CN208156105U - 基于最小电池管理系统的功能测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利属于新能源电动汽车电池管理系统测试技术领域，特别涉及一种基于最小电池管理系统的功能测试系统，包括上位机测试平台、BMS一主一从最小系统、RS232转CAN通信单元、BMS供电电源、电池模拟单元、温度模拟检测单元、高精度万用表、霍尔分流器检测单元、高压恒压源、充电模拟单元、直流电流源。通过搭建一个主控模块和一个从控模块的最小测试系统，实现对一主控多从控的电池管理系统联调功能的测试。本实用新型的测试方法，操作系统简单，配线工装体积小，测试设备成本低。

Description

基于最小电池管理系统的功能测试系统

技术领域

本实用新型涉及新能源电动汽车电池管理系统测试技术领域，特别是涉及一种基于最小电池管理系统的功能测试系统。

背景技术

电池管理系统的主要功能包括：电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断和预警、充放电与预充控制、均衡与热管理等。电池管理系统性能的优劣直接影响动力电池的安全性能。

目前，对电池管理系统的测试主要有两种方法：一种是将电池管理系统与实物电池组进行对接测试。该测试方法最真实、直接，但是测试过程中存在测试时间长、调整电池状态参数困难、可控性差的问题，而且存在安全隐患，不适用于对电池管理系统的批量测试。

第二种方法是基于仿真电池组的测试方法。通过高精度的程控电池模拟器、电阻、DAC(数字模拟转换器)等来仿真电池单体的电压，温度传感器和电流传感器。该方法基于测试仪器软硬件平台，能够通过应用软件快速调整电池组的状态，测试安全，可扩展性强。但是该方法的测试设备成本很高，通常电池模拟器仅一个单体电池模拟通道至少5000元，而目前电动汽车对电源系统功率需求比较大，电池组成组串数较多，最多可达到300串，所以仅电池模拟器一项的硬件成本就高达150万。而且该方法对一主多从的电池管理系统联调测试适用性差，主控模块和从控模块需要分别与模拟单元进行连接测试，不仅配线工装体积庞大，操作很不方便，而且测试设备成本很高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于最小电池管理系统的功能测试系统。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于最小电池管理系统的功能测试系统，包括用于参数设置、显示和模拟BMS电池管理系统中至少一个从控模块的上位机测试平台以及与所述上位机测试平台连接的BMS一主一从最小系统，用于提供真实BMS电池管理系统的主控模块和从控模块，采集其他各个模块的数据并上传至上位机测试平台进行显示；

电池模拟单元，用于模拟单体电池电压信号，为测试系统提供模拟的单体电池电压信号；电池模拟单元是由多个单体电池串联组成的电池组。

温度模拟检测单元，用于模拟单体电池温度信号，为测试系统提供模拟的单体电池温度信号；

霍尔分流器检测单元，用于模拟电池的总电流信号；

高压恒压源，用于模拟电池的总电压信号；

直流电流源，用于模拟充电电流；

充电模拟单元，用于模拟充电时的交流充电连接确认CC信号、直流充电连接确认CC2信号以及控制导引CP信号；

高精度万用表，用于测量各个模拟单元的真实数据，为电池管理系统提供对比信号；以及BMS供电电压源。

上位机测试平台和BMS一主一从最小系统通过RS232转CAN通信单元进行信息交互，BMS一主一从最小系统把电池管理系统的电压、电流、SOC、温度、故障信息上报给上位机测试平台，上位机测试平台在人机交互界面上显示出来。为实现一主多从的电池管理系统联调测试，需在电池管理系统的上位机测试平台软件中，将一主多从的电池管理系统软件配置为一主一从的最小系统，即一主多从系统联调测试时，只需要连接一个真实的主控模块和一个真实的从控模块，而系统中其他的从控模块，使用上位机测试平台软件来模拟，进而实现与主控模块的通信，上报单体电池电压和温度信息，来保证BMS系统的完整性和系统内部通信正常。

电池模拟单元、温度模拟检测单元、高压恒压源、充电模拟单元、直流电流源分别与一主一从最小系统的信号输入端进行连接，分别为系统提供相应的单体电压信号、温度信号、总电压信号、充电机的交流充电连接确认CC、控制导引CP、直流充电连接确认CC2信号、电流信号。电池管理系统供电电源作为BMS系统的工作电源。

