TWI751934B

TWI751934B - 電池管理系統的測試設備和測試方法

Info

Publication number: TWI751934B
Application number: TW110111011A
Authority: TW
Inventors: 王詠辰; 黃彥翔; 林懿伶; 鄭逸倫; 黃嘉偉
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-01-01
Also published as: TW202206841A

Abstract

本發明提供一種電池管理系統的測試設備。一電池參數鑑別模組量測一標準電池以得到一校正輸入，並使用複數測試配方對一待測電池進行充放電測試，以得到待測電池的電池參數。一即時模擬模組根據電池參數和一動態負載而得到一電池模型和一模擬電池狀態。一物理信號模擬模組包括複數模擬器。每一模擬器是根據電池模型而經由一連接器提供一電池物理信號至一待測電池管理控制器。一主控裝置提供動態負載至即時模擬模組，並比較模擬電池狀態與待測電池管理控制器根據電池物理信號所提供的一估測電池狀態，以判斷待測電池管理控制器是否正常。

Description

電池管理系統的測試設備和測試方法

本發明係有關於一種測試設備，且特別係有關於一種電池管理系統的測試設備。

電池已廣泛地被應用在各類電動車、不斷電系統以及相關的儲能裝置等。例如，電動車需要依靠電池來進行驅動，因此也需要一個電池管理系統（Battery management system，BMS）來防止電池發生異常狀態（例如電池過度充/放電或是過熱），以保護電動車能夠安全地行駛。

此外，電池管理系統更監控電池狀態，以估測電池電量（state of charge，SOC）以及循環壽命（state of health，SOH）。由於電動車的馬達驅動時的變動負載以及每一電池芯（battery cell）的特性與差異性等因素，可能造成電池殘留電量或循環壽命的估測會發生錯誤。傳統上，需要耗費大量人力與時間來對電池管理系統進行測試，以確保電池管理系統能更準確地工作。

因此，需要一種能自動化對電池管理系統進行測試的測試設備與測試方法，以降低測試成本。

本發明提供一種電池管理系統的測試設備。上述測試設備包括一電池參數鑑別模組、一即時模擬模組、一物理信號模擬模組、一連接器以及一主控裝置。上述電池參數鑑別模組用以量測一標準電池以得到一第一校正輸入，以及在根據上述第一校正輸入校正複數電池量測裝置之後，使用一容量測試配方與一弛豫時間測試配方對一待測電池進行一第一充放電測試，以得到上述待測電池的一電池參數。上述即時模擬模組用以根據上述電池參數以及一動態負載而得到一電池模型和一模擬電池狀態。上述物理信號模擬模組包括複數模擬器，以及每一上述模擬器是根據上述電池模型而提供一電池物理信號。上述連接器耦接於上述物理信號模擬模組以及一待測電池管理控制器之間。上述連接器用以提供上述電池物理信號至上述待測電池管理控制器。上述待測電池管理控制器根據上述電池物理信號而提供上述待測電池的一估測電池狀態。上述主控裝置用以提供上述動態負載至上述即時模擬模組，並比較上述模擬電池狀態以及上述估測電池狀態，以判斷上述待測電池管理控制器是否正常。

再者，本發明提供一種電池管理系統的測試方法。得到一待測電池管理控制器以及一待測電池。測量一標準電池，以得到複數量測參數。當上述量測參數匹配於上述標準電池的實際參數時，產生複數測試配方。根據每一上述測試配方，對上述待測電池進行一充放電測試。根據上述充放電測試的結果，產生對應於上述待測電池之一第一電池參數。根據上述第一電池參數與對應於一測試案例的一動態負載，產生一電池模型。根據上述電池模型，產生具有複數電池物理信號至上述待測電池管理控制器，以便從上述待測電池管理控制器得到對應於上述待測電池的一估測電池狀態。比較上述待測電池的一模擬電池狀態以及上述待測電池管理控制器所提供的上述估測電池狀態，以得到一測試結果。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電池管理控制器的測試設備100。測試設備100是用以對電池管理系統（battery management system，BMS）的控制器（以下簡稱為待測電池管理控制器或待測控制器）10進行測試，以判斷待測電池管理控制器10的操作與設定是否正常。

在第1圖中，測試設備100包括主控設備40、連接器110、即時模擬模組120、待測控制器自動感測校正模組130、物理信號模擬模組140以及電池參數鑑別模組150。在一些實施例中，即時模擬模組120包括電池模型模擬器160以及測試情境模擬器165。在一些實施例中，電池參數鑑別模組150包括電池芯參數校正模組170以及電池芯參數自動鑑別模組180。

