CN117471226B - 一种适用于bms的高压模拟负载测试***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于BMS的高压模拟负载测试***及方法，属于新能源测试***技术领域，具体涉及新能源储能、车载环境测试***及方法。该测试***包括，数据获取接口，用于采集待测负载的负载数据；HV_LOAD，用于根据所述负载数据进行模拟负载数据的调节；BMS，用于根据该电池单体工作状态数据判断负载模拟结果是否存在异常。本发明HV_LOAD通过对切换开关及负载模拟模块的调节，通过采集电池单体工作状态判断负载模拟结果，实现对整车或其他用电设备以及充电设备负载状况的真实模拟，***集成度高，体积小巧，便于携带，能够快速定位解决各种高压端出现的问题。

Description

一种适用于BMS的高压模拟负载测试***及方法

技术领域

本发明属于新能源测试***技术领域，具体涉及一种可模拟新能源车用、储能PACK充放电等BMS实际使用环境的高压模拟负载测试***及方法。

背景技术

随着新能源技术的高速发展，储能PACK的应用得到了极大的普及。储能PACK是由多个串联或并联的电池组件构成的储能***单元，具有庞大的容量和较高的功率输出能力，可平衡能源供需，提高能源利用率。储能PACK具体应用于新能源汽车、电网储能、分布式储能及新能源电站领域，通常与电池管理***（即Battery Management System，下文简称为BMS）搭配使用，BMS用于监控储能PACK的工作状态，管理及维护各个电池组件。

在新能源车和储能***中，为确保BMS能够提前识别并解决在终端使用环境中遇到的各种高压端问题，需要对新能源电池进行产品出厂环境模拟测试及故障件分析。在新能源***中，一方面，高压端测试项目包括高压采集测试、继电器粘连测试、电流采集测试、整车负载环境测试、绝缘检测测试，以及集成BMS的各种不同负载出现高压问题的模拟复现测试，而BMS的传统EOL和HIL测试已不足以识别车辆或是储能实际使用过程中遇到的实际高压问题测试（EOL测试是在产品生命周期结束时进行的测试，HIL测试是在实际硬件与仿真模型之间建立联接，以验证硬件设备在实际操作环境中的性能的测试）。另一方面，现有技术中的EOL和HIL高压测试***结构复杂，且体积庞大，不易携带，也难以快速定位解决各种高压端出现的问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的适用于BMS的高压模拟负载测试***。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种适用于BMS的高压模拟负载测试***，所述测试***由电池模块提供电力支持，包括：

数据获取接口，用于采集待测负载的负载数据；

高压模拟负载盒（即High voltage load box，下文简称为HV_LOAD），用于根据所述负载数据进行模拟负载数据的调节；

BMS，用于在所述模拟负载数据调节完毕后，采集电池模块的电池单体工作状态数据，并根据该电池单体工作状态数据判断负载模拟结果是否存在异常，若存在异常，则输出负载模拟结果异常，反之，则输出负载模拟结果正常，测试***还包括用于接收和呈现负载模拟结果的显示终端。

作为本发明的进一步优化方案，所述HV_LOAD包括负载模拟模块、功率继电器模块和电流检测模块；其中，

所述负载模拟模块用于模拟待测负载，以形成所述模拟负载数据；

所述功率继电器模块用于控制负载电流，并向BMS提供高压数据；

所述电流检测模块用于向BMS提供电流数据。

作为本发明的进一步优化方案，所述电池模块与功率继电器模块、电流检测模块和负载模拟模块之间形成电气回路，所述负载模拟模块包括可调容性负载、感性负载和切换开关；其中，

所述切换开关用于调节所述电气回路的拓扑结构；

所述可调容性负载和感性负载用于调节所述电气回路的电流与电压的相位差，以实现HV_LOAD对实际负载状况的模拟。

作为本发明的进一步优化方案，所述BMS通过高压采集线束采集功率继电器模块的高压数据，并通过低压控制线束向功率继电器模块发出控制信号，所述BMS通过电流采集线束采集电流检测模块的电流数据。

