CN110221234A - 检验电芯监控单元采样功能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供了一种检验电芯监控单元采样功能的装置，所述装置包括：电芯模拟器，所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻；主控电芯监控单元，所述主控电芯监控单元与所述电芯模拟器相连，用于采集每个电阻上的电压值；所述电压值用于与待测电芯监控单元所采集的同一电阻上的电压值相比较，以检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。同时，还提供了一种检验电芯监控单元采样功能的方法。本发明的实施方式极大节省了测试成本，提高测试安全性,同时提高了待测电芯监控单元的检验精度。

Description

检验电芯监控单元采样功能的装置及方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种检验电芯监控单元采样功能的装置，以及一种检验电芯监控单元采样功能的方法。

背景技术

电动汽车电池包是由多个模组组成的，以用于输出高压，每个模组是由多个电芯组成，每个电芯的电压和温度都需要实时监控，以保证电池包的安全性。因此需要根据电池包电芯的个数配置对应数目的电芯监控单元(CSC)，由于单电芯的SOC计算要参考单电芯的电压采样，CSC电芯采样精度是电池包的重要参数。如果CSC电芯采样误差过大，可能导致电池包在充放电末端产生过充或过放异常，影响电池包的使用寿命，甚至影响电池包的安全性能，严重时可能会有起火事故发生。因此CSC在使用之前需要逐一检测其电芯采样精度，同时还需要验证CSC温度采集精度，避免温度采样误报而导致整车热管理策略异常。

现有技术方案大多是厂家购买标准化的电芯模拟器或直接使用真实的模组给CSC来检测采集电芯电压精度。但是使用电芯模拟器成本较高，不利于企业大批量采购，而使用真实的模组来代替电芯模拟器虽可以降低成本，但CSC采样回路发生短路时，模组有短路烧毁的风险，安全隐患极大。因此两种都不是最合理的电芯采样模拟设备。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种检验电芯监控单元采样功能的装置及方法，以至少解决检验采样功能时的成本过高和安全风险的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种检验电芯监控单元采样功能的装置，所述装置包括：

电芯模拟器；所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻；

主控电芯监控单元，所述主控电芯监控单元与所述电芯模拟器相连，用于采集每个电阻上的电压值；

所述电压值用于与待测电芯监控单元所采集的同一电阻上的电压值相比较，以检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

可选的，所述电阻为可调电阻。

可选的，所述装置还包括上位机，所述上位机与所述主控电芯监控单元相连，以及在测试时，还与所述待测电芯监控单元相连；

所述上位机被配置为获取所述主控电芯监控单元所采集的每个电阻上的电压值，将其与待测电芯监控单元所采集的同一电阻上的电压值相比较，以检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

可选的，所述装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于采集所述待测电芯监控单元的实时温度。

本发明第二方面还提供一种检验电芯监控单元采样功能的方法，所述方法包括：

将待测电芯监控单元和主控电芯监控单元均与电芯模拟器相连；所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻；

分别通过主控电芯监控单元和待测电芯监控单元获取每个电阻上的电压值；

比较同一电阻上的两个电压值，检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

可选的，在分别通过主控电芯监控单元和待测电芯监控单元获取每个电阻上的电压值的步骤之前，还包括：

调节所述电芯模拟器中电压源的输出电压，和/或调节所述电阻的阻值。

可选的，比较同一电阻上的两个电压值，检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常，包括：

计算两个电压值的差值，判断所述差值是否在设定阈值之内；

如果在设定阈值之内，则采样功能正常，否则采样功能不正常。

可选的，所述方法还包括：在测试过程中，采集所述待测电芯监控单元的实时温度，当实时温度超过温度阈值时，产生温度测试失败告警。

可选的，所述方法还包括测试均衡功能的步骤：

开启若干均衡通道，通过待测电芯监控单元获取每个均衡通道上的电阻的电压值；

判断所述电压值是否小于设定均衡值；

当小于所述设定均衡值时，均衡功能正常；否则，产生均衡失效告警。

本发明第三方面还提供一种电芯模拟器，所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻，用于模拟N个串联的电芯。