主控設備40分別提供控制信號Ctrl1、Ctrl2、Ctrl3和Ctrl4至電池芯參數自動鑑別模組180、電池芯參數校正模組170、測試情境模擬器165以及待測控制器自動感測校正模組130，用以設定相對應的操作，例如控制流程與參數。當使用者將待測電池30與待測電池管理控制器10安裝在測試設備100內，主控設備40可根據來自電池模型模擬器160的對應於待測電池30的模擬電池狀態SimState來判斷由待測電池管理控制器10所提供的待測電池30的估測電池狀態EstState是否正確，並輸出測試信號Tout來表示模擬電池狀態SimState與估測電池狀態EstState的比較結果。當測試信號Tout表示模擬電池狀態SimState與估測電池狀態EstState之間的差異過大時，使用者需要修改待測電池管理控制器10的電池估測相關設定和操作，以便能與模擬電池狀態SimState匹配。

在測試設備100中，對待測電池管理控制器10進行測試之前，待測控制器自動感測校正模組130會根據來自主控設備40的控制信號Ctrl4產生校正輸入CorrBMS，並經由連接器110而提供校正輸入CorrBMS至待測電池管理控制器10，以便執行自動感測校正程序以對待測電池管理控制器10進行校正。於是，可確保測試設備100的測試結果不會受到待測電池管理控制器10本身感測器不準確的影響。

參考第2圖，第2圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用待測控制器自動感測校正模組130對待測電池管理控制器10執行自動感測校正程序的流程圖。首先，在步驟S210，根據來自主控設備40的控制信號Ctrl4的設定值，待測控制器自動感測校正模組130會控制信號模擬器（未顯示）輸出具有固定物理量（例如電壓值、電流值及/或溫度值）的校正輸入CorrBMS至待測電池管理控制器10。接著，在步驟S220，主控設備40會從待測電池管理控制器10得到（或讀取）對應於固定電壓值、固定電流值及/或固定溫度值的校正輸入CorrBMS的感測值。接著，在步驟S230，主控設備40會將固定電壓值、固定電流值及/或固定溫度值的設定值（模擬電池狀態SimState）與待測電池管理控制器10的感測值（估測電池狀態EstState）進行比較，並得到設定值和感測值之間的誤差值。當誤差值超過臨界值時，調整（或校正）待測電池管理控制器10的感測器，以便調整電壓、電流及/或溫度感測器的偏差值參數（步驟S240），例如調整感測器的偏移量。在調整感測器之後，流程回到步驟S220，然後主控設備40會再從待測電池管理控制器10得到校正後的感測值，並將設定值與校正後的感測值進行比較。若設定值和校正後的感測值之間的誤差值仍超過臨界值，則繼續調整待測電池管理控制器10的偏差值參數並重複進行流程的步驟S220至S240，直到誤差值未超過臨界值（步驟S250）。當誤差值未超過臨界值（步驟S250）時，則得到已校正完成的偏差值參數，並完成自動感測校正程序。在一些實施例中，待測控制器自動感測校正模組130執行自動感測校正程序來校正主控設備40中關於電池芯電壓感測、電池包溫度感測、電池包電壓感測、電池包電流感測、風扇轉速感測及/或絕緣阻抗感測等感測器。

參考回第1圖，測試情境模擬器165可根據來自主控設備40的控制信號Ctrl3來模擬待測電池30的操作條件，以便提供動態負載DLoad至電池模型模擬器160。換言之，主控設備40可提供控制信號Ctrl3來設定不同的操作條件，使得測試情境模擬器165可根據不同情境提供相對應的動態負載DLoad至電池模型模擬器160。接著，電池模型模擬器160可根據動態負載DLoad以及來自電池參數鑑別模組150且對應於待測電池30的電池參數ParaBAT來產生電池模型ModBAT，並提供電池模型ModBAT至物理信號模擬模組140。在即時模擬模組120中，藉由使用動態負載DLoad來建立電池模型ModBAT，可增加對待測電池管理控制器10的測試覆蓋率。此外，在接收到電池模型ModBAT之後，物理信號模擬模組140會將電池模型ModBAT轉換為實際的電池物理信號PHY，並提供具有各種物理量的電池物理信號PHY至連接器110。

在第1圖中，連接器110耦接於待測電池管理控制器10以及待測控制器自動感測校正模組130與物理信號模擬模組140之間，用以將校正輸入CorrBMS及/或電池物理信號PHY傳送至待測電池管理控制器10。在一些實施例中，連接器110包括錯誤注入器（例如第7A圖的錯誤注入器112），用以將錯誤事件注入至待測電池管理控制器10以模擬錯誤事件的發生，例如執行電池管理系統接收到錯誤信號時的情況。

