CN107003362B - 用于检查电池组控制设备或电池组的测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查电池组控制设备或者用于检查具有至少一个电池的电池组的测试装置，包括电池组模拟器（18），用于模拟所模拟的电池组的至少一个电池的电压以用于预先给定给电池组控制设备，其中电池组控制设备或电池组通过被实施为中央总线的汇流排与分析模块（14）连接以用于处理和检查所选择的电池的电压，其中用于电池组控制设备的电池组模拟器的所选择的电池或者电池组的所选择的电池能够通过分离点模块（24）来选择。以这种方式可以提供用于检查电池组控制设备或者用于检查电池组的测试装置，其具有简单构造并且可以以简单的方式检查所模拟的或真实的电池组的全部电池。

Description

用于检查电池组控制设备或电池组的测试装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检查电池组控制设备或电池组的测试装置以及一种用于测试电池组控制设备或电池组的方法。

背景技术

在机动车辆工业中，电驱动装置尤其是在电动或混合动力车辆中变得越来越重要。这些电驱动装置具有电池组。电池组由电池组控制设备来监视。在安装到电动或混合动力车辆中之前，必须对电池组以及电池组控制设备进行试验。

在实践中，针对测试用例生成、检验台配置、测试执行以及针对测试分析使用自动化的测试和检验台。属于此的有HIL标准（Hardware-in-the-loop（硬件在环）标准的英语缩写）。在HIL测试***的情况下，至少一个真实部件连接在模拟器上。

然而装置在HIL标准的情况下是复杂地构造的、笨重的、体积大的且对于在现场的电池组电子设备测试而言移动性不够。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种用于检查电池组控制设备的测试装置，其具有简单构造并且可以以简单的方式检查所模拟的或真实的电池组的全部电池。

该任务的解决通过根据本发明的测试装置以及利用根据本发明的方法来进行。本发明的优选的设计方案在从属权利要求和随后的描述中予以说明，所述从属权利要求可以分别单独地或以组合形式表示本发明的一个方面。

根据本发明，用于检查电池组控制设备或者用于检查具有至少一个电池的电池组的测试装置包括电池组模拟器，用于模拟所模拟的电池组的至少一个电池的电压以用于预先给定给电池组控制设备，其中电池组控制设备或电池组通过被实施为中央总线的汇流排与分析模块连接以用于处理和检查所选择的电池的电压、温度和另外的参量，其中用于电池组控制设备的电池组模拟器的所选择的电池或者电池组的所选择的电池能够通过分离点模块来选择。

根据测试装置的测试模式，可以在测试装置中模拟电池组以用于测试电池组控制设备或者检查真实的电池组。

通过这样的构造，可以提供用于检查电池组控制设备的简单的、移动的测试装置。电池组控制设备可以是电池组控制和监控单元（Battery Control and SupervisionUnit，缩写为BCSU）。电池组控制设备可以具有至少一个监视装置、尤其是至少一个CSC芯片。缩写CSC代表英语术语Cell Supervision Circuit（电池监控电路）。电池监控电路CSC监视各个电池并且负责其互相配合。为了电池不持久地承受不同强度的负荷，CSC使电池组中的所有电池的充电状态彼此均衡。通过使用电池组模拟器，可以为电池组控制设备的监视装置提供供电电压。在此，电池组模拟器可以模拟电池组的各个电池，并且将相应测量参量、如供电电压传递给监视装置，使得监视装置可以进行所模拟的电池的检查和处理。此外，监视装置的供电电压和供电电流可以通过电池组模拟器被测量并且通过分析模块被处理。然而，当电池组应当在测试装置中被测试时，电池组模拟器不被使用，而是被关断。

被实施为中央总线的汇流排尤其是中央电压汇流排。术语“总线”描述一种用于通过共同的传输路径在多个用户之间传输电压、温度、数据和另外的参量的***，其中所述用户不参与其它用户之间的传输。术语“中央电压汇流排”描述一种所谓的轨，其包括轨+和轨-，电池组模拟器或电池组的各个电池可以连接到所述轨+和轨-上，并且以这种方式与分析模块连接，以便由分析模块来处理和检查。在此，电池组模拟器或电池组的各个电池通过具有各个分离级的分离点模块来选择，以便可以通过分析模块进行操作。通过分离点模块，分析模块可以与电池组模拟器或电池组的所选择的电池连接，使得电池电压电位与电压汇流排、尤其是与轨+和轨-电位相同。

