CN220438468U - 一种电池仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池仿真系统，包括：用于模拟日常使用故障的故障注入模块、用于模拟电池包中的每一个电芯的行为的电芯仿真模块、用于模拟电池包的温度变化的温度仿真模块、用于模拟电池包内部的分流器的分流器仿真模块、用于与电池管理系统进行数据交换的通讯模块、用于与外部控制器相连的控制模块以及总线模块；故障注入模块、电芯仿真模块、温度仿真模块、分流器仿真模块、控制模块以及通讯模块均与总线模块通信连接；相比现有的电池仿真系统，本申请不仅能够模拟电池的实际工作情况，还能够在模拟电池的时候，模拟电池的故障情况，包括电池的短路、断路、高温等情况，确保电池管理系统的测试的完整、全面性。

Description

一种电池仿真系统

技术领域

本实用新型涉及电池测试技术领域，具体涉及一种电池仿真系统。

背景技术

随着电动车辆在汽车和航空航天领域的应用越来越广泛，需要解决的难题之一是如何对电池管理系统(BMS)进行有效地测试和验证。中国实用新型(申请号为：CN201621071053.3)提出一种电池仿真系统，包括：电池仿真器和N个电池监控单元，N个电池监控单元设置在电池仿真器的不同侧；其中，N为大于1的整数。该实用新型实施例提供的技术方案，在一定程度上解决了现有技术中当通道复用时，CSC采集到的电压数据波动较大以及容易引起均衡控制的误操作的问题。但是该申请的所公开的电池仿真系统，不能够用于模拟电池使用存在故障的情况，使用场景存在一定的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于公开了一种电池仿真系统，解决了现有的电池仿真系统存在的不能够模拟电池故障的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电池仿真系统，包括：用于模拟日常使用故障的故障注入模块、用于模拟电池包中的每一个电芯的行为的电芯仿真模块、用于模拟电池包的温度变化的温度仿真模块、用于模拟电池包内部的分流器的分流器仿真模块、用于与电池管理系统进行数据交换的通讯模块、用于与外部控制器相连的控制模块以及总线模块；所述故障注入模块、所述电芯仿真模块、所述温度仿真模块、所述分流器仿真模块、所述控制模块以及所述通讯模块均与所述总线模块通信连接。

可选的，所述电芯仿真模块包括：可与电池管理系统电连接的电流源单元、可与电池管理系统电连接的电压源单元、可与电池管理系统电连接的电压电流回读单元以及电芯接口单元；所述电芯接口单元与所述总线模块通信连接；所述电流源单元、电压源单元以及电压电流回读单元均与电芯接口单元通信连接。

可选的，所述温度仿真模块包括：若干可编程电阻，若干所述可编程电阻均与所述总线模块电连接。

可选的，所述故障注入模块包括若干继电器，若干所述继电器的控制端均与所述总线模块通信连接；若干所述继电器的受控端均与电池管理系统电连接。

可选的，所述通讯模块包括可与电池管理系统电连接的CAN通讯接口以及CAN通讯板，所述CAN通讯接口与CAN通讯板电连接，所述CAN通讯板与总线模块通信连接。

可选的，所述控制模块包括可与外部控制器通信连接的LAN通信接口。

可选的，还包括机箱；所述故障注入模块、所述电芯仿真模块、所述温度仿真模块、所述分流器仿真模块、所述控制模块、所述通讯模块以及所述总线模块均容纳在所述机箱的内部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型提供一种电池仿真系统，包括：用于模拟日常使用故障的故障注入模块、用于模拟电池包中的每一个电芯的行为的电芯仿真模块、用于模拟电池包的温度变化的温度仿真模块、用于模拟电池包内部的分流器的分流器仿真模块、用于与电池管理系统进行数据交换的通讯模块、用于与外部控制器相连的控制模块以及总线模块；所述故障注入模块、所述电芯仿真模块、所述温度仿真模块、所述分流器仿真模块、所述控制模块以及所述通讯模块均与所述总线模块通信连接；相比现有的电池仿真系统，本申请不仅能够模拟电池的实际工作情况，还能够在模拟电池的时候，模拟电池的故障情况，包括电池的短路、断路、高温等情况，确保电池管理系统的测试的完整、全面性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种电池仿真系统的结构示意图；

