平台仿真运行充电机模型18，并编译成DLL文件下载到工控机1执行；
通过PCI9810I CAN通信板卡6模拟充电机与真实的电池控制单元之间CAN通信，通过待测BMS硬件在环测试平台产生一个满足充电状态的模拟环境，在工控机1中运行充电机模型18模拟充电机工作，在工控机1的检测虚拟充电机的充电状态、充电电压、充电电流以及充电继电器的闭合状态，验证待测BMS11的充电管理功能。
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 (5)
1.一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台，其特征在于，该平台包括：工控机、显示器、网络交换机、转接接口矩阵、第一程控电源、第二程控电源、PCI9810I CAN通信板卡、NIPXI-6221多功能I/O板卡、Pickering PCI高精度电阻卡和6通道电池模拟器板卡；其中，
所述工控机连接PCI9810I CAN通信板卡、NI PXI-6221多功能I/O板卡、Pickering PCI高精度电阻卡和6通道电池模拟器板卡；
所述工控机利用以太网连接网络交换机控制转接接口矩阵、第一程控电源和第二程控电源；
所述工控机通过PCI9810I CAN通信板卡与待测BMS通信；
所述工控机通过网络交换机控制第一程控电源给待测BMS供电；
所述转接接口矩阵内部为120路继电器，其一端连接待测BMS各引脚，另一端以一路总线切换多路信号线的形式连接NIPXI-6221多功能I/O板卡、第二程控电源、Pickering PCI高精度电阻卡以及6通道电池模拟器板卡。
所述工控机内安装Matlab/simulink软件，通过所述Matlab/simulink软件建立待测BMS负载模型分别为：电池模型、电流传感器模型、温度传感器模型以及充电机模型；所述工控机内安装Labview软件，通过所述Labview软件对硬件配置、模型管理、数据存储以及界面设计；所述工控机内安装Teststand软件，所述Teststand软件采用等价类划分方法编写测试用例自动测试脚本处理待测BMS的误操作和实现各种工作状况的自动化测试。
2.按照权利要求1所述的一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台，其特征在于，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS和NI PXI-6221多功能I/O板卡连接6通道电池模拟器板卡；在Matlab/Simulink软件平台仿真运行电池模型，并编译成DLL文件下载到工控机执行；通过6通道电池模拟器板卡模拟6通道串联的电池模块；工控机的人机交互界面设置电池模型的输入参数，进而控制6通道电池模拟器板卡多个通道的模拟电压输出值；
取6通道电池模拟器板卡第一个通道作为研究对象，待测BMS通过转接接口矩阵采集该通道关键参数数据后通过PCI9810I CAN通信板卡发送给工控机，NI PXI-6221多功能I/O板卡通过转接接口矩阵对6通道电池模拟器板卡第一个通道关键参数进行采集；
工控机以NI PXI-6221多功能I/O板卡采集的关键参数值作为标准值，待测BMS采集的数据与其进行比较，验证待测BMS关键参数采集功能。
3.按照权利要求2所述的一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台，其特征在于，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS与NI PXI-6221多功能I/O板卡第三通道连接，使得NIPXI-6221多功能I/O板卡第二通道与第二程控电源连接；在Matlab/Simulink软件平台仿真运行电池模型和电流传感器模型，并编译成DLL文件下载到工控机执行；
工控机控制第二程控电源输出循环工况下设定电流，工控机控制NI PXI-6221多功能I/O板卡的第二通道采集该设定电流，并将数据分别传输至电池模型和电流传感器模型，电池模型输出参数是电池荷电状态和电压，电流传感器模型输出参数是电压；
待测BMS采集由电流传感器模型及NI PXI-6221多功能I/O板卡第三通道输出0-5V电压，并进行电池荷电状态估算并发送到PCI9810I CAN通信板卡，工控机以电池模型输出电池荷电状态作为标准值，待测BMS输出电池荷电状态与其进行比较，验证待测BMS电池荷电状态估算功能。
4.按照权利要求3所述的一种新能源汽车BMS硬件在环测试平台，其特征在于，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS与6通道电池模拟器板卡连接，使得NI PXI-6221多功能I/O板卡与电流传感器连接；工控机通过电池模拟器板卡设置单个通道电压值产生电池组单体电压不一致情况；
当检测到最大单体电压和平均单体电压之差超过设定的阈值时，待测BMS针对单体电池电压偏高的通道开启被动均衡功能，工控机控制NI PXI-6221多功能I/O板卡采集到该通道的均衡电流值，验证待测BMS均衡功能。
5.按照权利要求4所述的平台，其特征在于，工控机控制第一程控电源给待测BMS供电；工控机控制转接接口矩阵切换继电器状态，使得待测BMS与NI PXI-6221多功能I/O板卡连接；在Matlab/Simulink软件平台仿真运行充电机模型，并编译成DLL文件下载到工控机执行；
通过PCI9810I CAN通信板卡模拟充电机与真实的电池控制单元之间CAN通信，通过待测BMS硬件在环测试平台产生一个满足充电状态的模拟环境，在工控机中运行充电机模型模拟充电机工作，通过工控机检测虚拟充电机的充电状态、充电电压、充电电流以及充电继电器的闭合状态，验证待测BMS的充电管理功能。
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