CN102788914A

CN102788914A - 电池模拟负载电路及bms电子硬件测试系统

Info

Publication number: CN102788914A
Application number: CN2011101324752A
Authority: CN
Inventors: 何付同; 张春淮; 王圣学; 杜晓佳; 林则宏; 谢迪
Original assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Current assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: CN102788914B

Abstract

本发明公开了一种电池模拟负载电路及BMS电子硬件测试系统，涉及BMS技术领域。该负载电路包括：主控制器，用于完成每一个电池负载模块的系统级芯片控制、以及Pack负载模块的控制；电池负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体，为BMS电子硬件挂接电池负载、做电池均衡、以及采集电池单体电压；电源模块，与所述主控制器以及电池负载模块相连，为所述主控制器供电，以及提供电池单体的充电电源；Pack负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟BMS系统的Pack的电压和电流特性。本发明的电池模拟负载电路及BMS电子硬件测试系统灵活性、易控性、以及电磁兼容性均较好。

Description

电池模拟负载电路及BMS电子硬件测试系统

技术领域

本发明涉及电池管理系统(Battery Management System，BMS)技术领域，尤其涉及一种电池模拟负载电路及BMS电子硬件测试系统。

背景技术

新能源技术是汽车领域一个崭新的技术，是汽车技术发展的未来发展方向。BMS已经成为新能源三大核心技术之一，成为新能源技术研究的热点，BMS中的电子硬件设计的好坏关系到BMS产品的质量，在BMS研发的过程中，需要对BMS电子硬件进行各种测试试验，如环境测试、电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)测试等，在BMS电子硬件生产过程中需要做各种生产测试，如功能测试(Functional Circuit Test，FCT)、项目终止/停产(End-of-life，EOL)测试等。由于真实的电池单体的各种性能指标有很大的差异，同时片上系统(System on Chip，SOC)的状态不方便快速实现改变，且测试过程中的耐久和稳定性得不到保证，所以，在BMS电子硬件测试过程中需要有一个电池模拟负载来代替真实的电池才能进行，电池模拟负载设计的好坏，关系到BMS电子硬件产品的质量，是BMS研发、测试、以及生产所需的关键设备，这个设备的设计方案同样是新能源汽车的一个关键技术。

由于BMS技术是一个崭新的技术，关于BMS系统的负载一般采用真实的电池来做，缺乏灵活性和稳定性，同时SOC的控制很难且改变速度很低，无法满足BMS的试验测试或生产线上的测试使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种灵活性、易控性、以及电磁兼容性均较好的电池模拟负载电路及BMS电子硬件测试系统，以克服现有技术中的缺陷。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种电池模拟负载电路，该负载电路包括：主控制器，与电池负载模块、电源模块、以及Pack负载模块均相连，用于完成每一个电池负载模块的系统级芯片控制、以及Pack负载模块的控制；电池负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体，为BMS电子硬件挂接电池负载、做电池均衡、以及采集电池单体电压；电源模块，与所述主控制器以及电池负载模块相连，为所述主控制器供电，以及提供电池单体的充电电源；Pack负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟BMS系统的Pack的电压和电流特性。

其中，该负载电路还包括：温度负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体温度的变化。

其中，该负载电路还包括：CAN通信模块，与所述主控制器相连，用于实现主控制器与外部的命令和数据交互。

其中，所述电池负载模块包括：电源转换单元，连接在负载电源接口与所述主控制器之间，用于对供给所述主控制器的直流电源进行电压转换；负载电源接口，用于连接为所述主控制器供电以及提供电池单体的充电电源的直流电源。

其中，所述电池负载模块包括：电池负载电路，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体，为BMS电子硬件挂接电池负载、做电池均衡、以及采集电池单体电压；电池负载接口，用于所述电池负载电路与BMS电子硬件的电池连接口的连接。

其中，所述Pack负载模块包括：Pack负载电路，与所述主控制器相连，用于模拟BMS系统的Pack的电压和电流特性；Pack负载接口，用于所述Pack负载电路与BMS系统的Pack电压监控电路的连接；高压电源接口，用于所述Pack负载电路与其供电电源的连接。

其中，所述温度负载模块包括：温度负载电路，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体温度的变化；温度负载接口，用于所述温度负载电路与BMS系统的温度采集接口相连。

其中，所述CAN通信模块包括：CAN接口以及连接在所述CAN接口与所述主控制器之间的隔离CAN收发器。

其中，该负载电路还包括：屏蔽外壳，将负载电路的各组成部分罩在其中，用于屏蔽电磁场干扰，由金属材料制成，其上设有屏蔽地接口，所述屏蔽地接口与地相连。

本发明还提供了一种基于上述电池模拟负载电路的BMS电子硬件测试系统，该系统包括：PC机，与若干级联的电池模拟负载电路以及待测试BMS电子硬件相连，用于测试过程的控制和以及数据监控；若干级联的电池模拟负载电路，与所述PC机及待测试BMS电子硬件相连，用于为待测试BMS电子硬件提供模拟的电池负载，并将测试过程中的各参数传递至所述PC机；以及