在第1圖中，電池芯參數校正模組170根據來自主控設備40的控制信號Ctrl2對標準電池20進行標準測試，以執行電池芯參數自動鑑別校正程序來產生校正輸入CorrBAT至電池芯參數自動鑑別模組180。標準電池20為標準電池樣品（例如金樣本）。在電池參數鑑別模組150中，在執行電池芯參數自動鑑別校正程序之前，需要使用電池芯參數校正模組170對標準電池20進行測試，使得標準電池20測試後的結果能夠作為測試設備100的校正依據。此外，相應於來自主控設備40的控制信號Ctrl1，電池芯參數自動鑑別模組180可根據校正輸入CorrBAT對待測電池30進行測試，以辨識出之待測電池30的電池芯參數。接著，電池芯參數自動鑑別模組180會根據所辨識出的電池芯參數而提供對應於待測電池30的電池參數ParaBAT至電池模型模擬器160。

參考第3圖，第3圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用電池芯參數校正模組170執行電池芯參數自動鑑別校正程序的流程圖。首先，在步驟S310，根據來自主控設備40的控制信號Ctrl2的充放電設定，電池芯參數校正模組170會對標準電池20進行充放電測試以及電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）測試。接著，在步驟S320，電池芯參數校正模組170會對步驟S310所得到的測試結果進行容量計算、阻抗計算並得到電化學阻抗譜擬合（Fitting）結果，亦即標準電池20的量測參數。接著，在步驟S330，電池芯參數校正模組170會將步驟S320所得到的計算結果與標準電池20的容量及阻抗的實際值（或等同預設值）進行比較，以便得到計算結果和實際值之間的誤差值。當誤差值超過臨界值時，電池芯參數校正模組170會調整測試參數（步驟S340），例如調整充放電的測試參數。接著，流程回到步驟S310，電池芯參數校正模組170會再對標準電池20進行充放電測試以及電化學阻抗譜測試，並再次對所得到的測試結果進行容量計算、阻抗計算並得到電化學阻抗譜擬合結果（步驟S320）。接著，電池芯參數校正模組170會將校正後的計算結果與標準電池20的容量及阻抗的實際值或預設值進行比較（步驟S330），以便得到校正後的計算結果和實際值之間的誤差值。若校正後的計算結果和實際值之間的誤差值仍超過臨界值，則重複進行流程的步驟S310至S340，直到誤差值未超過臨界值（步驟S350），則完成電池芯參數自動鑑別校正程序，並提供校正輸入CorrBAT至電池芯參數自動鑑別模組180。

第4A和4B圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用電池芯參數自動鑑別模組180產生電池參數ParaBAT的流程圖。首先，在步驟S410，得到使用者所提供（或輸入）的待測電池30的相關電池參數（例如電池類型、電壓、容量等）。接著，在步驟S415，根據在步驟S410得到的電池參數產生多個第一測試配方（例如容量測試配方與弛豫時間（relaxation time）測試配方）。接著，根據每一第一測試配方對待測電池30進行第一充放電測試（步驟S420）。在第一充放電測試中，電池芯參數自動鑑別模組180會相應於校正輸入CorrBAT對待測電池30進行測量。接著，在步驟S425，判斷每一第一測試配方在不同溫度下是否都已完成第一充放電測試。若尚未完成，則改變測試環境溫度至尚未測試的溫度（步驟S430），直到每一第一測試配方在所有溫度下都已完成第一充放電測試。接著，分析與處理步驟S420中所有溫度下第一充放電測試的結果（步驟S435），以產生第二測試配方（步驟S440），例如脈衝充電測試配方以及脈衝放電測試配方。接著，根據每一第二測試配方對待測電池芯30進行第二充放電測試（步驟S445）。在第二充放電測試中，電池芯參數自動鑑別模組180會相應於校正輸入CorrBAT對待測電池30進行測量。在一些實施例中，脈衝充電測試配方是用來測試待測電池芯30在不同溫度下之充電電壓響應，而脈衝放電測試配方是用來測試待測電池芯30在不同溫度下之放電電壓響應。接著，在步驟S450，判斷各第二測試配方在不同溫度下是否都已完成第二充放電測試。若尚未完成，則改變測試環境溫度至尚未測試的溫度（步驟S455），直到每一第二測試配方在所有溫度下都已完成第二充放電測試。接著，分析與處理步驟S445的所有溫度下第二充放電測試的結果，並根據來自電化學阻抗分析程序（描述於第5圖）的電阻電容（RC）模型參數（或等效模型參數）初始值進行參數擬合與最佳化（步驟S460），以便產生電池參數ParaBAT（步驟S465）。在一些實施例中，電池參數ParaBAT可以是由Simulink所模擬的電池模型。

