发明内容
本发明主要解决的技术问题是现有的基于仿真模型对BMS进行HIL测试时精度低。
一种HIL***测试***,其包括:上位机、实时***、电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***;
所述实时***分别与所述上位机、电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***相连,用于实时对所述上位机、电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***进行模数转换及数据交互;
所述上位机用于通过所述实时***向所述电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***下发测试控制信号,所述电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***收到所述测试控制信号后启动测试过程;
所述真实电芯测试***用于模拟电芯工作的真实环境和电芯工作状态,同时采集电芯工作状态信息,并将采集的电芯工作状态信息通过所述实时***发送给所述上位机和电池模拟器;该电芯工作状态信息包括电芯工作的环境信息以及充放电状态信息;
所述电池模拟器用于根据所述电芯工作状态信息模拟电池包工作;
所述待测BMS用于对模拟成的电池包进行工作状态管理以获取电池包工作状态信息,并将电池包工作状态信息发送给所述上位机;
所述上位机用于将所述电芯工作状态信息和电池包工作状态进行对比分析,并根据对比分析结果确定所述待测BMS是否合格。
在一种实施例中,所述电池模拟器用于模拟电池包的各种故障以及模拟电池的状态,所述电池包工作状态信息包括故障信息、工作时的电压和电阻信息;
所述电池模拟器包括电压模拟板卡、程控电阻板卡和故障模拟板卡;所述电压模拟板卡用于模拟电池工作时的电压信息;所述程控电阻板卡用于模拟电池工作时的电阻信息;所述故障模拟板卡用于模拟电池工作时的故障信息。
在一种实施例中,所述真实电芯测试***包括温舱、电池盒;
所述电池盒放置在所述温舱内;所述温舱内设置有加热设备、冷却设备和测温设备;所述加热设备、冷却设备和测温设备均与所述上位机电连接,所述上位机用于控制所述加热设备和冷却设备分别用于对温舱环境进行加热和冷却,以改变温舱的环境温度;所述测温设备用于测量温舱当前的温度值。
在一种实施例中,所述电池盒内设有电芯测试台座,该电芯测试台座内部设有电芯安装槽,所述电芯安装槽用于安装电芯;
所述测温设备包括温度传感器,所述温度传感器的探头设置在所述电芯安装槽的底部,该温度传感器探测用于紧贴所述电芯表面以采集电芯工作时的温度。
在一种实施例中,所述真实电芯测试***还包括充放电电路,该充放电电路包括程控电流源,所述充放电电路与所述电芯电连接,同时所述充放电电路还通过所述实时***与所述上位机电连接,所述上位机用于控制所述充放电电路对所述电芯进行充放充电管理;
所述真实电芯测试***还包括电压采集电路,所述电压采集电路也设置在所述温舱外部,该电压采集电路的采集端通过信号线所述电芯安装槽的两端电极电连接,电压采集电路用于实时采集所述电芯的电压值。
在一种实施例中,所述电芯安装槽的两端设有用于充放电的电极,所述程控电流源和充放电电路均设置在所述温舱外部,并且通过导线与所述电极电连接。
在一种实施例中,还包括输出模块,所述输出模块与所述上位机通信连接,用于输出待测BMS的检测报告。
在一种实施例中,所述实时***包括实时主机、电池差异化处理模块、通讯单元、信号采集与输出单元;
所述实时主机用于控制所述电池差异化处理模块、通讯单元、信号采集与输出单元工作,以实现所述上位机、电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***之间的互相通信;
所述信号采集与输出单元用于控制信号采集和发送;所述电池差异化处理模块用于将单个信号数据差异化为一系列数据;所述通讯单元用于和所述上位机、电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***之间进行互相通信。
一种HIL***测试方法,包括:
上位机运行预设的测试用例,通过实时***向真实电芯测试***、电池模拟器以及待测BMS下发测试控制信号以启动测试过程;
所述真实电芯测试***收到所述测试控制信号后模拟电池工作的真实环境和电芯工作状态,同时采集电芯工作状态信息,该电芯工作状态信息包括电芯工作的环境数据信息以及充放电状态信息,并且将采集的电芯工作状态信息通过所述实时***发送给所述上位机和电池模拟器;
所述电池模拟器用于根据所述电芯工作状态信息模拟电池包工作;;
所述待测BMS用于对模拟成的电池包进行工作状态管理以获取电池包工作状态信息,并将电池包工作状态信息发送给所述上位机;