通过本发明提供的上述技术方案，能够节省购买传统的电芯模拟器设备或替代真实的模组，极大节省了测试成本，提高测试安全性,同时利用提前校准的电芯监控单元(CSC)的电压采样做对比，提高了待测电芯监控单元的检验精度。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的检验电芯监控单元采样功能的装置结构示意图；

图2是本发明一种实施方式提供的检验电芯监控单元采样功能的方法流程示意图；

图3是本发明一种实施方式提供的电芯模拟器的调节示意图；

图4是本发明一种实施方式提供的检验电芯监控单元采样功能的具体流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明一种实施方式提供的检验电芯监控单元采样功能的装置结构示意图。如图1所示，一种检验电芯监控单元采样功能的装置，所述装置包括：

电芯模拟器；所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻；

主控电芯监控单元，所述主控电芯监控单元与所述电芯模拟器相连，用于采集每个电阻上的电压值；

所述电压值用于与待测电芯监控单元所采集的同一电阻上的电压值相比较，以检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

如此，通过本发明提供的电芯模拟器结构简单，能够模拟多种电芯输出，显著降低了电芯模拟器的成本，同时降低了电芯模拟器短路烧毁风险。使用已校准的电芯监控单元作为电芯电压采样的参照标准，不仅省去了多路电压采样设备，还提升了待测电芯监控单元的测试精度。

具体的，在同一模组中，是通过电芯的串联获取较高的输出电压，本发明的实施方式是采用电阻来模拟电芯的，即第一电阻模拟第一电芯这种对应的模拟方式。在本实施方式中的每个电阻上均存在电压，当测量n(n≤N)个电阻上的电压时，测得的电压等于在n个电阻上的电压之和，其和串联电芯时，对应的n个电芯的电压之和是等同的。用分压电阻的方式来模拟串联的电芯，不仅简化了电路结构，还降低了成本和风险。在检验待测电芯监控单元的采样功能时，需要将其采样值与标准值相对比，甚至还需进一步的数据处理，来判断其采样功能是否正常。只有当采样值在设定的误差范围之内时，才能判断其为正常的，因此确定标准值是判读采样精度的重要步骤。本发明的实施方式采用已校准完成的电芯监控单元(CSC)作为标准值的采集设备。为了和待测电芯监控单元的名称进行区分，此处将作为标准参照的电芯监控单元称为主控电芯监控单元。该设备具有现成的采样线束接口，能够一次性采样多个电压值，其线束的连接方式可以与待测电芯监控单元对应设置，从而简化了电路结构，省去了多路电压采样设备。而且电芯监控单元的电压采集精度较高，采集的电压精度可以达到2mv，其提供的精准的电压参考值有利于提升待测电芯监控单元的采样功能判断的准确性。

进一步的，所述电阻为可调电阻。为了更好地使用电阻模拟电芯，此处选用可调电阻。如前所述，电阻的数目也是可选的。此处的数目的确定可以是根据需要模拟的电芯数目，也可以根据通过调整电阻的数目和阻值，能够灵活地调整每个电阻两端地电压，从而使每个电阻模拟成不同供电电压的电芯。在常用的场合，在同一模组中的电芯规格是相同的，因此，需要调整电阻的阻值，使每个电阻两端的电压相等，以达到更好的电芯模拟效果。

在本发明的一种可选实施方式中，所述装置还包括上位机，所述上位机与所述主控电芯监控单元相连，以及在测试时，还与所述待测电芯监控单元相连；所述上位机被配置为获取所述主控电芯监控单元所采集的每个电阻上的电压值，将其与待测电芯监控单元所采集的同一电阻上的电压值相比较，以检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

此处上位机和主控电芯监控单元以及待测电芯监控单元的连接方式常用为网口或CAN口，优选为ZLGCAN。上位机并根据所述电压值，通过设定的程序判断同一电阻上的电压值是否正常，并输出判断结果。该上位机还可以根据实际配置，存储和保存测量过程中的测试记录。