第5圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用電池芯參數自動鑑別模組180執行電化學阻抗譜（EIS）分析程序的流程圖。首先，在步驟S510，設定電化學阻抗譜分析的設定值，例如擾動信號頻率範圍（例如0.1Hz~10kHz）、信號大小（例如10mV）、取點數量、待測電池30的目前電壓等。接著，在步驟S515，透過電化學阻抗譜電路板對待測電池30注入微小的擾動電壓，以便根據校正輸入CorrBAT量測待測電池30，以得到待測電池30的電流響應（步驟S520）。接著，在步驟S525，根據擾動電壓以及所得到的電流響應而得到待測電池30的阻抗。接著，在步驟S530，根據步驟S525中得到的阻抗可得到阻抗譜的奈奎斯特圖（Nyquist plot）與波德圖（Bode plot），以得到阻抗譜的初始參數值。接著，在步驟S535，透過演算法應用程式（例如Matlab）將阻抗譜資料與估測的初始參數值進行RC模型擬合，以得到對應於待測電池30的RC模型參數（步驟S540）。接著，在步驟S545，判斷是否需要測試其他電壓值。若需要測試其他電壓值，則將待測電池30充電或放電至需要測試的電壓（步驟S550），並回到步驟S510。換言之，待測電池30的目前電壓會被調整為需要測試的電壓，並重新執行流程中的步驟S510-S540，直到沒有需要測試的電壓（步驟S545）。接著，在步驟S555，完成電化學阻抗譜分析程序，並得到RC模型參數初始值。於是，電池芯參數自動鑑別模組180可根據RC模型參數初始值來產生電池參數ParaBAT。

第6圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電池模型模擬器160根據電池參數ParaBAT所建立之待測電池30的等效電路模型600的示意圖。等效電路模型600包括開路電壓（open circuit voltage，OCV）模塊610、內阻模塊620_c和620_d、RC電路模塊630_c和630_d、自放電（self-discharge）電流模塊640、平衡電流模塊650以及二極體660和665。在一些實施例中，開路電壓模塊610包括耦接於節點n1與節點n2之間的電壓源615，用以提供固定的電壓Em。此外，電壓Em的電壓值是由電池溫度以及電量狀態（State of Charge，SOC）所決定。二極體660耦接於節點n1以及內阻模塊620_c之間，以及二極體665耦接於節點n1以及內阻模塊620_d之間。內阻模塊620_c耦接於RC電路模塊630_c以及二極體660之間，以及內阻模塊620_d耦接於RC電路模塊630_d以及二極體665之間。內阻模塊620_c包括可變電阻R0_c，用以提供充電時的等效內部阻抗。此外，內阻模塊620_d包括可變電阻R0_d，用以提供放電時的等效內部阻抗。此外，可變電阻R0_c和R0_d的阻值是由電池溫度以及電量狀態決定。在一些實施例中，電池溫度是由電池芯熱模塊670所提供。再者，電池芯熱模塊670是與電池的內部阻抗和電流有關，而電池的電流是由動態負載DLoad所決定。

在第6圖中，RC電路模塊630_c耦接於內阻模塊620_c以及節點n3之間，而RC電路模塊630_d耦接於內阻模塊620_d以及節點n3之間。RC電路模塊630_c包括可變電容C1_c至C3_c以及可變電阻R1_c至R3_c，用以表示充電時的等效RC電路。在RC電路模塊630_c中，可變電容C1_c與可變電阻R1_c並聯於內阻模塊620_c以及節點n4之間。此外，可變電容C2_c與可變電阻R2_c並聯於節點n4以及節點n5之間，以及可變電容C3_c與可變電阻R3_c並聯於節點n5以及節點n3之間。相似地，RC電路模塊630_d包括可變電容C1_d至C3_d以及可變電阻R1_d至R3_d，用以表示放電時的等效RC電路。在RC電路模塊630_d中，可變電容C1_d與可變電阻R1_d並聯於內阻模塊620_d以及節點n6之間。此外，可變電容C2_d與可變電阻R2_d並聯於節點n6以及節點n7之間，以及可變電容C3_d與可變電阻R3_d並聯於節點n7以及節點n3之間。在第6圖中，電池溫度與電量狀態是由電池參數ParaBAT所決定。在一些實施例中，可變電阻R1_c至R3_c以及可變電阻R1_d至R3_d的阻值是由電池溫度、電量狀態以及動態負載DLoad所決定。再者，可變電容C1_c至C3_c以及可變電容C1_d至C3_d的電容值亦是由電池溫度、電量狀態以及動態負載DLoad所決定。