所述上位机用于将所述电芯工作状态信息和电池包工作状态进行对比分析,并根据对比分析结果确定所述待测BMS是否合格。
在一种实施例中,在模拟电池充放电工作状态之前还包括:
实时采集所述真实电芯测试***中温舱的环境数据信息;
上位机实时判断所述环境数据信息是否达到测试环境要求,若是则控制电池进行充放电工作;若否则控制对应的装置工作改变温舱的环境数据信息,直到温舱的环境数据信息达到测试环境要求再控制电芯进行充放电工作。
依据上述实施例的HIL***测试***,其包括:上位机、实时***、电池模拟器、待测BMS和真实电芯测试***。上位机用于控制整个***工作,真实电芯测试***用于模拟电芯工作的真实环境和电芯工作状态,同时采集电芯工作状态信息,并将采集的电芯工作状态信息通过所述实时***发送给所述上位机和电池模拟器;电池模拟器用于根据电芯工作状态信息模拟成电池包工作;待测BMS用于对模拟成的电池包进行工作状态管理以获取电池包工作状态信息,并将电池包工作状态信息发送给上位机;上位机用于将电芯工作状态信息和电池包工作状态进行对比分析,并根据对比分析结果确定待测BMS是否合格。可见,本申请直接利用真实电芯的真实特性参数替代传统仿真模型对BMS进行HIL测试的方案,这种测试***能真实反映电池的动态特性,有效提高BMS测试验证的准确性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中,很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没,而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外,说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时,方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此,说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例,并不意味着是必须的顺序,除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本领域技术人员一般认为的电芯、电池、电池包具有一定的区别,电芯指的是一小节的电池,而电池有可能包括多节电芯,电池包是多个电池的串并联。
本申请提供的BMS-HIL测试***,为了使得测量环境更加逼近真实的电池工作状态,本申请摒弃了现有的采用仿真模型来模仿电池工作,然后根据仿真模型的预测的数据来验证BMS是否合格,本申请的测试***设计了真实电芯测试***,利用真实电芯的真实特性参数,有效提高BMS测试和标定的精度,实现电池管理***更高精度的开发目标。
实施例一:
请参考图1,本实施例提供一种HIL***测试***,其包括:上位机1、实时***2、电池模拟器4、待测BMS5和真实电芯测试***3。
其中,实时***2分别与上位机1、电池模拟器4、待测BMS5和真实电芯测试***3通信相连,实时***2用于实时对上位机1、电池模拟器4、待测BMS5和真实电芯测试***3之间传输的信息进行信号模数转换及数据交互。具体的,本实施例中实时***2与上位机1之间通过TCP(传输控制协议)信号线进行通信,实时***2和真实电芯测试***3之间通过TCP协议进行通信,实时***2和电池模拟器4之间通过UDP(用户数据报协议)协议进行通信,实时***2和待测BMS5之间通过CAN总线进行通信,TCP、UDP都是以太网,但是数据格式不一样。由于***中的各个部件之间通信协议不同、数据格式不同,因此需要实时***2进行信号协议转换、信号格式转换、差异化转换等,以保证各个部件之间通信,从而实现数据交互。
本实施例中,待测BMS5还有一些通用I/O口如AIO、DIO、PWM IO等需要测试,这些I/O口的测试可以通过上位机1编写测试用例来测试待测BMS的I/O口是否满足要求。
其中,上位机1用于整个对整个***进行监控和管理,以控制整个***运行。工作时,通过上位机1编写或调用测试用例运行于实时***中,上位机通过实时***2向电池模拟器4、待测BMS5和真实电芯测试***3下发测试控制信号,电池模拟器4、待测BMS5和真实电芯测试***3收到测试控制信号后按照预设的控制程序启动测试过程。
真实电芯测试***3用于模拟电芯工作的真实环境和电芯工作状态,同时采集电芯工作状态信息,并将采集的电芯工作状态信息通过实时***发送给上位机和电池模拟器;采集的电芯工作状态信息主要包括电芯工作的环境信息以及充放电状态信息;例如,电芯工作环境的温度、湿度、电芯充电的电压和电流、电芯放电的电压和电流等。