通过分析模块，可以执行用于调整、监视和处理电池组模拟器或电池组的任意的通过分离点模块所选择的电池的不同变型方案。为了执行，分析模块可以根据浮动接地方案（用英语floating ground concept）来工作。在此，所选择的电池的全部数据都由分析模块来检测、监控和操纵。在该方案中决定性的是，反馈可以与额定-实际值比较相比较，并且电池可以根据值正确地***控。在此，参考点可以位于所选择的电池的负极处。在此，分析模块可以在电池组控制设备测试的情况下利用电压反馈执行电池电压预先给定，并且执行利用电流、例如100mA针对所选择的电池的平衡电流的测试、以及电流测量。在电池组测试的情况下，分析模块可以测试电池电压的测量并且利用电流预先给定来测试平衡电流。附加地可以经由总线通过经由开关的相应扩展来检测另外的参量、例如温度。

以这种方式，可以提供用于检查电池组控制设备或者用于检查电池组的测试装置，其具有简单构造并且可以以简单的方式检查所模拟的或真实的电池组的全部电池。

该测试装置尤其是可以通过电压供应模块被供应可预先给定的电压。电压供应模块尤其是可以为电池组控制设备提供电压、例如48V。此外，电压供应模块可以为测试装置的剩余的数字模块提供一般性电压供应、例如5V的电压。

在一种优选实施方式中，分析模块的处理和检查可以通过控制模块来协调。控制模块可以具有中央计算机、尤其是微控制器。中央计算机用作控制和通信单元，并且可以从测试装置的所有模块获得测量值并且向模块发送用于处理的命令。以这种方式，用于每个单独的模块的自己的计算单元分别可以被节省。分析模块与中央计算机的通信可以通过光电耦合器进行。中央计算机可以用作协调器并且规定测试流程。例如，电池组控制设备确定的实际值可以通过CAN（Controller Area Network（控制器域网络）的英语缩写）被传送给中央计算机。CAN是串行总线***并且属于现场总线。

优选的是，通过具有至少一个可控光电场效应晶体管的电阻网络，可以改变电池组模拟器或电池组的所选择的电池的电压。尤其是可以通过至少一个可控光电场效应晶体管通过利用光电场效应晶体管的电阻特性曲线进行电池仿真电阻的选择性改变。借助于光电场效应晶体管（用英语缩写为Opto Mos FET），可以以简单的方式进行所选择的电池的电池电压调整。通过经由中央计算机的反馈，可以针对每个任意电池进行到所期望的电阻以及因此电压值的调节。电阻网络可以借助于恒定电流模块被供应电流。通过电阻网络，可以单独地改变所选择的电池的电池电压。电池组控制设备的电流值以及由此还有供电电压可以通过控制模块的中央计算机来预先给定。电池电压可以通过电阻处的电阻下降结合电流馈入来进行。在电池组测试的情况下，电阻网络与恒定电流模块去耦。替代于此，电阻网络从电池组获得电压。

优选的是，通过分析模块可以预先给定电池的充电方向上或者电池的放电方向上的平衡电流的值，其中通过分析模块可以针对用于电池组控制设备的电池组模拟器的每个电池或者针对电池组的每个电池独立于相邻电池来控制平衡电流。平衡电流（用英语Balancing电流）在电池组中、尤其是在蓄电池的蓄电池包（Akkupack）中引起：电池全部具有均匀的电压。电池组为了提高标称电压通常由多个串联的单电池或电池块构成。由制造决定地，在这些电池的电容和内阻方面存在波动。在多电池的、串行接线的电池组的实际使用中，该状况导致：电池可能不同地被放电和充电并且采取临界充电状态。在此，串行复合体之内的各个电池的不同电压电平（Spannungslage）在放电时导致各个电池深度放电的危险。串联电池在共同充电时也不达到相同的充电输出电压，这可能导致各个电池的过量充电。通过分析模块可以针对电池组模拟器或电池组电池的每个电池独立于相邻电池来控制平衡电流，可以通过调整设备利用电流预先给定实现不同Balancing方法、即平衡方法。例如，调整设备可以根据电池组控制设备的预先给定将平衡电流传递给随后的电池，使得平衡电流总是流经整个电池组或整个电池组模拟器。此外，可以应用选择性平衡方法，使得电流可以从预定电池中被提取，并且直接被传递到其它所选择的电池中，而在平衡过程中不涉及相邻电池或其它电池。