BMS电源，为待测试BMS电子硬件提供电源。

(三)有益效果

本发明的电路及系统具有高度的灵活性：

1、不同型号和不同厂家的锂离子汽车动力电池都可以通过这个方法实现，可通过调整电池单体模拟电路的各种参数来实现对某款锂离子电池的模拟；

2、SOC的改变是通过主控制器控制不同的开关实现电容容量的改变，进而模拟电池单体的SOC的改变，SOC状态改变的速度改变方案中的一个放电和充电电阻来实现的；

3、负载电路的可拼接性保证了不同容量的BMS测试需求，可以根据需要来拼接负载电路的数量。

本发明的电路及系统具有高度的易控性：

由于负载电路的各种控制是本地化的，PC机是通过CAN总线实现指令和数据的传输交互，本发明的方法简单、可靠、可配置，使PC非常方便的实现对负载电路系统的监控与控制。

本发明的电路及系统还具有电磁兼容性：

由于负载电路是大功率设备，并且在BMS电子硬件测试过程中，有大电流的快速变化，必然会产生电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)问题，对BMS电子硬件的EMC测试造成干扰，本发明的方法通过外壳屏蔽避免了这一问题。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的电池模拟负载电路的结构框图；

图2为依照本发明一种实施方式的电池模拟负载电路的电路原理图；

图3为依照本发明一种实施方式的电池模拟负载电路中电池负载电路的电路原理图；

图4为依照本发明一种实施方式的电池模拟负载电路的屏蔽外壳结构示意图。

图5为依照本发明一种实施方式的BMS电子硬件测试系统结构框图；

图6为依照本发明一种实施方式的BMS电子硬件测试系统中若干电池模拟负载电路与PC机的连接电路原理图。

具体实施方式

本发明提出的电池模拟负载电路及BMS电子硬件测试系统，结合附图及实施例详细说明如下。

如图1所示，为依照本发明一种实施方式的电池模拟负载电路的结构框图；如图2所示，为上述电池模拟负载电路的电路原理图。该负载电路包括：主控制器、电池负载模块、电源模块、Pack(包)负载模块、温度负载模块、以及CAN通信模块。其中：

主控制器与各模块均相连，用于完成：1、每一个电池负载模块的SOC控制，可增可减；2、对温度负载模块的控制，使其可模拟温度升高或降低；3、可完成对电池负载模块的电压的采集，并将采集到的数据发送给PC机进行处理和分析；4、对Pack负载模块的电压的采集。

电池负载模块，与主控制器相连，用于模拟电池单体，为BMS电子硬件挂接电池负载、做电池均衡(电池均衡就是各个电池单体在充放电时，由于电池单体个体差异性，导致每个电池单体之间的电压或SOC出现不一样的情况，要根据具体的情况将这种不一致通过平衡技术给校正回来的过程)、以及采集电池单体电压。

电源模块，与主控制器以及电池负载模块相连，为主控制器供电，以及提供电池单体的充电电源。

Pack负载模块，与主控制器相连，用于模拟BMS系统的Pack的电压和电流特性。

由于BMS系统需要测量电池单体的温度，作为控制算法或SOC算法的重要输入参数，所以BMS系统要有温度探测接口，因此，温度负载模块与主控制器相连，用于模拟电池单体温度变化。

CAN通信模块，与主控制器相连，用于实现主控制器与外部的命令和数据交互。

另外，电池负载模块包括：

电源转换单元，连接在负载电源接口与主控制器之间，用于对供给主控制器的直流电源进行电压转换，优选地，该直流电源为4.2V，而经过转换后供给主控制器的电压为5V；及

负载电源接口，用于连接为主控制器供电以及提供电池单体的充电电源的直流电源(即该4.2V直流电源)。

电池负载模块包括若干电池负载电路以及对应的电池负载接口，如图中包括A-M 8个电池负载电路及相应的电池负载接口。电池负载电路，通过电压监控线以及开关控制线与主控制器相连，用于模拟电池单体，为BMS电子硬件挂接电池负载、做电池均衡、以及采集电池单体电压；电池负载接口，用于电池负载电路与BMS电子硬件的电池连接口的连接。主控制器的SOC的控制是通过控制不同的开关来给电池负载电路中的电容充放电来实现的。图3所示为电池负载电路中的等效电容C_ij(图中共12个)的电路图，该电容用于模拟电池单体，包括：依次串联连接的表示电池单体串联电感量的模拟器件L_ESL、表示电池单体串联电阻量的模拟器件R_ESL、表示电池单体电容量的模拟器件C，C两端并联表示电池单体自然放电阻抗的电阻量的模拟器件R_L。

Pack负载模块包括：

Pack负载电路，通过开关控制线以及电压监控线与主控制器相连，用于模拟BMS系统的Pack的电压和电流特性；Pack负载接口，用于Pack负载电路与BMS系统的Pack电压监控电路的连接；以及高压电源接口，用于Pack负载电路与其供电电源的连接，本实施方式中为360V的高压直流电源。