作为本发明的进一步优化方案，所述负载模拟模块的高压端与低压端均连接有扩展接口。

作为本发明的进一步优化方案，所述HV_LOAD还包括可调绝缘电阻，所述可调绝缘电阻用于模拟BMS的绝缘电阻检测精度测试以及模拟BMS实际绝缘环境下的测试。

作为本发明的进一步优化方案，所述HV_LOAD还包括电池包容性负载和用于屏蔽干扰的金属外壳，所述电池包容性负载用于模拟电池模块Y电容测试环境。

作为本发明的进一步优化方案，所述功率继电器模块包括主正继电器、预充继电器、快充正继电器、主负继电器、快充负继电器和加热继电器，所述电流检测模块为分流器。

一种高压模拟负载测试方法，基于所述测试***，包括以下步骤：

步骤一、采集待测负载的负载数据；

步骤二、根据所述负载数据进行模拟负载数据的调节；

步骤三、在所述模拟负载数据调节完毕后，采集电池模块的电池单体工作状态数据，并根据该电池单体工作状态数据判断负载模拟结果是否存在异常，若存在异常，则输出负载模拟结果异常，反之，则输出负载模拟结果正常。

本发明的有益效果在于：

本发明根据待测负载的负载数据进行负载模拟测试，HV_LOAD通过对切换开关及负载模拟模块的调节，形成模拟负载数据，通过采集电池单体工作状态判断负载模拟结果，实现对整车或其他用电设备以及充电设备负载状况的真实模拟，***集成度高，体积小巧，便于携带，能够快速定位解决各种高压端出现的问题；

本发明通过第一电容模拟整车DCDC/MCU负载X电容，第二电容和第三电容用于模拟整车Y电容，通过电感模拟感性负载，并利用第四电容和第五电容分别模拟电池模块正负极对HV_LOAD外壳的Y电容，测试车用储能PACK时，还可在两扩展端口之间可以增设其他负载，确保HV_LOAD中的负载模拟模块能覆盖整车所有负载环境的测试，提高模拟效果；

本发明集成有高压采集测试、继电器粘连测试、电流采集测试、整车负载环境测试、绝缘检测测试以及集成BMS的各种不同负载出现高压问题模拟复现测试，以便快速解决终端问题。测试***的高压端测试项目覆盖率高，可扩展性强，成本低，效益高；

本发明通过切换开关隔离HV_LOAD内的负载模拟模块，并将两扩展端口与实际的用电设备或充电设备相连，以实现对产品的实时监测，从而使本测试***可适用于产品研发、新产品出厂摸底测试过程中，还可作为故障件分析工具使用，应用场景广泛。

附图说明

图1是本发明的储能PACK与BMS以及HV_LOAD的测试电气连接示意图；

图2是本发明的HV_LOAD内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1所示，一种适用于BMS的高压模拟负载测试***，该测试***具体涉及一种新能源储能、车载环境测试***（Vehicle mounted BMS, energy storage BMSenvironmental testing system），本测试***以电池模块为测试对象，并以该电池模块为电源。在储能PACK的产品研发过程中，该电池模块选用模拟电池，通过模拟电池对储能PACK的输入和输出进行模拟；在储能PACK的新产品出厂摸底测试过程中，或储能PACK投入使用，而本实施例的测试***作为故障件分析工具使用的过程中，该电池模块即为储能PACK。高压模拟负载测试***包括用于采集待测负载的负载数据的数据获取接口，用于监控电池模块的工作状态的BMS，用于模拟BMS实际使用环境的负载状况的HV_LOAD。