图2是电芯仿真模块原理图；

图3是温度仿真模块原理图；

图4是故障注入模块原理图；

图5是分流器仿真模块原理图。

具体实施方式

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

如图1-5所示的一种电池仿真系统，包括：用于模拟日常使用故障的故障注入模块、用于模拟电池包中的每一个电芯的行为的电芯仿真模块、用于模拟电池包的温度变化的温度仿真模块、用于模拟电池包内部的分流器的分流器仿真模块、用于与电池管理系统进行数据交换的通讯模块、用于与外部控制器相连的控制模块以及总线模块；所述故障注入模块、所述电芯仿真模块、所述温度仿真模块、所述分流器仿真模块、所述控制模块以及所述通讯模块均与所述总线模块通信连接。

具体来说，随着电动车辆在汽车和航空航天领域的应用越来越广泛，需要解决的难题之一是如何对电池管理系统(BMS)进行有效地测试和验证。为了能够在电池系统验证过程中进一步地对系统中的相关能力进行测试，需要在电池仿真系统中设置故障注入模块，故障注入模块能够模拟电池在实际使用过程中产生的短路、断路等物理故障，故障控制模块负责控制故障注入的时间和类型，以评估电池管理系统(BMS)对故障的响应和保护机制。

在本申请中，分流仿真器用于模拟电池包中的分流器行为。分流器仿真器通过模拟不同的电流分流情况，可以模拟电池包中分流器的工作状态。与被测件分流器接口电路相连，确保仿真信号准确传递给电池包。

综上所述，本申请的电池仿真系统能够提供短路、断路等物理故障的仿真功能，可以模拟电池包在故障情况下的行为，用于评估电池管理系统(BMS)的响应和保护机制。相比现有的电池仿真系统，本申请的仿真系统采用更准确和精细的电池模型和仿真算法，能够更准确地模拟每一个单体电芯的行为和特性，从而提高了仿真结果的精度和可靠性、本申请支持多通道的电芯仿真、温度仿真、分流器仿真等，具备灵活配置和扩展的能力，适应不同类型和规格的电池包仿真需求，通过全面仿真和测试，可以评估电池包在不同工况下的稳定性，并为系统设计提供指导，提高系统的稳定性和可靠性。

可选的，所述电芯仿真模块包括：可与电池管理系统电连接的电流源单元、可与电池管理系统电连接的电压源单元、可与电池管理系统电连接的电压电流回读单元以及电芯接口单元；所述电芯接口单元与所述总线模块通信连接；所述电流源单元、电压源单元以及电压电流回读单元均与电芯接口单元通信连接。

具体来说，在本申请中，电芯仿真模块用于模拟电池包中每个电芯的行为。它能够提供充电和放电电流的模拟，以及高精度的电压和电流回读功能。在本申请中，电芯仿真模块采用PXI模块，型号为Pickering 41-752A-001。

可选的，所述温度仿真模块包括：若干可编程电阻，若干所述可编程电阻均与所述总线模块电连接。具体来说，在本申请中，温度仿真模块用于模拟电池包的温度特性。可编程电阻通过调节电阻值模拟不同的温度，用来检测电池管理系统对应的温度控制功能。

可选的，所述故障注入模块包括若干继电器，若干所述继电器的控制端均与所述总线模块通信连接；若干所述继电器的受控端均与电池管理系统电连接。具体来说，故障注入采用的是硬件的方法，通过对不同继电器的开合状态进行组合，实现模拟不同的故障，例如短路，断路，对电源短路，对地短路等。

