CN117007833A - 一种电池模拟平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池模拟平台，包括：中央控制单元；电池模拟模块包括多个电芯模拟器，中央控制单元与多个电芯模拟器分别电连接，多个电芯模拟器接收中央控制单元的参数指令，并基于参数指令输出目标电池的模拟信号；第一信号连接器包括固定接口和适配接口，固定接口的输入端与电池模拟模块电连接，固定接口的输出端与适配接口的输入端电连接，适配接口的输出端连接电池管理系统，固定接口包括与多个电芯模拟器一一对应的端口，适配接口的输入端包括与目标电池的电池模组对应的端口；故障注入模块包括控制器和故障发生器，控制器与中央控制单元分别电连接，控制器接收中央控制单元的故障指令，并基于故障指令向电池管理系统输出故障信号。

Description

一种电池模拟平台

技术领域

本发明涉及电池模拟技术领域，具体地，涉及一种电池模拟平台。

背景技术

目前，电动新能源汽车的安全性和可靠性越来越受到关注，成为电动汽车的核心产品竞争力之一。新能源汽车中，BMS监测并控制整个动力电池系统，对动力电池系统有极其重要的影响。在BMS开发、测试和售后质量问题分析过程中，需要一个安全、可靠、容易操控的电池包环境。动力电池对存储的要求非常高，因此平时在做动力电池系统相关的测试时，不适合直接在真实的动力电池上开展测试工作。大部分企业和单位都会采用动力电池模拟设备。当前BMS开发、测试和故障分析的动力电池模拟设备，有诸多缺点。

首先设备通用性差。电池包通常是定制化产品，不同类型的电池包一般会搭配不同的BMS，由此每一类型的电池包BMS都要求有一个独特的模拟设备，造成资源的浪费。其次设备的费用昂贵。动力电池模拟设备一般费用较高，在产品开发、测试和问题分析过程中，成为紧缺的资源。最后设备应用推广慢。由于不同设备差异性大，在开发、测试和故障分析过程，需要另外投入较多的精力去适应新设备的软件和硬件。

发明内容

为解决上述问题的至少一个方面，本发明提供一种电池模拟平台，包括：中央控制单元；电池模拟模块，所述电池模拟包括多个电芯模拟器，所述中央控制单元与所述多个电芯模拟器分别电连接，所述多个电芯模拟器接收所述中央控制单元的参数指令，并基于所述参数指令输出目标电池的模拟信号；第一信号连接器，所述第一信号连接器包括固定接口和适配接口，所述固定接口的输入端与所述电池模拟模块电连接，所述固定接口的输出端与所述适配接口的输入端电连接，所述适配接口的输出端用于连接电池管理系统，其中，所述固定接口包括与所述多个电芯模拟器一一对应的端口，所述适配接口的输入端包括与所述目标电池的电池模组对应的端口；故障注入模块，所述故障注入模块包括控制器和故障发生器，所述控制器与所述中央控制单元分别电连接，所述控制器接收所述中央控制单元的故障指令，并基于所述故障指令向电池管理系统输出故障信号。

优选地，所述故障发生器生成的故障包括断开、高阻、对地短路和对正极短路。

优选地，所述故障发生器包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电阻和二极管，其中，所述电阻、所述第二开关和所述二极管依次串联在信号电路中，所述二极管的负极与所述第二开关连接，所述二极管的正极连接信号输入端，所述第一开关与所述电阻并联，所述第三开关的第一端连接所述二极管的阴极，所述第三开关的第二端连接电源正极，所述第四开关的第一端连接所述二极管的阴极，所述第四开关的第二端接地。

优选地，还包括操控面板，所述操控面板与所述故障发生模块并联，所述操控面板包括旋钮开关和故障生成电路，所述旋钮开关用于调节所述故障生成电路以生成故障信号。

优选地，还包括第二信号连接器，所述第二信号连接器的输出端与所述故障发生器电连接，所述第二信号连接的输入端用于提供故障信号输入接口。

优选地，所述适配接口还连接有温度采样传感器，所述温度采样传感器用于连接电池管理模块并输出温度模拟信号。

优选地，所述适配接口还连接有均衡电阻、均衡指示灯，所述均衡电阻用于均衡所述多个电芯模拟器的输出电压，所述均衡指示灯用于指示所述多个电芯模拟的输出电压均衡状态，所述均衡电阻和所述均衡指示灯与电池管理系统电连接。

本发明的电池模拟平台具有以下有益效果：设计了模块化的结构，提高动力电池模拟平台的通用性和可扩展性。设计了多功能高压信号转接口，包括灵活的高压信号转接、NTC模拟、均衡状态指示等。设计了故障自动注入系统，将常见的信号故障集成为标准化的模块。设计了多功能低压信号转接口，可以灵活实现故障自动注入系统与定制化BMS采样之间的匹配。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了根据本发明实施例的电池模拟平台的应用场景结构框图；