温度负载模块包括：

若干温度负载电路，通过电压监控线以及开关控制线与主控制器相连，用于模拟电池单体温度变化；以及与温度负载电路对应的若干温度负载接口，有效路数视BMS系统而定，优选为4路。主控制器对其的温度控制是通过控制不同的开关或开关组合来实现电阻值的改变，进而使其可模拟温度的改变来实现的。

CAN通信模块包括：CAN接口以及连接在所述CAN接口与所述主控制器之间的隔离CAN收发器。

此外，由于本负载电路有强电和大电流存在，必然存在EMI问题，对BMS电子硬件会造成一定的危害，并可以导致其功能和性能有影响，为了隔离这种影响，该负载电路还包括：屏蔽外壳1，将负载电路的各组成部分罩在其中，用于屏蔽电磁场干扰，由金属材料制成，其上设有屏蔽地接口7，与地相连。如图4所示，负载电源接口2、电池负载接口3、CAN接口4、高压电源接口5、Pack负载接口6、屏蔽地接口7、以及温度负载接口8均在该屏蔽外壳的外表面上。除屏蔽地接口7外的其他接口均为金属接插件。

如图5所示，为依照本发明一种实施方式的基于上述电池模拟负载电路的BMS电子硬件测试系统的结构框图。如图5所示，该系统包括：

PC机，与若干级联的电池模拟负载电路以及待测试BMS电子硬件相连，用于测试过程的控制和以及数据监控，如图6所示，若干电池模拟负载电路通过电池负载接口级联，通过CAN接口与PC机通信。

若干级联的电池模拟负载电路，与PC机及待测试BMS电子硬件相连，用于为待测试BMS电子硬件提供模拟的电池负载，并将测试过程中的各参数传递至所述PC机。

BMS电源，为待测试BMS电子硬件提供电源。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种电池模拟负载电路，其特征在于，该负载电路包括：

主控制器，与电池负载模块、电源模块、以及Pack负载模块均相连，用于完成每一个电池负载模块的系统级芯片控制、以及Pack负载模块的控制；

电池负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体，为BMS电子硬件挂接电池负载、做电池均衡、以及采集电池单体电压；

电源模块，与所述主控制器以及电池负载模块相连，为所述主控制器供电，以及提供电池单体的充电电源；

Pack负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟BMS系统的Pack的电压和电流特性。

2.如权利要求1所述的电池模拟负载电路，其特征在于，该负载电路还包括：

温度负载模块，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体温度的变化。

3.如权利要求1所述的企业通信录的差量更新方法，其特征在于，该负载电路还包括：

CAN通信模块，与所述主控制器相连，用于实现主控制器与外部的命令和数据交互。

4.如权利要求1所述的电池模拟负载电路，其特征在于，所述电池负载模块包括：

电源转换单元，连接在负载电源接口与所述主控制器之间，用于对供给所述主控制器的直流电源进行电压转换；

负载电源接口，用于连接为所述主控制器供电以及提供电池单体的充电电源的直流电源。

5.如权利要求1所述的电池模拟负载电路，其特征在于，所述电池负载模块包括：

电池负载电路，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体，为BMS电子硬件挂接电池负载、做电池均衡、以及采集电池单体电压；

电池负载接口，用于所述电池负载电路与BMS电子硬件的电池连接口的连接。

6.如权利要求1所述的电池模拟负载电路，其特征在于，所述Pack负载模块包括：

Pack负载电路，与所述主控制器相连，用于模拟BMS系统的Pack的电压和电流特性；

Pack负载接口，用于所述Pack负载电路与BMS系统的Pack电压监控电路的连接；

高压电源接口，用于所述Pack负载电路与其供电电源的连接。

7.如权利要求2所述的电池模拟负载电路，其特征在于，所述温度负载模块包括：

温度负载电路，与所述主控制器相连，用于模拟电池单体温度的变化；

温度负载接口，用于所述温度负载电路与BMS系统的温度采集接口相连。

8.如权利要求3所述的电池模拟负载电路，其特征在于，所述CAN通信模块包括：CAN接口以及连接在所述CAN接口与所述主控制器之间的隔离CAN收发器。

9.如权利要求1-8任一项所述的电池模拟负载电路，其特征在于，该负载电路还包括：屏蔽外壳，将负载电路的各组成部分罩在其中，用于屏蔽电磁场干扰，由金属材料制成，其上设有屏蔽地接口，所述屏蔽地接口与地相连。

10.基于权利要求1-9任一项所述的电池模拟负载电路的BMS电子硬件测试系统，其特征在于，该系统包括：

PC机，与若干级联的电池模拟负载电路以及待测试BMS电子硬件相连，用于测试过程的控制和以及数据监控；

若干级联的电池模拟负载电路，与所述PC机及待测试BMS电子硬件相连，用于为待测试BMS电子硬件提供模拟的电池负载，并将测试过程中的各参数传递至所述PC机；以及

BMS电源，为待测试BMS电子硬件提供电源。