电池模拟单元、温度模拟检测单元、高精度万用表、霍尔分流器检测单元、高压恒压源、充电模拟单元、直流电流源、电池管理系统供电电源与上位机测试平台通过RS232进行通信，在上位机测试平台界面显示以上模拟信号和电源信号。

具体的，所述BMS一主一从最小系统包括一个真实的主控模块和一个真实的从控模块，主控模块和从控模块通过内部CAN总线进行通信，所述真实的从控模块采集电池模拟单元提供的单体电池的电压数据和温度模拟检测单元提供的单体电池温度数据上报给真实的主控模块，所述真实的主控模块采集高压恒压源和霍尔分流器检测单元提供的总电压信号和总电流信号，并与从控模块上报的电压和温度信息一同显示在上位机测试平台的显示界面。

一种基于最小电池管理系统的功能测试方法，包括状态参数测量精度测试，在电池管理系统状态参数测量精度测试时，真实的从控模块采集电池模拟单元和温度模拟检测单元提供的电压和温度信号，通过内部CAN上报给真实的主控模块，BMS电池管理系统中其他的从控模块采集的电压和温度信号由上位机测试平台模拟实现，按照通信协议要求，上报给真实的主控模块统一的电压和温度信息；真实的主控模块采集高压恒压源和霍尔分流器检测单元提供的总电压信号和总电流信号，并与从控模块(此处的从控模块指真实的从控模块，因为，只有真实的从控采集的信号才能上报给真实的主控模块)上报给主控模块的电压和温度信息一同显示在上位机测试平台的显示界面；同时通过高精度万用表检测的各个模拟单元真实的状态参数数据，通过电池管理系统采集的数据和高精度万用表检测的各个模拟单元真实的状态参数数据的对比，判断BMS电池管理系统的功能是否满足设计要求，完成BMS电池管理系统的状态参数测试精度的检验；

进一步，还包括均衡电流测试，在均衡电流测试时，需把电池模拟单元中单体电池的电压依序调整进入不均衡状态(单体电池最高电压大于截止电压或单体电池最高电压和最低电压压差大于阈值)，BMS电池管理系统读取CAN报文，量测电压最高单体电池处消耗电阻的电压值并反馈给上位机测试平台，根据计算的均衡电流值，判断均衡电流值是否在合理范围内。

进一步，还包括静态电流测试，在静态电流测试时，在上位机测试平台预设电池模拟单元的参数，启动电池模拟单元使其按照设定输出，并静置一段时间，用高精度万用表量测电池模拟单元中单体电池的工作电流并反馈至上位机测试平台，上位机测试平台根据预设参数判定测试结果是否满足需求，其中，单体电池的测试串数、截止电压、运行时间均可通过上位机软件进行设置。

进一步，还包括电池故障诊断测试，在电池故障诊断测试时，电池模拟单元、温度模拟单元、高压电压源、直流电流源根据上位机测试平台下发的指令，给BMS电池管理系统提供各种异常报警模拟电压、温度、总电压和总电流信号，BMS电池管理系统的主控模块检测异常模拟信号并把测试结果反馈上位机测试平台，上位机测试平台把反馈结果和平台已给定的模拟信号进行比对，来判断BMS电池管理系统是否可以正确检测报警信息并对报警给出相应。

进一步，还包括SOC评估功能测试，在SOC评估功能测试时，先把上位机测试平台中的SOC初始值和BMS电池管理系统的SOC初始值调整成一致，再模拟电池充电过程，对单体电池进行一定时间的充/放电，比对BMS电池管理系统读取的SOC值与上位机测试平台的SOC值，其中，直流电流源(采用直流恒流源)接受上位机测试平台的指令，调整直流电流源输出的电流，对电池模拟单元完成一定时间的充电，主控模块采集直流电流源输出的充电电流，BMS电池管理系按照内部SOC估算方法计算出充电后的SOC值，跟测试平台计算的SOC值进行比对，完成SOC估算精度的评估。

