CN202153255U - 一种电池管理系统的硬件在环测试装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电池管理系统的硬件在环测试装置，与电源管理系统连接，所述的硬件在环测试装置包括上位机、xPC工控机、故障模拟电路板、CAN通讯板卡、第一可编程电源、第二可编程电源、模拟量数字量输出板卡、数字量模拟量输入板卡、继电器及风扇，所述的上位机通过以太网与xPC工控机通讯连接，所述的故障模拟电路板、CAN通讯板卡、第一可编程电源、第二可编程电源、模拟量数字量输出板卡分别设在xPC工控机与电源管理系统之间，所述的继电器和风扇分别通过数字量模拟量输入板卡与xPC工控机连接。与现有技术相比，本实用新型具有结构简单、检测精度高，且使用方便等优点。

Description

一种电池管理系统的硬件在环测试装置
技术领域
本实用新型涉及一种测试装置，尤其是涉及一种电池管理系统的硬件在环测试装置。
背景技术
随着近几年电动汽车的发展，电池管理系统在电动汽车领域扮演越来越重要的角色，现如今，国内外一些大的汽车生产企业和蓄电池生产厂家陆续开发出了多种电池管理系统。对电池管理系统的测试的需求也越来越紧迫。然而，电池管理系统在研究开发阶段并没有相应的测试设备，须安装在电动汽车中进行实测，使得测试成本增加。
Matlab-Simulink中的Real-Time Workshop(RTW)工具箱可将图形化语言转化为可执行的代码语言，方便的实现实时仿真。xPC Target(xPC目标)是针对RTW体系结构的一种实时仿真系统构建途径，支持多种类型的I/O设备(包括PCI和ISA以及RS232等)，  它采用的是上位机一目标机“双机模式”。其中，上位机用于运行Simulink，Stateflow等工具包，并且具有目标代码编译器。目标机则实时运行所生成的代码。xPC提供了一个高度的实时内核运行在目标机上。上位机和目标机通过网线连接进行通信，使用xPC Target可以方便构建硬件在环仿真测试系统。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、检测精度高，且使用方便的电池管理系统的硬件在环测试装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电池管理系统的硬件在环测试装置，与电源管理系统连接，其特征在于，所述的硬件在环测试装置包括上位机、xPC工控机、故障模拟电路板、CAN通讯板卡、第一可编程电源、第二可编程电源、模拟量数字量输出板卡、数字量模拟量输入板卡、继电器及风扇，所述的上位机通过以太网与xPC工控机通讯连接，所述的故障模拟电路板、CAN通讯板卡、第一可编程电源、第二可编程电源、模拟量数字量输出板卡分别设在xPC工控机与电源管理系统之间，所述的继电器和风扇分别通过数字量模拟量输入板卡与xPC工控机连接。
所述的模拟量数字量输出板卡包括模拟电流温度信号板卡、模拟车辆点火信号板卡。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、结构简单；
2、检测精度高；
3、使用方便。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为继电器故障模拟的原理图；
图3为电位漂移故障模拟的原理图；
图4为电源反接故障模拟的原理图；
图5为引脚开路\短路故障模拟的原理图；
图6为绝缘检测故障模拟的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种电池管理系统的硬件在环测试装置，与电源管理系统4连接。硬件在环测试装置包括上位机1、xPC工控机2、故障模拟电路板3、CAN通讯板卡11、第一可编程电源10、第二可编程电源7、数字量模拟输出板卡8、数字量模拟量输入板卡9、继电器5及风扇6。上位机1通过以太网与xPC工控机2通讯连接，xPC工控机2分别通过故障模拟电路板3、CAN通讯板卡11、第一可编程电源10、第二可编程电源7、数字量模拟输出板卡8与电源管理系统4连接，继电器5和风扇6分别通过数字量模拟量输入板卡9与xPC工控机2连接。数字量模拟输出板卡8包括模拟电流温度信号板卡和模拟车辆点火信号板卡。上位机中采用Matlab/Simulink开发整车模型、电池模型等并利用Matlab中的RT-lab工具箱生成实时运行代码，生成的实时代码在xPC工控机中运行模拟真实车辆行驶情况。第二可编程电源、模拟电流温度信号板卡、模拟车辆点火信号板卡等用于产生各种动力蓄电池电池和车辆运行情况等信息。故障模拟电路板用于模拟绝缘故障、开关短路/断路、电压反接、电压漂移等故障，验证电池管理系统在各种极限情况下的可靠性。在上位机中采用Labview软件编写用户测试界面，用于监控整个测试过程。整个测试装置可以测试电池管理系统的采样功能、继电器和风扇的控制功能、报警功能、静态电流和CAN响应时间等。