电池模拟器4用于根据电芯工作状态信息模拟电池包工作,例如电池模拟器用于模拟电池的工作状态,电池的工作状态信息包括电池的故障信息以及工作时的充放电信息等。待测BMS5通过CAN总线与电池模拟器4通信连接,电池模拟器4用于对模拟成的电池包进行工作状态管理以获取电池包工作状态信息,并将电池包工作状态信息发送给上位机1。
上位机1用于将电芯工作状态信息和电池包工作状态进行对比分析,并根据对比分析结果确定待测BMS是否合格。例如,通过比对分析,确定真实的电芯工作状态信息与待测BMS5检测到电池包工作状态是否一致,若一致则确定待测BMS功能正常、质量合格,若不一致则确定待测BMS5不合格。
其中,本实施例的电池模拟器4用于模拟电池包的各种故障以及模拟电池的状态,电池包工作状态信息包括故障信息、工作时的电压和电阻信息。电池模拟器4包括电压模拟板卡、程控电阻板卡和故障模拟板卡;电压模拟板卡用于模拟电池工作时的电压信息;程控电阻板卡用于模拟电池工作时的电阻信息,例如通过控制程控电阻板卡模拟电池包的表面温度;故障模拟板卡用于模拟电池工作时的故障信息,例如模拟电池包的特性、电池包内短路、断路等故障。
其中,如图2,本实施例的真实电芯测试***3包括温舱31、电池盒34;电池盒34放置在温舱内31;温舱31内设置有加热设备33、冷却设备32和测温设备;加热设备33、冷却设备32和测温设备的控制端均与上位机1电连接,上位机1用于控制加热设备33和冷却设备32分别用于对温舱环境进行加热和冷却,以改变温舱的环境温度,进而模拟电芯342在不同的环境下工作;具体的,上位机1通过编写测试用例或调用测试用例来控制加热设备33和冷却设备32。测温设备用于测量温舱当前的温度值。其中,加热设备33才可以采用电阻丝加热,冷却设备32可以采用水冷设备或者风扇等。本实施例的温舱31与电池盒是可以拆卸的,方便电芯的替换。
请参考图1和图3,本实施例的真实电芯测试***3还包括温度控制电路35,温度控制电路35用于控制温仓内的加热设备33和冷却设备32配合工作以进行温度调节,温度控制电路35的控制端与上位机1连接,上位机1的温度要求指令通过实时***2发送至温舱31的温度控制电路,温度控制电路35对“当前电池盒内温度”和“上位机要求的温度”这两个温度进行对比,并发出温度调整信号,温舱31的温度控制电路35发出的温度调节信号控制冷却设备32或加热设备33来调节温舱的温度。当电池盒内测温芯片测得的温度符合上位机1的温度要求指令时,信号反馈回实时***,温度经实时对比判断一致时,开始对电芯342进行充放电。
其中,在电池盒34内还设有电芯测试台座341,该电芯测试台座342内部设有电芯安装槽,电芯安装槽用于安装电芯341,该电芯安装槽的两端为金属电极接口,用于和电芯的两极电连接;测温设备包括温度传感器,温度传感器的探头设置在电芯安装槽的底部,该温度传感器探测用于紧贴电芯表面以采集电芯342工作时的温度。温度传感器与温度采集电路36相连接,温度采集电路的测温芯片实时接收采集到的温度。
本实施例中的电芯安装槽的两端设有用于充放电的电极,真实电芯测试***还包括程控电流源和充放电电路38,程控电流源和充放电电路38与电芯342电连接,同时程控电流源和充放电电路38还通过实时***2与上位机1电连接,上位机1用于控制程控电流源和充放电电路对电芯342进行充放充电管理。程控电流源和充放电电路38均设置在温舱31外部,电芯安装槽两端的金属电极接口与充放电电路38相连,实现对电芯342进行充放电管理,充放电电流根据测试用例的指令控制程控电流源给出。本实施例程控电流源只引出正负极两个节点端子与电芯安装槽两端的金属电极相连,以避免环境温度的变化对其测量的影响。
在另一种实施例中,充放电电路38包括程控电流源,并且充放电电路38与实时***连接,上位机1通过调用测试用例运行于实时***中来控制充放电电路38中的程控电流源工作。
本实施例的真实电芯测试***37还包括电压采集电路37,电压采集电路37也设置在温舱31外部,该电压采集电路37的采集端通过信号线电芯安装槽的两端电极电连接,电压采集电路37用于实时采集电芯342的电压值。
其中,如图1,本实施例的实时***包括实时主机、电池差异化处理模块、通讯单元、信号采集与输出单元;实时主机用于控制电池差异化处理模块、通讯单元、信号采集与输出单元工作,以实现上位机1、电池模拟器4、待测BMS5和真实电芯测试***3之间的互相通信;信号采集与输出单元用于控制信号采集和发送;电池差异化处理模块用于对采集的信号进行格式和协议转换,具体的,电池差异化处理模块用于将单个信号数据差异化为一系列数据;通讯单元用于和上位机1、电池模拟器4、待测BMS5和真实电芯测试***3之间进行互相通信。
采用本实施例的真实电芯替代仿真模型的HIL***对BMS进行测试时的方法包括如下步骤:
第一步:将电芯342放置到电池盒内的电芯安装槽上,再将电池盒固定到温舱内进行测试前的准备,准备完成后开始对待测BMS进行测试验证;