进一步，还包括充电模拟单元测试，在充电模拟单元测试时，充电模拟单元分别模拟CC信号、CC2信号、CP信号；CC信号模拟测试，上位机测试平台对地输出不同阻值的电阻，BMS电池管理系统检测输出电阻两端电压，根据分压原理，计算出输出电阻的阻值并反馈至上位机测试平台进行对比，判断BMS电池管理系统是否识别CC信号；同理CC2信号模拟测试也基于此原理，上位机测试平台对地输出不同阻值的电阻，BMS电池管理系统检测输出电阻两端电压，根据分压原理，计算出输出电阻的阻值并反馈至上位机测试平台进行对比，判断BMS电池管理系统是否识别CC2信号；CP信号模拟测试时，充电模拟单元输出1KHz，0～100％占空比的PWM波形，BMS电池管理系统检测该模拟信号并反馈结果至上位机测试平台比对，判断BMS是否正确识别CP信号。

进一步，还包括产品软硬件版本读取测试，在产品软硬件版本读取功能测试时，上位机测试平台发送招测指令至BMS电池管理系统主控模块，BMS电池管理系统主控模块接收到招测指令后，将BMS电池管理系统真实的软硬件版本上传至上位机测试平台进行版本解析和显示，将解析后真实的软硬件版本与产品外壳标示的版本号进行比对，完成版本读取功能。

进一步，还包括数据存储测试，在数据存储测试时，上位机测试平台发送特定指令到BMS电池管理系统主控模块，BMS电池管理系统主控模块接收该指令进行存储，并在上位机测试平台发出招测指令时将该条指令回传至上位机测试平台进行解析和显示，对比两条指令，判断主控模块是否可以正确存储。

实际使用中，一主多从的BMS电池管理系统很难进行测试，因为工装线束复杂，系统庞大。而本实用新型从BMS的整个管理系统角度出发，解决一个主控多个从控庞大系统无法测试的问题，考虑使用一个真实的主控和一个真实的从控，其他的从控使用软件来模拟的方法来代替整个一主多从真实的系统，这种方法即能保证系统整体功能的完整性，完成系统整体功能的测试，又可以很大程度节省测试设备的成本。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种基于最小电池管理系统的功能测试系统，实现基于一主一从最小系统完成一主多从的BMS系统联调测试，操作系统简单、配线工装体积小、成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型最佳实施例的系统原理图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型的一种基于最小电池管理系统的功能测试系统，包括用于参数设置、显示和模拟BMS电池管理系统中至少一个从控模块的上位机测试平台以及与所述上位机测试平台连接的BMS一主一从最小系统，用于提供真实BMS电池管理系统的主控模块和从控模块，采集其他各个模块的数据并上传至上位机测试平台进行显示；

电池模拟单元，用于模拟单体电池电压信号，为测试系统提供模拟的单体电池电压信号；本实施例中电池模拟单元为一个由60个单体电池串联组成的电池组。

温度模拟检测单元，用于模拟单体电池温度信号，为测试系统提供模拟的单体电池温度信号；温度模拟检测单元采用可变电阻箱实现，可以同时模拟多个单体电池温度信号，本实施例中可以模拟16个单体电池温度信号。

霍尔分流器检测单元，用于模拟电池的总电流信号；

高压恒压源，用于模拟电池的总电压信号；

直流电流源，用于模拟充电电流；

充电模拟单元，用于模拟充电时的交流充电连接确认CC信号、直流充电连接确认CC2信号以及控制导引CP信号；

高精度万用表，用于测量各个模拟单元的真实数据，为电池管理系统提供对比信号；以及BMS供电电压源。

上位机测试平台和一主一从系统通过RS232转CAN通信单元进行信息交互，一主一从最小系统把电池管理系统的电压、电流、SOC、温度、故障信息上报给上位机测试平台，上位机测试平台在人机交互界面上显示出来。为实现一主多从的电池管理系统联调测试，需在电池管理系统的上位机测试平台软件中，将一主多从的电池管理系统软件配置为一主一从的最小系统，即一主多从系统联调测试时，只需要连接一个真实的主控模块和一个真实的从控模块，而系统中其他的从控模块，使用上位机测试平台软件来模拟，进而实现与主控模块的通信，上报单体电池电压和温度信息，来保证BMS系统的完整性和系统内部通信正常。

电池模拟单元、温度模拟检测单元、高压恒压源、充电模拟单元、直流电流源分别与一主一从最小系统的信号输入端进行连接，分别为系统提供相应的单体电压信号、单体温度信号、总电压信号、充电机的CC、CP、CC2信号、充电电流信号。电池管理系统供电电源作为BMS系统的工作电源。