在本发明的一种可选实施方式中，所述装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于采集所述待测电芯监控单元的实时温度。此处的温度传感器可选用100k的NTC电阻，也可采用PT电阻，连接至待测电芯监控单元的温度采集接口。常规的锂电池工作温度：-20℃～60℃，温度过高会产生安全隐患，严重时会发生起火的情况。

在本发明的一种实施方式中，还提供了一种检验电芯监控单元采样功能的方法。图2是本发明一种实施方式提供的检验电芯监控单元采样功能的方法流程示意图；所述方法包括：

将待测电芯监控单元和主控电芯监控单元均与电芯模拟器相连；所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻；

分别通过主控电芯监控单元和待测电芯监控单元获取每个电阻上的电压值；

根据同一电阻上的两个电压值，检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

在本发明提供的一种可选实施方式中，在分别通过主控电芯监控单元和待测电芯监控单元获取每个电阻上的电压值的步骤之前，还包括：调节所述电芯模拟器中电压源的输出电压，和/或调节所述电阻的阻值。通过调节所述电芯模拟器中电压源的输出电压，可以整体调整每个电阻上的电压值，该调整方式能够使电芯模拟器在整体电压上达到用户设定，同时还可以避免烧毁采样IC；通过调节单个电阻的阻值，能够改变单个电阻上的电压。该调整方式能够使电芯模拟器在单个电阻上的电压与其模拟的电芯一致。在需要使每个电阻上的电压值一致的场景中，通过调整每个电阻的阻值，能够达到电压值的一致性要求。

图3是本发明一种实施方式提供的电芯模拟器的调节示意图；如图3所示：简易电芯模拟器的调节流程如下(此处取N＝12，以测试12串CSC采样)：

先调节DC电源输出电压U0，则回路电流I＝U0/(R1+R2+…R11+R12)。此处设置U0小于75V，以避免烧毁采样IC；再通过调节R1至R12的电阻大小来调节每串的采样电压。采样线接口1和采样线接口2在接入CSC之前调节好R1至R12的电阻值，使得R1至R12上的电压相等，以保证采样电压值一致性。

在本发明的一种可选实施方式中，比较同一电阻上的两个电压值，检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常，包括：计算两个电压值的差值，判断所述差值是否在设定阈值之内；如果在设定阈值之内，则采样功能正常，否则不正常。此处选用了简单的求取偏差的方法来判断是否正常，也可以采用标准差等其他统计方式进行数据处理后的判别。此处选用的差值方式具有简单可靠的优点，可以采用简单的硬件逻辑电路来实现，也可以通过计算机程序来实现。

在本发明的一种可选实施方式中，所述方法还包括：在测试过程中，采集所述待测电芯监控单元的实时温度，当实时温度超过温度阈值时，产生温度测试失败告警。此处的温度采集模块可以采用常用的PT100电阻进行温度采集，也可以通过NTC热敏电阻。此处温度采集模块也可以不与电池接触设置，比如采用红外测温的方式，该方式有利于提升检验速度。

在本发明的一种可选实施方式中，所述方法还包括测试均衡功能的步骤：开启若干均衡通道，通过待测电芯监控单元获取每个均衡通道上的电阻的电压值；判断所述电压值是否小于设定均衡值；当小于时，均衡功能正常；否则，产生均衡失效告警。均衡的意义就是利用电子技术，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，使用寿命将大大缩减。此处可以采用分别开启奇数路和偶数路的均衡功能，验证待测CSC测得对应编号的电阻上的电压值是否小于设定阈值。

在本发明的一种可选实施方式中，还提供一种数据处理装置，所述装置包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序指令；

所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现如前述的检验电芯监控单元采样功能的方法。

所述装置通常为可编程器件，具有程序执行功能，能根据获取到的电压值，执行前述的检验电芯监控单元采样功能的方法，输出检验结果。此处的装置具有数值计算和逻辑运算的功能，其至少具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断***等。此处装置可以例如为单片机、芯片或处理器等常用硬件，更常用的情况下，就是智能终端或者PC的处理器。该装置还可以根据实际配置，存储和保存测量过程中的检验和测试记录。