图2示出了根据本发明实施例的电池模拟平台的电池管理系统和第一信号连接器的的连接示意图；

图3示出了根据本发明实施例的电池模拟平台的中央控制单元、故障注入模块、第二信号连接器与电池管系统示意图；

图4示出了根据本发明实施例的电池模拟平台的故障注入模块的故障发生器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的一个实施例提出了一种电池模拟平台，包括：中央控制单元；电池模拟模块，所述电池模拟包括多个电芯模拟器，所述中央控制单元与所述多个电芯模拟器分别电连接，所述多个电芯模拟器接收所述中央控制单元的参数指令，并基于所述参数指令输出目标电池的模拟信号；第一信号连接器，所述第一信号连接器包括固定接口和适配接口，所述固定接口的输入端与所述电池模拟模块电连接，所述固定接口的输出端与所述适配接口的输入端电连接，所述适配接口的输出端用于连接电池管理系统，其中，所述固定接口包括与所述多个电芯模拟器一一对应的端口，所述适配接口的输入端包括与所述目标电池的电池模组对应的端口；故障注入模块，所述故障注入模块包括控制器和故障发生器，所述控制器与所述中央控制单元分别电连接，所述控制器接收所述中央控制单元的故障指令，并基于所述故障指令向电池管理系统输出故障信号。

具体地，中央控制单元采用台式电脑、笔记本电脑、服务器管理平台等中的任意一种，以可以实现与电池模拟模块及故障出入模块的连接，并实现指令的接收、处理和发送。电池模拟模块包括多个电芯模拟器，中央控制单元通过与多个电芯模拟器的电连接控制各电芯模拟器的输出电流或输出电压，以实现对目标电池的电流或电压的模拟，其中，目标电池指使用电池模拟平台进行开发或测试的电池管理系统对应的电池。例如，如图2所示，电池模拟模块包括128个电芯模拟器，在使用过程中，可以模拟8芯/组*16组、9芯/组*14组、10芯/组*12组、12芯/组*10组、14芯/组*9组、16芯/组*8组等电池包型号的目标电池，通过第一信号连接器的固定接口的输入端分别与128个的电芯模拟器电连接，固定接口的输出端提供与输入端一一对应的接口，适配接口根据需要模拟的目标电池的电池包型号设置，例如，适配接口的连接端子配置成8个一组共16组，每一组的连接端子分别与固定接口的输出端的8个电芯模拟器对应的端子连接，以实现对电池模拟模块的多个电芯模拟器的分组，使其模拟目标电池的一致，适配接口的输出端用于连接待测的电池管理系统，并将电池模拟模块模拟的电压或电流信号发送中电池管理系统。本领域技术人员可以理解地，适配接口包括不同的型号，即，适配接口的输出端的连接端子还可以配置成9个一组共14组，10个一组共12组等。

如图3所示，故障注入模块用于生成故障信号，电池模拟平台包括至少一个故障输入模块，每一个故障注入模块包括至少一个故障发生器，每一个故障发生器均可通过控制器接收中央控制单元的故障指令生成故障信号，其中，控制器通过CAN通信与中央控制单元通信连接。每一个故障发生器分别与待检测的电池管理系统连接，以实现对每一个故障发生器生成的故障信号的接收。例如，电池模拟平台包括4个故障注入模块，每一个故障注入模块包括10个故障发生器，则，电池模拟平台可以通过故障注入模块向待检测的电池管理系统发送最多达40个的故障信号。

通过电池模拟模块和第一信号连接器，可以实现对不同型号的目标电池的模拟，适用不同型号电池对应的待检测电池管理系统的需求；通过中央控制单元和控制单元对故障发生器的指令控制，可以实现故障的自动注入，支持重复和数量大的测试。

在一些实施例中，所述故障发生器生成的故障包括断开、高阻、对地短路和对正极短路。

在一些实施例中，所述故障发生器包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电阻和二极管，其中，所述电阻、所述第二开关和所述二极管依次串联在信号电路中，所述二极管的负极与所述第二开关连接，所述二极管的正极连接信号输入端，所述第一开关与所述电阻并联，所述第三开关的第一端连接所述二极管的阴极，所述第三开关的第二端连接电源正极，所述第四开关的第一端连接所述二极管的阴极，所述第四开关的第二端接地。

具体地，如图4所示，故障发生器的第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4均采用继电器开关，控制器与各继电器开关电连接，以控制各继电器开关的接通或断开。例如，电阻R1是可选地，可以根据需求设定电阻R1的阻值。第一开关S1与电阻R1并联，第二开关S2是常闭开关分别与第一开关S1和电阻R1串联，二极管的阴极与第二开关S2远离电阻R1的一端连接，第三开关S3的一端连接12V电压，第三开关S3的另一端连接二极管的阴极和第二开关S2远离电阻R1的一端，第四开关S4的一端接地，第四开关S3的另一端连接二极管的阴极和第二开关S2远离电阻R1的一端。