电池模拟单元、温度模拟检测单元、高精度万用表、霍尔分流器检测单元、高压恒压源、充电模拟单元、直流电流源、电池管理系统供电电源与上位机测试平台通过RS232进行通信，在上位机测试平台界面显示以上模拟信号和电源信号。

具体的，所述BMS一主一从最小系统包括一个真实的主控模块和一个真实的从控模块，主控模块和从控模块通过内部CAN总线进行通信，所述真实的从控模块采集电池模拟单元提供的单体电池的电压数据和温度模拟检测单元提供的单体电池温度数据上报给真实的主控模块，所述真实的主控模块采集高压恒压源和霍尔分流器检测单元提供的电池的总电压信号和总电流信号，并与从控模块上报的电压和温度信息一同显示在上位机测试平台的显示界面。

一种基于最小电池管理系统的功能测试方法，主要包括状态参数测量精度测试，均衡电流测试、静态电流测试、电池故障诊断测试、SOC评估功能测试、充电模拟单元测试、产品软硬件版本读取测试以及数据存储测试等测试，下面分别对每种测试的具体方法进行详细的说明。

(1)在电池管理系统状态参数测量精度测试时，真实的从控模块采集电池模拟单元和温度模拟检测单元提供的电压和温度信号，通过内部CAN上报给真实的主控模块，BMS电池管理系统中其他的从控模块采集的电压和温度信号由上位机测试平台模拟实现，按照上位机测试平台和真实的主控模块通信使用的通信协议要求，上报给真实的主控模块统一的电压和温度信息，即相同的电压和温度信息，例如，每个模拟的从控模块都上报2.5V-3.7V之间电压值，25℃的温度值，本实施例中采用的是RS232转CAN通信单元实现上位机测试平台和真实的主控模块通信；真实的主控模块采集高压恒压源和霍尔分流器检测单元提供的总电压信号和总电流信号，并与从控模块(此处的从控模块指真实的从控模块，因为，只有真实的从控采集的信号才能上报给真实的主控模块)上报的电压和温度信息一同显示在上位机测试平台的显示界面；同时通过高精度万用表检测的各个模拟单元真实的状态参数数据，通过电池管理系统采集的数据和高精度万用表检测的各个模拟单元真实的状态参数数据的对比，判断BMS电池管理系统的功能是否满足设计要求，完成BMS电池管理系统的状态参数测试精度的检验；

(2)在均衡电流测试时，需把电池模拟单元中单体电池的电压依序调整进入不均衡状态，即单体电池最高电压大于截止电压或单体电池最高电压和最低电压压差大于阈值，例如：磷酸铁锂电池单体电池最高电压大于充电截止电压3.7V或单体电池最高电压和单体最低电压压差大于200mV。BMS电池管理系统读取CAN报文，量测电压最高单体电池处消耗电阻的电压值并反馈给上位机测试平台，根据计算的均衡电流值，判断均衡电流值是否在合理范围内。

均衡电流的计算方法：均衡电流＝量测的电压值/消耗电阻的阻值。其中消耗电阻的阻值是已知量，只需要测量得到电压值，就可以计算出来均衡电流值。

(3)在静态电流测试时，在上位机测试平台预设电池模拟单元的参数，启动电池模拟单元使其按照设定输出，并静置一段时间，用高精度万用表量测电池模拟单元中单体电池的工作电流并反馈至上位机测试平台，上位机测试平台根据预设参数判定测试结果是否满足需求，其中，单体电池的测试串数、截止电压、运行时间均可通过上位机软件进行设置。

(4)在电池故障诊断测试时，电池模拟单元、温度模拟单元、高压电压源、直流电流源根据上位机测试平台下发的指令，给BMS电池管理系统提供各种异常报警模拟电压、温度、总电压和总电流信号，BMS电池管理系统的主控模块检测异常模拟信号并把测试结果反馈上位机测试平台，上位机测试平台把反馈结果和平台已给定的模拟信号进行比对，来判断BMS电池管理系统是否可以正确检测报警信息并对报警给出相应。