在第6圖中，自放電電流模塊640耦接於節點n1和節點n2之間。自放電電流模塊640包括電流源645，用以提供固定的電流I。此外，電流I的電流值是由電池溫度所決定。平衡電流模塊650耦接於節點n3和節點n2之間。平衡電流模塊650包括電流源652和654，用以提供不同方向的電流。再者，電流源652和654的電流量是與電池管理系統（BMS）的設計有關。藉由相應於動態負載DLoad來調整等效電路模型600的各模塊（例如內阻模塊620_c與620_d以及電阻電容電路模塊630_c和630_d）的操作，電池模型模擬器160可根據電池參數ParaBAT產生電池模型ModBAT。

第7A和7B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電池管理控制器的測試設備100A。相較於第1圖的測試設備100，第7A和7B圖的測試設備100A的連接器110A、物理信號模擬模組140A、電池模型模擬器160A、測試情境模擬器165A和電池芯參數自動鑑別模組180A更包括多個組件。

在第7A和7B圖中，連接器110A包括錯誤注入器112以及接線盒114。錯誤注入器112耦接於接線盒114以及待測電池管理控制器10之間。主控設備40可控制錯誤注入器112輸入錯誤事件至待測電池管理控制器10。此外，接線盒114會將來自物理信號模擬模組140A的各模擬器的各種電池物理信號PHY傳送至待測電池管理控制器10。

在一些實施例中，物理信號模擬模組140A包括通訊模擬器141、待測物控制器低電壓電源模擬器142、電池包絕緣阻抗模擬器143、電池包電流模擬器144、電池包電壓模擬器145、電池包溫度模擬器146和電池芯電壓模擬器147。通訊模擬器141可模擬電子元件（例如車載元件）與待測電池管理控制器10進行通訊。待測物控制器低電壓電源模擬器142可模擬待測電池管理控制器10之低電壓的電源，例如12V電源。電池包絕緣阻抗模擬器143可模擬待測電池30中電池包之絕緣阻抗。電池包電流模擬器144可模擬待測電池30中電池包之電流。電池包電壓模擬器145可模擬待測電池30中電池包之電壓。電池包溫度模擬器146可模擬待測電池30中電池包之溫度。電池芯電壓模擬器147可模擬待測電池30中電池芯的電壓。

在一些實施例中，電池模型模擬器160A包括電池芯模擬模組161以及電池包模擬模組162。電池芯模擬模組161根據來自電池芯參數自動鑑別模組180A的電池參數ParaBAT動態地（或自動地）模擬待測電池30的電池芯狀態，並提供相對應的電池模型ModBAT至電池芯電壓模擬器147。此外，電池包模擬模組162會根據電池芯模擬模組161所提供的電池參數ParaBAT及/或待測電池30的電池芯狀態以及動態負載DLoad而動態地（或自動地）模擬待測電池30的電池包狀態，並提供相對應的電池模型ModBAT至電池包絕緣阻抗模擬器143、電池包電流模擬器144、電池包電壓模擬器145與電池包溫度模擬器146。在一些實施例中，電池芯模擬模組161以及電池包模擬模組162是由處理器或計算機所執行的數學模型。

在一些實施例中，測試情境模擬器165A包括車載控制器/元件模擬模組164、行車型態模擬模組166、駕駛模擬模組167、錯誤模擬模組168和車輛動態模擬模組169。車載控制器/元件模擬模組164是用以提供與待測電池管理控制器10進行通訊之必要的控制器與車輛電子/機械元件之模擬模型，以便控制通訊模擬器141。行車型態模擬模組166是用以提供車輛行駛型態之模擬模型。駕駛模擬模組167是用以提供駕駛行為之模擬模型。車輛動態模擬模組169是用以提供車輛動態之模擬模型，以便提供動態負載DLoad至電池模型模擬器160A。錯誤模擬模組168是用以提供錯誤事件之模擬模型。

在一些實施例中，電池芯參數自動鑑別模組180A包括電池芯自動參數鑑別軟體181、電池芯電化學阻抗分析儀182、電池芯充放電機183、恆溫恆濕試驗機184和電池芯溫度量測器185。電池芯自動參數鑑別軟體181包括一使用者介面。如先前所描述，根據使用者在使用者介面所輸入待測物的相關參數，電池芯參數自動鑑別模組180A可建立測試配方（例如容量測試配方、弛豫時間測試配方、脈衝充電測試配方和脈衝放電測試配方等）來對待側電池30進行充放電測試。電池芯電化學阻抗分析儀182是用以分析待側電池30的電池芯電化學阻抗。電池芯充放電機183是用以對待側電池30的電池芯進行充放電測試（例如第一充放電測試及第二充放電測試）。恆溫恆濕試驗機184是用以控制待側電池30的電池芯之環境溫度與濕度。電池芯溫度量測器185是用以量測待側電池30的電池芯之表面溫度。

第8圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電池管理控制系統的測試方法的流程。在一些實施例中，第8圖的測試方法是由第1圖的測試設備100或第7A和7B圖的測試設備100A所執行。