在一种优选实施方式中，分析模块包括用于针对平衡电流暂存电压的电容器。以这种方式可以扩展平衡功能。由此可以选择性地针对每个电池独立于相邻电池进行平衡。通过电容器可以进行附加的充电或放电。例如，附加的充电可以通过DC/DC转换器进行到更高电压水平，以便获得更高存储能力并且获得用于平衡的高电压。

分析模块优选地可以与温度模块连接，以用于检测至少一个由电池组控制设备所测量的温度或者电池组的至少一个电池的温度。在此，电池温度可以要么通过各个模块、尤其是温度传感器进行，所述温度传感器分别单独地测量每个电池的温度并且传递给分析模块。此外，温度仿真可以对应于电阻改变，所述电阻改变可以通过用于电池电压仿真的光电场效应晶体管进行。在此，总是进行光电场效应晶体管的当前值向分析模块的反馈。

优选的是，测试装置具有矩阵以用于为监视装置指派供电电压。以这种方式，可以借助于监视装置实现任意的电池分配配置。借助于矩阵，可以在电池组控制设备中实现CSC芯片的电流供应的去耦，由此可以不进行提取电流对电池电压的反作用。CSC供电电压和供电电流可以被测量并且被传送给中央计算机。

分析模块优选地可以实现利用反馈作为电压值或电阻值为所选择的电池预先给定任意的温度。分析模块尤其是可以通过继电器建立到温度模块的选择连接。在此，可以进行利用温度预先给定的选择，使得分析单元针对所选择的电池通过可改变的电压值或电阻值进行温度预先给定，而未被选择的电池通过固定电阻被预先给定电压。通过值的反馈，分析单元可以通过电压或电阻改变调节所选择的电池的温度。在此，分析单元可以利用相关电压水平来操控。

在一种优选实施方式中，测试装置包括用于与外部操作元件通信的通信单元。在此，通信单元可以是蓝牙接口、无线Lan网络或外部CAN。无线LAN网络表示本地无线电网络。借助于外部操作元件，可以全局地控制测试装置。以这种方式，测试***可以被设计为紧凑的，因为不需要将外部操作元件与测试装置固定地连接。此外，测试装置可以被布置为与外部操作元件间隔开，使得例如操作元件和测试装置可以被布置在两个不同的空间中。借助于外部操作元件，也可以分析测试装置的数据。

此外，本发明涉及一种用于在测试装置中测试电池组控制设备或者测试电池组的方法，所述测试装置如上所述的那样被改进或构造，该方法包括下列步骤：

—将电池组控制设备连接到测试装置上或者将具有至少一个电池的电池组连接到测试装置上；以及

—通过测试装置的分析模块处理或检查电池组控制设备或电池组。

以这种方式，可以提供利用用于检查电池组控制设备或者用于检查电池组的测试装置的方法，在该方法中测试装置具有简单构造并且可以以简单的方式检查所模拟的或真实的电池组的全部电池。

在一种优选实施方式中，该方法包括下列步骤：

—针对电池组模拟器或电池组的所选择的电池独立于相邻电池调节平衡电流。

附图说明

随后参考附图根据优选实施例示范性地解释本发明，其中随后所示出的特征既可以分别单独地、又可以以组合形式表示本发明的一个方面。

图1示出测试装置的示意图。

具体实施方式

图1示出测试装置8的示意图，测试模块30连接在该测试装置上。测试装置8在图1中作为示意性模块图被示出。该测试模块的各个模块作为块被示出。测试模块30应当要么是电池组控制设备，要么是电池组，该电池组应当由测试装置8来测试。测试装置8包括分析模块14、电阻网络16、电池组模拟器18、温度模块20、继电器模块22、分离点模块24和控制模块26。此外，该测试模块包括未示出的中央电压汇流排、即包括轨+和轨-的所谓的轨，电池组模拟器或电池组的各个电池可以连接到所述中央电压汇流排上，并且以这种方式与分析模块14连接，以便由分析模块14处理和检查。

测试装置8借助于电压供应模块10和恒定电流模块12被供应电流。恒定电流模块12通过电流供应模块10被供应电压和电流。这利用从电压供应模块10到恒定电流模块12的箭头来表明。模块12同样为电池组控制设备30提供供电电压。

电压供应模块10借助于外部电源被供应7伏至19伏的电压。这利用箭头来表明。借助于电压供应模块10，电池组控制设备根据电池组模拟器利用由控制模块26预先给定的电池组包电压被供应基准电压。此外，电压供应模块10给剩余的数字模块供应5V的电压。电压供应模块10也可以为光电耦合器提供1.5V的电压以用于连通分离点模块24的信号。