第一开关S1和第二开关S2是常闭开关，第三开关S3和第四开关S4是常开开关。当控制器接收高阻故障指令时，断开第一开关S1，第二开关S2保持闭合，第三开关S3和第四开关S4保持断开，则形成电阻R1、第二开关S2和二极管的串联通路，生成高阻故障信号；当控制器接收断开故障指令时，断开第二开关S2，第三开关S3和第四开关S4保持断开，则端子in和端子out之间断路，生成断开故障信号；当控制器接收对正极短路指令时，闭合第三开关S3，第一开关S1和第二开关S2保持闭合，第四开关S4保持断开，则生成对正极短路故障信号；当控制器接收模拟对地短路故障指令时，闭合第四开关S4，第一开关S1和第二开关S2保持闭合，第三开关S4保持断开，则生成对地短路故障信号。

在一些实施例中，还包括操控面板，所述操控面板与所述故障发生模块并联，所述操控面板包括旋钮开关和故障生成电路，所述旋钮开关用于调节所述故障生成电路以生成故障信号。

具体地，操控面板用于连接电池管理系统，并向电池管理系统发送故障信号，通过操控面板的旋钮开关和故障生成电路提供手动控制故障信号的生成。

在一些实施例中，还包括第二信号连接器，所述第二信号连接器的输出端与所述故障发生器电连接，所述第二信号连接的输入端用于提供故障信号输入接口。

具体地，第二信号连接器用于连接故障发生器和提供故障信号输入接口，以便于在根据待检测电池管理系统的需求扩展故障信号输入。

在一些实施例中，所述适配接口还连接有温度采样传感器，所述温度采样传感器用于连接电池管理模块并输出温度模拟信号。

具体地，温度采样传感器用于采集模拟目标电池的温度信号，通过外接电阻和电源等组成的发热电路，根据检测需求由发热电路控制外接电阻的温度升高和降低，并通过温度采样传感器采集外接电阻的温度信号发送至电池管理系统。

在一些实施例中，所述适配接口还连接有均衡电阻、均衡指示灯，所述均衡电阻用于均衡所述多个电芯模拟器的输出电压，所述均衡指示灯用于指示所述多个电芯模拟的输出电压均衡状态，所述均衡电阻和所述均衡指示灯与电池管理系统电连接。

具体地，均衡电阻与电池管理系统电连接，电池管理系统基于接收的电芯模拟器的电压信号控制接通或断开均衡电阻。均衡指示灯与电池管理系统电连接，电池管理系统根据接收的电芯模拟器的电压信号控制均衡指示灯的点亮或熄灭。

在另外的实施例中，温度采样传感器采集均衡电阻的温度信息，并将均衡电阻的温度信息发送至电池管理系统，电池管理系统根据接收各电芯模拟器的电压信号和均衡电阻的温度信息控制均衡电阻的接通或断开。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文。

Claims (7)

1.一种电池模拟平台，其特征在于，包括：

中央控制单元；

电池模拟模块，所述电池模拟包括多个电芯模拟器，所述中央控制单元与所述多个电芯模拟器分别电连接，所述多个电芯模拟器接收所述中央控制单元的参数指令，并基于所述参数指令输出目标电池的模拟信号；

第一信号连接器，所述第一信号连接器包括固定接口和适配接口，所述固定接口的输入端与所述电池模拟模块电连接，所述固定接口的输出端与所述适配接口的输入端电连接，所述适配接口的输出端用于连接电池管理系统，其中，所述固定接口包括与所述多个电芯模拟器一一对应的端口，所述适配接口的输入端包括与所述目标电池的电池模组对应的端口；

故障注入模块，所述故障注入模块包括控制器和故障发生器，所述控制器与所述中央控制单元分别电连接，所述控制器接收所述中央控制单元的故障指令，并基于所述故障指令向电池管理系统输出故障信号。

2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述故障发生器生成的故障包括断开、高阻、对地短路和对正极短路。

3.根据权利要求2所述的平台，其特征在于，所述故障发生器包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电阻和二极管，其中，所述电阻、所述第二开关和所述二极管依次串联在信号电路中，所述二极管的负极与所述第二开关连接，所述二极管的正极连接信号输入端，所述第一开关与所述电阻并联，所述第三开关的第一端连接所述二极管的阴极，所述第三开关的第二端连接电源正极，所述第四开关的第一端连接所述二极管的阴极，所述第四开关的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，还包括操控面板，所述操控面板与所述故障发生模块并联，所述操控面板包括旋钮开关和故障生成电路，所述旋钮开关用于调节所述故障生成电路以生成故障信号。

5.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，还包括第二信号连接器，所述第二信号连接器的输出端与所述故障发生器电连接，所述第二信号连接的输入端用于提供故障信号输入接口。

6.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述适配接口还连接有温度采样传感器，所述温度采样传感器用于连接电池管理模块并输出温度模拟信号。

7.根据权利要求6所述的平台，其特征在于，所述适配接口还连接有均衡电阻、均衡指示灯，所述均衡电阻用于均衡所述多个电芯模拟器的输出电压，所述均衡指示灯用于指示所述多个电芯模拟的输出电压均衡状态，所述均衡电阻和所述均衡指示灯与电池管理系统电连接。