同時參考第1圖與第8圖，在步驟S802，得到/取得待測電池管理控制器10以及待測電池30。在一些實施例中，第8圖的測試方法是判斷待測電池管理控制器10對於待測電池30的容量估計是否正確。在步驟S804，主控設備40會對測試設備100的測試環境進行初始化。接著，主控設備40會控制電池芯參數校正模組170對標準電池20進行量測，以得到標準電池20的量測參數（步驟S806）。如先前所描述，主控設備40會使用電池芯參數校正模組170執行電池芯參數自動鑑別校正程序，對標準電池20進行充放電測試以及電化學阻抗譜測試，以得到標準電池20的量測參數，包含計算容量、計算阻抗以及電化學阻抗譜擬合結果。接著，在步驟S808，判斷標準電池20的量測參數是否與標準電池20的實際參數匹配。若量測參數與實際參數不匹配（例如量測參數和實際參數的誤差值大於臨界值），則對測試設備100的測試/量測裝置進行校正（步驟S810），然後流程回到步驟S804。若量測參數與實際參數匹配，則電池芯參數自動鑑別模組180會產生多個測試配方（步驟S812），並根據每一測試配方對待測電池30進行充放電測試（步驟S814），以產生電池參數ParaBAT，如第4A和4B圖所描述。如先前所描述，測試配方包括容量測試配方、弛豫時間測試配方、脈衝充電測試配方以及脈衝放電測試配方等。在一些實施例中，充放電測試可能需要幾天的時間。在完成充放電測試之後，電池模型模擬器160可根據來自電池參數鑑別模組150且對應於待測電池30的電池參數ParaBAT來產生待測電池30的數學模型（即電池模型ModBAT）（步驟S816）。此外，在產生待測電池30的數學模型的期間或之後，待測控制器自動感測校正模組130會執行自動感測校正程序（如第2圖所顯示）對待測電池管理控制器10進行校正（步驟S818）。如先前所描述，主控設備40會將關於固定電壓值、固定電流值及/或固定溫度值的設定值與待測電池管理控制器10的感測值進行比較，並得到設定值和感測值之間的誤差值。若誤差值超過臨界值，則調整待測電池管理控制器的感測器，直到誤差值未超過臨界值。在完成自動感測校正程序之後，主控設備40會控制測試情境模擬器165來產生測試案例（步驟S820），並根據測試案例產生待測電池30的動態負載DLoad（步驟S822）。在一些實施例中，電池模型模擬器160更可根據動態負載DLoad來調整待測電池30的數學模型（即電池模型ModBAT）。此外，根據測試案例的設定，主控設備40會控制是否注入錯誤事件（步驟S824），例如可使用第7A圖的錯誤注入器112來注入錯誤事件。接著，在步驟S826，主控設備40可對來自電池模型模擬器160的模擬電池狀態SimState與待測電池管理控制器10所提供的估測電池狀態EstState進行比對，並輸出測試信號Tout來表示待測電池30的模擬電池狀態SimState與估測電池狀態EstState的測試結果（步驟S828）。

根據本發明實施例，藉由使用待測控制器自動感測校正模組130以及電池芯參數校正模組170來進行自動化校正以及使用電池芯參數自動鑑別模組180和電池模型模擬器160來進行自動化建立電池模型，可使測試設備100能自動化產生高度擬真的虛擬環境，以便對待測電池管理控制器10（即電池管理系統的控制器）進行全面性測試。因此，相較於傳統的測試方式，測試設備10可以解決傳統測試系統無法對待測電池管理控制器10進行定量測試的問題。此外，測試設備10不需耗費大量的人力與時間進行測試前置處理，因此可節省待測電池管理控制器10的測試成本並縮短其測試時間。

雖然本發明已以較佳實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:待測電池管理控制器 20:標準電池 30:待測電池 40:主控設備 100,100A:測試設備 110,110A:連接器 112:錯誤注入器 114:接線盒 120,120A:即時模擬模組 130:待測控制器自動感測校正模組 140,140A:物理信號模擬模組 141:通訊模擬器 142:待測物控制器低電壓電源模擬器 143:電池包絕緣阻抗模擬器 144:電池包電流模擬器 145:電池包電壓模擬器 146:電池包溫度模擬器 147:電池芯電壓模擬器 150:電池參數鑑別模組 160,160A:電池模型模擬器 161:電池芯模擬模組 162:電池包模擬模組 164:車載控制器/元件模擬模組 165,165A:測試情境模擬器 166:行車型態模擬模組 167:駕駛模擬模組 168:錯誤模擬模組 169:車輛動態模擬模組 170:電池芯參數校正模組 180,180A:電池芯參數自動鑑別模組 181:電池芯自動參數鑑別軟體 182:電池芯電化學阻抗分析儀 183:電池芯充放電機 184:恆溫恆濕試驗機 185:電池芯溫度量測器 600:等效電路模型 610:開路電壓模塊 615:電壓源 620_c,620_d:內阻模塊 630_c,630_d:電阻電容電路模塊 640:自放電電流模塊 645,652,654:電流源 650:平衡電流模塊 660,665:二極體 670:電池芯熱模塊 C1_c-C3_c,C1_d-C3_d:可變電容 CorrBAT:校正輸入 CorrBMS:校正輸入 Ctrl1-Ctrl4:控制信號 DLoad:動態負載 Em:電壓 EstState:估測電池狀態 I:電流 ModBAT:電池模型 n1-n7:節點 ParaBAT:電池參數 PHY:電池物理信號 R0_c-R3_c,R0_d-R3_d: 可變電阻 S210-S250,S310-S350,S410-S465,S510-S555,S802-S828:步驟 SimState:模擬電池狀態 Tout:測試信號