恒定电流模块12为电阻网络16生成恒定电流。此外，可以借助于恒定电流模块12来测量电池组控制设备的总电流。恒定电流模块12由控制模块26的中央计算机来控制。恒定电流模块12可以包括切换模块，以便能够利用测试装置8执行不同测试模式。不同测试模式是通过恒定电流馈入针对电池组控制设备的纯测试模式或者针对电池组的测试模式，其中在这种情况下电阻网络16和测试模块30通过恒定电流模块12与电压供应模块分离。恒定电流模块12与电阻网络16、控制模块26和电池组控制设备30的关系作为箭头被示出。恒定电流模块12与测试模块30之间的虚线箭头应当说明：仅仅在电池组控制设备测试的情况下恒定电流模块12才将电压提供给电阻网络16和测试模块30。在电池组测试的情况下电池组的各个电池提供电压。

不仅电池组控制设备而且同时电池组可以通过分开的插头来连接，所述插头具有通过用于关断电阻网络16的继电器的切换。

分析模块14包括用于调整和监视电池组模拟器或电池组的任意的通过分离点模块24所选择的电池的各种不同变型方案。对于执行重要的是用于检测、监控和操纵所选择的电池的浮动接地方案。分析模块14可以根据浮动接地方案（用英语floating groundconcept）来工作。在此，预先给定的电池的全部数据都由分析模块14来检测、监控和操纵。在该方案中决定性的是，反馈可以与额定-实际值比较相比较，并且电池可以根据所述值正确地***控。在此，参考点可以位于所选择的电池的负极处。分析模块14与控制模块26的中央计算机的通信通过光电耦合器来进行。控制模块26的中央计算机用作协调器并且规定测试流程。测试模块30确定的实际值通过CAN被传送给中央计算机。这在图1中被示出为控制模块26与测试模块30之间的虚线箭头。分析模块14在电池组控制设备测试的情况下实现利用电压反馈的电池电压预先给定和利用电流、例如利用100 mA对电池的测试平衡、以及电流测量。在电池组测试的情况下，分析模块14实现对电池组的各个电池的测量以及利用电流预先给定的不同的平衡方法。电流要么被传递给随后的电池，使得该电流流经电池组的所有电池，要么进行选择性平衡，使得电流从预定电池中被提取并且被馈入到另一预先给定的电池中。借助于分析模块14，不仅在提取时而且在馈入时进行电池的电流的测量。在一种替代的实施方式中，分析模块14具有用于执行操作的微控制器。借助于串行***接口（缩写SPI），分析模块14与控制模块26连接。以这种方式，分析模块14与控制模块26之间的接口被减少，此外直接在分析模块14中进行测量值的分析。在分析模块14的另一实施方式中，分析模块14具有用于暂存电压的电容器。因此，平衡功能可以被扩展，由此可以选择性地独立于相邻电池进行每个电池的平衡。此外，通过电容器附加地进行充电和放电。充电通过DC/DC转换器进行到更高水平，以便获得更高存储能力并且获得用于平衡的高电压。分析模块14、控制模块26和分离点模块24之间的关系在图1中作为双箭头被示出。

电阻网络16通过恒定电流模块12被供应电流。由此，电池组模拟器或电池组的一个电池的电压可以改变，而不改变其它电池的电压。电流值本身可以通过控制模块26的中央计算机来预先给定和监视。各个电池的电压可以通过电阻处的电压降结合电阻网络16中的电流馈入来生成。电阻控制在电阻网络16中的两个相邻连接端子之间进行，以便降低电池电压。在此，该改变通过光电耦合器来进行。电压反馈借助于分析模块14利用通过分离点模块24对要观察的电池的选择来进行。电阻网络16与恒定电流模块12、电池组模拟器18和分离点模块24的关系在图1中作为箭头被示出。

电池组模拟器18实现利用下游的光电耦合器选择电阻网络16的电压以用于电池组控制设备中的CSC芯片的供电。由此不产生提取电流对电池电压的反作用。CSC供电电压和供电电流被测量并且被传送给控制模块26中的中央计算机。用于CSC芯片的电压在电池组模拟器18中通过具有交叉点结构的矩阵来实现。在此，水平线表示电池电压，并且交叉的垂直线表示CSC芯片的供电。此外，电池组模拟器18包括用于CSC芯片的供电的运算放大器。电池组模拟器18与电阻网络16、控制模块26和测试模块30的关系在图1中作为箭头被示出。