测试装置的高压信号通过第二可编程电源产生，第二可编程电源采用安捷伦公司的N5772A可编程电源，其替换动力蓄电池在高压回路中所产生的高压；供电电压(12V)通过第一可编程电源产生，第一可编程电源产生采用安捷伦5767A可编程电源；模拟电流温度信号板卡采用NI的PCI-6733板卡模拟电流信号以及温度信号；模拟车辆点火信号板卡采用NI的PCI-6528板卡模拟车辆点火信号；继电器和风扇采用的是实物；CAN通讯板卡采用的是Softing公司的CAN-AC2-PCI板卡。上位机电脑和xPC工控机电脑之间通过以太网通讯，xPC工控机和电池管理系统之间通过CAN总线通讯。在电池管理系统层面上进行测试时，首先需要在上位机上开发Matlab/Simulink实时模型，包括车辆模型、动力蓄电池模型、硬件驱动等，再把模型转换成实时硬件代码并下载到xPC工控机中实时运行，工控机通过可编程电源、板卡等设备产生模拟的电压、电流、温度等信号作为电池管理系统的输入信号，并检测电池管理系统的输出信号，例如各继电器的状态等，同时还通过CAN总线实现与电池管理系统的实时通信，这样电池管理系统就和目标机及其外围相关设备形成了一个环路。上位机通过以太网对工控机发出指令来执行各类测试项目，工控机根据测试项目运行特定的模型，从而产生所需要的模拟信号提供给电池管理系统，并把测试过程中的关键数据上传给上位机以实现数据的实时显示和数据记录功能。
功能性测试方面主要采用安捷伦的可编程电源以及模拟电压输出来模拟动力蓄电池的各种电压、电流、温度信号以及车辆的驾驶信号等。测试时，根据车辆行驶信息控制相应的板卡以及可编程电源产生所需的电压、电流等信号，对比电池管理系统采集的信号，验证电池管理系统的功能。
可靠性测试方面主要是制作一块故障模拟板，测试电池管理系统在各种极端条件下的可靠性，主要包括电源反接测试、电位漂移测试、开路测试、短路测试，绝缘故障，继电器故障模拟等。
图2为继电器故障模拟的原理图，电池管理系统控制继电器的原理是通过I/O口切断或闭合继电器控制线圈两端从12V供电到地的连接，通过控制继电器控制线圈有无电流流过来控制继电器的通断，当继电器无法正确地受电池管理系统控制时，将会在不合适的时候接通或者切断高压回路，给动力蓄电池的安全工作带来极为严重的影响。本实用新型中通过电路板模拟当车辆控制其发送闭合指令时继电器无法闭合以及发送断开指令时继电器无法断开。对于继电器控制端故障的模拟，需要在电池管理系统发出闭合继电器命令时，强制断开继电器控制线圈从12V供电到地的连接，可通过串联方式接入一个开关来实现，也需要在电池管理系统发出断开继电器命令时，强制保持继电器控制线圈从12V供电到地的连接，可通过并联方式接入一个开关到地来实现。针对三个继电器分别进行上述两种故障的模拟，需要接入六个开关，图中上方三个开关是模拟继电器无法闭合故障，右下方三个开关是模拟继电器无法断开故障，所有的开关都是受故障模拟电路板MCU控制。
图3为电位漂移故障模拟的原理图，电位漂移又分为电源电位漂移和地电位漂移。以地电位漂移为例，正常情况下电池管理系统与系统内其它模块是共地的，进行地电位漂移测试就要求在电池管理系统的地与模拟车身地之间分别形成±1V的电压差，检测在地电位发生漂移情况下电池管理系统与系统其它模块的交互是否正常，为了实现两个地电位的电压差，利用二极管导通时产生一个恒定压降的原理，在两个地电位与供电电源负极之间串入合适的二极管(一个硅二极管和一个肖特基二极管)，配合各路开关通断状态的切换可以分别在两个地电位与供电电源负极之间形成一个0V或者1V的电压差。
图4为电源反接故障模拟的原理图，为了模拟电源的反接，在供电电源与电池管理系统供电接口之间采用两组开关实现正常供电情况和反向供电情况，如图所示。正常情况下闭合第一组开关，由电源给电池管理系统正向供电，需要进行电源反接测试时则断开第一组开关并闭合第二组开关。
图5为引脚开路\短路故障模拟的原理图，引脚开路测试是在正常工作情况下，突然断开电池管理系统与外部某一路的连接，保持断开状态一定时间之后恢复连接，并检测开路期间和连接恢复之后电池管理系统的工作情况。最简便的实现方案就是在电池管理系统的接口与外部接口之间串入一个开关，正常情况下该开关是闭合的，需要进行引脚开路测试时，断开该路的开关即可，具体实施方案为在电池管理系统的接口与电源线或地线之间串入一个开关，正常情况下该开关是断开的，需要进行引脚短路\断路测试时，闭合\断开该路的开关即可。
图6为绝缘检测故障模拟的原理图，动力蓄电池的正负极与车身地之间都连入绝缘电阻R+和R-，该阻值一般为兆欧级，表示正负极对地绝缘性能良好，人若单独接触到动力蓄电池的正极或者负极并不会发生触电事件，但如果某一极对地的绝缘性能下降，表现为绝缘电阻的减小，这种情况下就有发生意外的可能了。基于绝缘性能重要性的考虑，电池管理系统必须能够检测动力蓄电池正负极对地的绝缘电阻阻值，判断有无漏电现象发生，为了降低动力蓄电池正极或者负极对车身地的绝缘电阻。实现的方式是在正极或者负极与车身地之间接入一个较小的电阻。图6中接入的电阻R1和R2远小于绝缘电阻R+和R-，两者并联之后的阻值近似于接入电阻的阻值，即表现为绝缘性能的下降，因此控制开关K1和K2的通断就可以在正常状态和绝缘故障状态之间切换，达到绝缘故障模拟的效果。

Claims (2)

1.一种电池管理系统的硬件在环测试装置，与电源管理系统连接，其特征在于，所述的硬件在环测试装置包括上位机、xPC工控机、故障模拟电路板、CAN通讯板卡、第一可编程电源、第二可编程电源、模拟量数字量输出板卡、数字量模拟量输入板卡、继电器及风扇，所述的上位机通过以太网与xPC工控机通讯连接，所述的故障模拟电路板、CAN通讯板卡、第一可编程电源、第二可编程电源、模拟量数字量输出板卡分别设在xPC工控机与电源管理系统之间，所述的继电器和风扇分别通过数字量模拟量输入板卡与xPC工控机连接。
2.根据权利要求1所述的一种电池管理系统的硬件在环测试装置，其特征在于，所述的模拟量数字量输出板卡包括模拟电流温度信号板卡、模拟车辆点火信号板卡。
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