第1圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電池管理控制器的測試設備。第2圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用待測控制器自動感測校正模組對待測電池管理控制器執行自動感測校正程序的流程圖。第3圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用電池芯參數校正模組執行電池芯參數自動鑑別校正程序的流程圖。第4A和4B圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用電池芯參數自動鑑別模組產生電池參數的流程圖。第5圖係顯示根據本發明一些實施例所述之使用電池芯參數自動鑑別模組執行電化學阻抗譜（EIS）分析程序的流程圖。第6圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電池模型模擬器根據電池參數所建立之待測電池的等效電路模型的示意圖。第7A和7B圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電池管理控制器的測試設備。第8圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電池管理控制系統的測試方法的流程。

10:待測電池管理控制器

20:標準電池

30:待測電池

40:主控設備

100:測試設備

110:連接器

120:即時模擬模組

130:待測控制器自動感測校正模組

140:物理信號模擬模組

150:電池參數鑑別模組

160:電池模型模擬器

165:測試情境模擬器

170:電池芯參數校正模組

180:電池芯參數自動鑑別模組

CorrBAT:校正輸入

CorrBMS:校正輸入

Ctrl1-Ctrl4:控制信號

DLoad:動態負載

EstState:估測電池狀態

ModBAT:電池模型

ParaBAT:電池參數

PHY:電池物理信號

SimState:模擬電池狀態

Tout:測試信號

Claims

一種電池管理系統的測試設備，包括：一電池參數鑑別模組，用以量測一標準電池以得到一第一校正輸入，以及在根據上述第一校正輸入校正複數電池量測裝置之後，使用一容量測試配方與一弛豫時間測試配方對一待測電池進行一第一充放電測試，以得到上述待測電池的一電池參數；一即時模擬模組，用以根據上述電池參數以及一動態負載而得到一電池模型和一模擬電池狀態；一物理信號模擬模組，包括複數模擬器，其中每一上述模擬器是根據上述電池模型而提供一電池物理信號；一連接器，耦接於上述物理信號模擬模組以及一待測電池管理控制器之間，用以提供上述電池物理信號至上述待測電池管理控制器，其中上述待測電池管理控制器根據上述電池物理信號而提供上述待測電池的一估測電池狀態；以及一主控裝置，用以提供上述動態負載至上述即時模擬模組，並比較上述模擬電池狀態以及上述估測電池狀態，以判斷上述待測電池管理控制器是否正常。
如請求項1所述之電池管理系統的測試設備，更包括：一校正模組，耦接於上述連接器，用以在上述連接器提供上述電池物理信號至上述待測電池管理控制器之前，根據來自上述主控裝置的一控制信號來校正上述待測電池管理控制器。
如請求項2所述之電池管理系統的測試設備，其中上述校正模組經由上述連接器提供具有一固定電壓、一固定電流和一固定溫度的一第二校正輸入至上述待測電池管理控制器，以及上述待測電池管理控制器根據上述第二校正輸入提供一感測結果至上述主控裝置。
如請求項3所述之電池管理系統的測試設備，其中當上述感測結果的一感測值與上述固定電壓、上述固定電流或上述固定溫度的一誤差值超過一臨界值時，調整上述待測電池管理控制器的感測器，直到上述誤差值未超過上述臨界值。
如請求項1所述之電池管理系統的測試設備，其中上述連接器包括：一接線盒，耦接於上述物理信號模擬模組以及上述待測電池管理控制器之間；以及一錯誤注入器，耦接於上述接線盒以及上述待測電池管理控制器之間，用以根據來自上述主控裝置的一控制信號而選擇性地將一錯誤事件注入上述待測電池管理控制器。