在本发明的一种实施方式中，还提供一种电芯模拟器，所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻。本发明的前述的实施方式采用此电芯模拟器进行待测电芯监控单元的采样功能的检验和校准，但是本电芯模拟器还能适用于其他需要模拟电芯的场景，而且具有结构简单、成本较低和安全可靠的优点。该结构虽然简单，但是显著拓展了该电路的使用场景，而且不易想到，因此提出此项用途权利要求。

本发明的另一种实施方式还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的检验电芯监控单元采样功能的方法。

为使本发明的结构特征和所能达到的功效有进一步的认识和了解，用以较佳的实施例和附图配合详细的说明。图4是本发明一种实施方式提供的检验电芯监控单元采样功能的具体流程图，结合图4，说明步骤如下：

1)依照附图1中的方法连接搭建测试装置；

2)依照附图3中的步骤调节好电芯模拟器；

3)对Master CSC(主控电芯监控单元)和待测CSC(待测电芯监控单元)上电，通常为12V供电；

4)Master CSC读取R1至R12两端的电压值，分别记为Y1至Y12；

5)待测CSC读取R1至R12两端的电压值，分别记为X1至X12；

6)计算同一电阻上的两个电压值的差值ABS(Yn-Xn)，判断所述差值是否在设定阈值(2mv)之内；当所有12组电压值均在设定阈值内时，则进行均衡功能测试，否则采样功能不正常，此时可以重测一次；

7)均衡功能测试：分别开启奇数路和偶数路的均衡功能，验证待测CSC测得对应编号的电阻上的电压值是否小于3V，若小于，则进行温度测试；否则均衡功能失效，发送告警，测试结束；

8)温度测试：采集所述待测电芯监控单元的实时温度，当实时温度小于温度阈值(此处设25℃)时，测试完成；否则产生温度测试失败告警，测试结束。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种检验电芯监控单元采样功能的装置，其特征在于，所述装置包括：

电芯模拟器；所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻；

主控电芯监控单元，所述主控电芯监控单元与所述电芯模拟器相连，用于采集每个电阻上的电压值；

所述电压值用于与待测电芯监控单元所采集的同一电阻上的电压值相比较，以检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻为可调电阻。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括上位机，所述上位机与所述主控电芯监控单元相连，以及在测试时，还与所述待测电芯监控单元相连；

所述上位机被配置为获取所述主控电芯监控单元所采集的每个电阻上的电压值，将其与待测电芯监控单元所采集的同一电阻上的电压值相比较，以检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于采集所述待测电芯监控单元的实时温度。

5.一种检验电芯监控单元采样功能的方法，其特征在于，所述方法包括：

将待测电芯监控单元和主控电芯监控单元均与电芯模拟器相连；所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻；

分别通过主控电芯监控单元和待测电芯监控单元获取每个电阻上的电压值；

比较同一电阻上的两个电压值，检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在分别通过主控电芯监控单元和待测电芯监控单元获取每个电阻上的电压值的步骤之前，还包括：

调节所述电芯模拟器中电压源的输出电压，和/或调节所述电阻的阻值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，比较同一电阻上的两个电压值，检验所述待测电芯监控单元的采样功能是否正常，包括：

计算两个电压值的差值，判断所述差值是否在设定阈值之内；

如果在设定阈值之内，则采样功能正常，否则采样功能不正常。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在测试过程中，采集所述待测电芯监控单元的实时温度，当实时温度超过温度阈值时，产生温度测试失败告警。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括测试均衡功能的步骤：

开启若干均衡通道，通过待测电芯监控单元获取每个均衡通道上的电阻的电压值；

判断所述电压值是否小于设定均衡值；

当小于设定均衡值时，均衡功能正常；否则，产生均衡失效告警。

10.一种电芯模拟器，其特征在于，所述电芯模拟器包括电压源和电压源正负极之间串联的N个电阻，用于模拟N个串联的电芯。