(5)在SOC评估功能测试时，先把上位机测试平台中的SOC初始值和BMS电池管理系统的SOC初始值调整成一致，再模拟电池充电过程，对单体电池进行一定时间的充/放电，比对BMS电池管理系统读取的SOC值与上位机测试平台的SOC值，其中，直流电流源(采用直流恒流源)接受上位机测试平台的指令，调整直流电流源输出的电流，对电池模拟单元完成一定时间的充电，主控模块采集直流电流源输出的充电电流，BMS电池管理系按照内部SOC估算方法计算出充电后的SOC值，跟测试平台计算的SOC值进行比对，完成SOC估算精度的评估。

(6)在充电模拟单元测试时，充电模拟单元分别模拟交流充电连接确认CC信号、直流充电连接确认CC2信号、控制导引CP信号；交流充电连接确认CC信号模拟测试，上位机测试平台对地输出不同阻值的电阻，BMS电池管理系统检测输出电阻两端电压，根据分压原理，计算出输出电阻的阻值并反馈至上位机测试平台进行对比，判断BMS电池管理系统是否识别CC信号；同理直流充电连接确认CC2信号模拟测试也基于此原理，上位机测试平台对地输出不同阻值的电阻，BMS电池管理系统检测输出电阻两端电压，根据分压原理，计算出输出电阻的阻值并反馈至上位机测试平台进行对比，判断BMS电池管理系统是否识别CC2信号；控制导引CP信号模拟测试时，充电模拟单元输出1KHz，0～100％占空比的PWM波形，BMS电池管理系统检测该模拟信号并反馈结果至上位机测试平台比对，判断BMS是否正确识别CP信号。

(7)在产品软硬件版本读取功能测试时，上位机测试平台发送招测指令至BMS电池管理系统主控模块，BMS电池管理系统主控模块接收到招测指令后，将BMS电池管理系统真实的软硬件版本上传至上位机测试平台进行版本解析和显示，将解析后真实的软硬件版本与产品外壳标示的版本号进行比对，完成版本读取功能。

(8)在数据存储测试时，上位机测试平台发送特定指令到BMS电池管理系统主控模块，BMS电池管理系统主控模块接收该指令进行存储，并在上位机测试平台发出招测指令时将该条指令回传至上位机测试平台进行解析和显示，对比两条指令，判断主控模块是否可以正确存储。

实际使用中，一主多从的BMS电池管理系统很难进行测试，因为工装线束复杂，系统庞大。而本实用新型从BMS的整个管理系统角度出发，解决一个主控多个从控庞大系统无法测试的问题，考虑使用一个真实的主控和一个真实的从控，其他的从控使用软件来模拟的方法来代替整个一主多从真实的系统，这种方法即能保证系统整体功能的完整性，完成系统整体功能的测试，又可以很大程度节省测试设备的成本。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种基于最小电池管理系统的功能测试系统，其特征在于：包括用于参数设置、显示和模拟BMS电池管理系统中至少一个从控模块的上位机测试平台以及与所述上位机测试平台连接的

BMS一主一从最小系统，用于提供真实BMS电池管理系统的主控模块和从控模块，采集其他各个模块的数据并上传至上位机测试平台进行显示；

电池模拟单元，用于模拟单体电池电压信号，为测试系统提供模拟的单体电池电压信号；

温度模拟检测单元，用于模拟单体电池温度信号，为测试系统提供模拟的单体电池温度信号；

霍尔分流器检测单元，用于模拟电池的总电流信号；

高压恒压源，用于模拟电池的总电压信号；

直流电流源，用于模拟充电电流；

充电模拟单元，用于模拟充电时的交流充电连接确认CC信号、直流充电连接确认CC2信号以及控制导引CP信号；

高精度万用表，用于测量各个模拟单元的真实数据，为电池管理系统提供对比信号；

以及BMS供电电压源。

2.如权利要求1所述的基于最小电池管理系统的功能测试系统，其特征在于：所述BMS一主一从最小系统包括一个真实的主控模块和一个真实的从控模块，主控模块和从控模块通过内部CAN总线进行通信，所述真实的从控模块采集电池模拟单元提供的单体电池的电压数据和温度模拟检测单元提供的单体电池温度数据上报给真实的主控模块，所述真实的主控模块采集高压恒压源和霍尔分流器检测单元提供的电池的总电压信号和总电流信号，并与从控模块上报的电压和温度信息一同显示在上位机测试平台的显示界面。