温度模块20用于测试模块30的温度仿真。在此，两种替代的实施方式是可能的。在第一实施方式中，利用各个模块进行温度检测，所述各个模块分别单独地测量每个电池的温度并且传递给控制模块26。在另一实施方式中，通过电阻改变进行温度仿真，所述电阻改变通过用于电池电压仿真的光电场效应晶体管进行。在此，总是进行运算放大器的当前值向控制模块26的反馈。温度模块20与测试模块30和控制模块26的关系在图1中作为双箭头被示出。

借助于继电器模块22，模拟机动车辆的电动机的起动以及机动车辆的电池组的充电。用于模拟的信号要么通过硬件开关、通过微控制器随着起动和充电信号而来，要么直接来自所连接的车辆。此外，继电器模块22包括继电器，所述继电器通过LED显示器显示对起动和充电的仿真并且将反馈传递给控制模块26。继电器模块22与测试模块30和控制模块26的关系在图1中作为双箭头被示出。

分离点模块24包括各个分离级，并且布置在分析模块14与电阻网络16之间。通过分离点模块24，电池组模拟器或电池组的每个任意的电池都可以与分析模块14连接，使得电池电压电位与轨+和轨-电位相同。剩余电池电压由此不受影响。分离点模块24、分析模块14、电阻网络16与控制模块26之间的关系作为双箭头被示出。

控制模块26包括中央计算机。该中央计算机是微控制器。借助于控制模块26，进行控制、监视以及测试装置8与其它模块的通信。控制模块26用作测试装置8的控制和通信单元。控制模块26具有通信单元以用于通过WLAN或蓝牙与外部操作元件28通信。控制模块26、恒定电流模块12、分析模块14、电池组模拟器18、温度模块20、继电器模块22、分离点模块24、外部操作模块28和测试模块30之间的关系在图1中作为箭头被示出。

外部操作元件28可以是平板个人电脑（PC）、外部计算机、智能电话或者可以通过WLAN或蓝牙与控制模块16无线地连接的其它操作元件。

测试模块30要么是要测试的电池组控制设备，要么是要测试的电池组。

Claims (10)

1.一种用于检查电池组控制设备或者用于检查具有至少一个电池的电池组的测试装置，包括电池组模拟器（18），用于模拟所模拟的电池组的至少一个电池的电压以用于预先给定给所述电池组控制设备，

其特征在于，

所述电池组控制设备或所述电池组通过被实施为中央总线的汇流排与分析模块（14）连接以用于处理和检查所选择的电池的电压，其中用于所述电池组控制设备的所述电池组模拟器（18）的所选择的电池或者所述电池组的所选择的电池能够通过分离点模块（24）来选择，

通过具有至少一个可控光电场效应晶体管的电阻网络（16）能够改变所述电池组模拟器或所述电池组的所选择的电池的电压。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述分析模块（14）的处理和检查能够通过控制模块（26）来协调。

3.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，通过所述分析模块（14）能够预先给定所述电池的充电方向上或者所述电池的放电方向上的平衡电流的值，其中通过所述分析模块（14）能够针对用于所述电池组控制设备的所述电池组模拟器（18）的每个电池或者针对所述电池组的每个电池独立于相邻电池来控制所述平衡电流。

4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述分析模块（14）包括电容器以用于针对所述平衡电流暂存电压。

5.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述分析模块（14）能够与温度模块（20）连接，以用于检测至少一个由所述电池组控制设备所测量的温度或者所述电池组的至少一个电池的温度。

6.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述电池组模拟器（18）具有矩阵以用于为所述电池组控制设备的监视装置指派供电电压。

7.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，通过所述分析模块（14）能够实现利用反馈作为电压值或电阻值为所选择的电池预先给定任意的温度。

8.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述控制模块（26）包括通信单元以用于与外部操作元件通信。

9.一种用于在根据权利要求1至8之一所述的测试装置中测试电池组控制设备或者测试电池组的方法，包括下列步骤：

- 将电池组控制设备连接到所述测试装置上或者将具有至少一个电池的电池组连接到所述测试装置上；以及

- 通过所述测试装置的分析模块（14）处理或检查所述电池组控制设备或所述电池组。

10.根据权利要求9所述的方法，此外包括下列步骤：

- 针对所述电池组模拟器（18）或所述电池组的至少一个所选择的电池独立于相邻电池调节平衡电流。

Images