第二步:通过上位机1编写测试用例在实时主机中运行,实时主机将测试用例的温度信号发送到真实电芯测试***3内温舱的温度控制电路35中,温舱31的温度控制电路35对“当前电池盒内温度”和“上位机要求的温度”进行对比;
第三步:当电池盒34内的温度符合测试要求时,温度一致信号反馈回实时***2,经实时主机对比判断温度一致时,上位机1控制程控电流源开始对电芯342进行充放电,同时电芯342的充放电电流通过实时***2将并传送到待测BMS;
第四步:电芯342的端电压经电池盒内的电压采集电路37测得送回实时***2,实时***2将电芯的端电压通过A/D(模数转换)功能转换为数字信号;
第五步:实时***2根据测试用例的要求将电芯342的端电压的数字信号输入电池差异化模型进行差异化处理;
第六步:经过电池差异化模型处理后的数据送至电池模拟器4,再通过电池模拟器模4拟成电池包后,将模拟电池包的电压参数送至待测BMS5;
第七步:真实电池测试***3内的电池表面温度由电池盒内的测温采集电路测得送回实时***2,实时***2将电池的表面温度通过A/D功能转换为数字信号;
第八步:实时***2根据测试用例的要求将电芯的表面温度的数字信号输入电池差异化模型进行差异化处理;
第九步:经过电池差异化模型处理后的数据送至电池模拟器,再通过电池模拟器模拟成电池包后,将模拟电池包的温度送至待测BMS;
第十步:待测BMS通过对电池的电压、表面温度以及充放电电流的检测并将检测信息也发送给上位机1,在电池的端电压、表面温度以及充放电电流送至待测BMS后,上位机1判断待测BMS5检测到的电池包的对应信息是否和上位机1获取的一致,若一致则确定待测BMS5的功能满足要求,否则确定待测BMS5不满足要求;
第十一步:测试完毕,测试管理单元输出测试报告。
本申请的测试***与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1)利用真实电芯的真实特性参数,有效提高BMS测试和标定的精度,实现电池管理***更高精度的开发目标;
2)直接利用真实电芯的真实特性参数进行HIL测试,不需对电池模型的仿真参数反复辨识验证、参数调整,有效提高测试的效率;
3)使用单节电芯进行测试,相对使用大电压大电流的电池包实物对BMS进行测试,具有操作简单、可控性好、安全、成本低等优点。
实施例二:
请参考图4,本实施例提供一种HIL***测试方法,其包括:
步骤401:上位机运行预设的测试用例,以通过实时***向真实电芯测试***、电池模拟器以及待测BMS下发测试控制信号以启动测试过程。
步骤402:真实电芯测试***收到测试控制信号后模拟电池工作的真实环境和电芯工作状态,同时采集电芯工作状态信息,该电芯工作状态信息包括电芯工作的环境数据信息以及充放电状态信息,并且将采集的电芯工作状态信息通过实时***发送给上位机和电池模拟器;
步骤403:电池模拟器用于根据电芯工作状态信息模拟电池包工作。
步骤404:待测BMS用于对模拟成的电池包进行工作状态管理以获取电池包工作状态信息,并将电池包工作状态信息发送给上位机。
步骤405:上位机用于将电芯工作状态信息和电池包工作状态进行对比分析,并根据对比分析结果确定待测BMS是否合格。
其中,在模拟电池充放电工作状态之前还包括:实时采集真实电芯测试***中温舱的环境数据信息;上位机实时判断所述环境数据信息是否达到测试环境要求,若是则控制电池进行充放电工作;若否则控制对应的装置工作改变温舱的环境数据信息,直到温舱的环境数据信息达到测试环境要求再控制电芯进行充放电工作。
本领域技术人员可以理解,上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现,也可以通过计算机程序的方式实现,例如测试用例是通过软件实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等,通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如,将程序存储在设备的存储器中,当通过处理器执行存储器中程序,即可实现上述全部或部分功能。另外,当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时,该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中,通过下载或复制保存到本地设备的存储器中,或对本地设备的***进行版本更新,当通过处理器执行存储器中的程序时,即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员,依据本发明的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。