可选的，所述通讯模块包括可与电池管理系统电连接的CAN通讯接口以及CAN通讯板，所述CAN通讯接口与CAN通讯板电连接，所述CAN通讯板与总线模块通信连接。具体来说，通讯模块提供高速CAN通讯接口，与BMS系统进行数据交互和通信。通过CAN接口，电池仿真系统能够与BMS系统实现数据的传输和控制命令的交互。

可选的，所述控制模块包括可与外部控制器通信连接的LAN通信接口。

可选的，还包括机箱；所述故障注入模块、所述电芯仿真模块、所述温度仿真模块、所述分流器仿真模块、所述控制模块、所述通讯模块以及所述总线模块均容纳在所述机箱的内部。

在本申请中，机箱采用PXI机箱，能够为模块化电池仿真系统提供快速扩展的防护平台。

在本申请中，还包括用于控制电池仿真系统进行工作的软件，软件主要运行在PC上，提供软件界面和功能，用于导入和运行电池模型，进行仿真的配置和控制。仿真软件平台允许用户设置仿真参数、监测仿真结果，并可对数据进行实时可视化展示和分析。

综上所述，本申请提出一种电池仿真系统，本系统实现了对2-100节电芯的仿真，通过电芯接口电路与电池包中的每个电芯连接，确保仿真信号准确传递；电芯仿真部分紧密嵌入于机箱中，确保与电芯的位置关系和连接关系的紧密性。且保证了良好的可扩展性；采用可编程电阻进行温度仿真，通过调节电阻值模拟不同的温度。支持多通道的分流器仿真，通过分流器接口电路与分流器连接，模拟电池包中分流器的工作状态。分流器仿真部分与电池包的分流器位置和连接关系紧密相连，确保仿真信号准确传递；提供短路、断路等物理故障的仿真，通过故障注入器和故障控制模块进行控制。故障注入部分与电池包的关键位置和电路连接关系紧密相连，确保故障仿真的准确性和可靠性。本系统操作、控制和使用的简便性：本发明提供可视化界面和数据分析功能，使用户可以轻松配置仿真参数、监测仿真结果，并进行实时可视化展示和分析，简化了操作、控制和使用过程。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

Claims (7)

1.一种电池仿真系统，其特征在于，包括：用于模拟日常使用故障的故障注入模块、用于模拟电池包中的每一个电芯的行为的电芯仿真模块、用于模拟电池包的温度变化的温度仿真模块、用于模拟电池包内部的分流器的分流器仿真模块、用于与电池管理系统进行数据交换的通讯模块、用于与外部控制器相连的控制模块以及总线模块；

所述故障注入模块、所述电芯仿真模块、所述温度仿真模块、所述分流器仿真模块、所述控制模块以及所述通讯模块均与所述总线模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种电池仿真系统，其特征在于，所述电芯仿真模块包括：可与电池管理系统电连接的电流源单元、可与电池管理系统电连接的电压源单元、可与电池管理系统电连接的电压电流回读单元以及电芯接口单元；

所述电芯接口单元与所述总线模块通信连接；

所述电流源单元、电压源单元以及电压电流回读单元均与电芯接口单元通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种电池仿真系统，其特征在于，所述温度仿真模块包括：若干可编程电阻，若干所述可编程电阻均与所述总线模块电连接。

4.根据权利要求1所述的一种电池仿真系统，其特征在于，所述故障注入模块包括若干继电器，若干所述继电器的控制端均与所述总线模块通信连接；若干所述继电器的受控端均与电池管理系统电连接。

5.根据权利要求1所述的一种电池仿真系统，其特征在于，所述通讯模块包括可与电池管理系统电连接的CAN通讯接口以及CAN通讯板，所述CAN通讯接口与CAN通讯板电连接，所述CAN通讯板与总线模块通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种电池仿真系统，其特征在于，所述控制模块包括可与外部控制器通信连接的LAN通信接口。

7.根据权利要求1所述的一种电池仿真系统，其特征在于，还包括机箱；所述故障注入模块、所述电芯仿真模块、所述温度仿真模块、所述分流器仿真模块、所述控制模块、所述通讯模块以及所述总线模块均容纳在所述机箱的内部。