如請求項1所述之電池管理系統的測試設備，其中在不同環境溫度下使用上述容量測試配方與上述弛豫時間測試配方對上述待測電池進行上述第一充放電測試之後，上述電池參數鑑別模組根據上述第一充放電測試的測試結果產生一脈衝充電測試配方以及一脈衝放電測試配方。
如請求項6所述之電池管理系統的測試設備，其中上述電池參數鑑別模組在不同環境溫度下使用上述脈衝充電測試配方與上述脈衝放電測試配方對上述待測電池進行一第二充放電測試，並根據上述第二充放電測試的測試結果而產生上述電池參數。
如請求項7所述之電池管理系統的測試設備，其中上述電池參數鑑別模組對上述待測電池執行一電化學阻抗分析以得到一擬合電池電阻電容模型，並更根據上述擬合電池電阻電容模型而產生上述電池參數。
如請求項1所述之電池管理系統的測試設備，其中上述電池量測裝置包括一電池芯電化學阻抗分析儀、一電池芯充放電機、一恆溫恆濕試驗機或一電池芯溫度量測裝置。
如請求項1所述之電池管理系統的測試設備，其中上述模擬器包括一通訊模擬器、一低電壓電源模擬器、一電池包絕緣阻抗模擬器、一電池包電流模擬器、一電池包電壓模擬器、一電池包溫度模擬器或一電池芯電壓模擬器。
一種電池管理系統的測試方法，包括：得到一待測電池管理控制器以及一待測電池；測量一標準電池，以得到複數量測參數；當上述量測參數匹配於上述標準電池的實際參數時，產生複數測試配方；根據每一上述測試配方，對上述待測電池進行一充放電測試；根據上述充放電測試的結果，產生對應於上述待測電池之一第一電池參數；根據上述第一電池參數與對應於一測試案例的一動態負載，產生一電池模型；根據上述電池模型，產生具有複數電池物理信號至上述待測電池管理控制器，以便從上述待測電池管理控制器得到對應於上述待測電池的一估測電池狀態；以及比較上述待測電池的一模擬電池狀態以及上述待測電池管理控制器所提供的上述估測電池狀態，以得到一測試結果。
如請求項11所述之電池管理系統的測試方法，其中測量上述標準電池，以得到上述量測參數的步驟更包括：對上述標準電池進行上述充放電測試以及一電化學阻抗譜測試，以得到上述量測參數，其中上述量測參數包括上述標準電池的一計算容量、一計算阻抗以及一電化學阻抗譜擬合結果。
如請求項11所述之電池管理系統的測試方法，其中當上述量測參數匹配於上述標準電池的實際參數時，產生上述測試配方之步驟更包括：得到上述待測電池的一第二電池參數；根據上述第二電池參數產生複數第一測試配方；以及在不同溫度下，根據每一上述第一測試配方對上述待測電池進行一第一充放電測試，其中上述第一測試配方包括一容量測試配方以及一弛豫時間測試配方。
如請求項13所述之電池管理系統的測試方法，其中當上述量測參數匹配於上述標準電池的實際參數時，產生上述測試配方之步驟更包括：根據上述第一充放電測試的結果，產生複數第二測試配方；以及在不同溫度下，根據每一上述第二測試配方對上述待測電池進行一第二充放電測試，其中上述第二測試配方包括一脈衝充電測試配方以及一脈衝放電測試配方。
如請求項14所述之電池管理系統的測試方法，其中根據上述充放電測試的結果，產生對應於上述待測電池之上述第一電池參數之步驟更包括：根據上述第二充放電測試的結果以及一電阻電容模型參數而產生上述第一電池參數。
如請求項11所述之電池管理系統的測試方法，更包括：對上述待測電池管理控制器進行一感測校正。
如請求項16所述之電池管理系統的測試方法，其中對上述待測電池管理控制器進行上述感測校正更包括：提供具有一固定物理量的複數校正輸入至上述待測電池管理控制器；得到上述待測電池管理控制器量測每一上述校正輸入的一量測值；比較每一上述校正輸入的上述固定物理量與上述量測值，以得到一誤差值；以及當上述誤差值超過一臨界值時，調整上述待測電池管理控制器的至少一偏差值參數。
如請求項17所述之電池管理系統的測試方法，其中上述固定物理量包括一固定電壓值、一固定電流值以及一固定溫度值。
如請求項11所述之電池管理系統的測試方法，其中根據上述充放電測試的結果，產生對應於上述待測電池之上述第一電池參數之步驟更包括：對上述待測電池執行一電化學阻抗分析，以得到一電阻電容模型參數；以及擬合上述充放電測試的結果以及上述電阻電容模型參數，以得到對應於上述待測電池之上述第一電池參數。
如請求項11所述之電池管理系統的測試方法，更包括：選擇性地注入錯誤事件至上述電池物理信號。