其中，数据获取接口可接收待测负载的负载数据，测试过程中，操作人员可通过数据键入模块向数据获取接口输入待测负载数据，数据获取接口将负载数据传递至HV_LOAD内，该待测负载即为实际的整车负载或其他用电设备的负载；BMS包括与本测试***内部的功率继电器模块相对应的功率继电器模块控制模块、高压采集模块、绝缘采集模块、主从CAN端口、485通讯端口驱动，板载电流检测模块，单体电压检测模块、均衡模块，电芯温度检测模块，加热控制模块；HV_LOAD包括功率继电器模块、电流检测模块、可调容性负载和感性负载以及用于屏蔽干扰的金属外壳，功率继电器模块、电流检测模块、可调容性负载和感性负载均设置在HV_LOAD的金属外壳内部，该外壳内还设有切换开关，外壳上设置两个扩展端口。切换开关用于切换可调容性负载和感性负载与功率继电器模块、电流检测模块和扩展端口的电路导通状况，扩展端口用于提供外接端子，金属外壳内还设有控制器，数据获取接口与控制器相连，该控制器用于接收数据获取接口发来的负载数据，并通过负载模拟模块对待测负载进行模拟，根据负载数据调节切换开关和可调容性负载，从而形成与负载数据等同的模拟负载数据。另外该测试***还包括用于接收和呈现负载模拟结果的显示终端，显示终端可以是与BMS电性连接的显示器，也可以是操作人员随身携带并能够与BMS进行无线数据交互的移动终端。

HV_LOAD通过控制器调节切换开关，调整可调容性负载和感性负载的电路导通状况，使电池模块与HV_LOAD之间形成预期的电气回路，电池模块对该电气回路提供电力。同时控制器还通过对可调容性负载容值的调节，使该电气回路呈容性或感性，并使该电气回路的电流与和电压的相位差与实际使用环境的负载状况相匹配，可根据实际需要在两个扩展端口之间增设其他真实负载。BMS对电池模块中的各个电池单体工作状态数据进行采集，电池单体工作状态数据包括电池单体的电压数据和电流数据，同时BMS还通过HV_LOAD中的功率继电器模块和电流采集模块分别采集该电气回路的高压数据和电流数据，BMS对上述数据进行分析，分析过程中，BMS将其采集的电压和电流数据分别与电压预设值和电流预设值进行对比，当BMS采集的电压或电流超过预设值时，表明所测电气回路上存在高压端问题，从而实现对电池模块的监控。本***通过切换开关对电气回路的构造进行调节，并通过在HV_LOAD中设置可调容性负载和感性负载，实现对整车或其他用电设备以及充电设备负载状况的真实模拟，***集成度高，体积小巧，便于携带，能够快速定位解决各种高压端出现的问题。

具体地，如图1和图2所示，BMS对外连接有高压采集线束和电流采集线束，BMS外侧设有开关信号检测端口，以及功率继电器模块控制模块，该开关信号检测端口包括高底边开关检测、绝缘开关检测、高压互锁检测等端口。HV_LOAD的外壳上设置电池模块的总正和总负端口、两个扩展端口、高压采集线束接口、功率继电器模块控制接口、电流采集接口以及对地接口。该外壳上还设置有两个接插件，BMS分别通过两个接插件与高压采集线束和电流采集线束相连，从而使BMS通过高压采集线束采集功率继电器模块的高压数据，并通过电流采集线束采集电流采集模块的电流数据，BMS还通过功率继电器模块控制模块与低压控制线束相连，可通过低压控制线束向功率继电器模块发出控制信号。HV_LOAD具有B+端口和B-端口，B+端口和B-端口分别与电池包的正极和负极连接；一个接插件上具有RLYn+端口和RLYn-端口，RLYn+端口与主正、主负、快充正、快充负、预充、加热等继电器开关的原边驱动电源连接，RLYn-端口与BMS内部高压输出口连接；另一接插件上具有HVn端口和SENSE+/-端口，HVn端口用于高压数据采集，其连接BMS内部高压采集接口，SENSE+/-端口用于电流数据采集，与电流采集线束相连。

HV_LOAD还包括可调绝缘电阻，可调绝缘电阻用于模拟BMS的绝缘电阻检测精度测试以及模拟BMS实际绝缘环境下的测试，该可调绝缘电阻分为第一绝缘电阻R1和第二绝缘电阻R2。HV_LOAD还包括设于外壳内部的电池包容性负载，电池包容性负载用于模拟电池模块Y电容测试环境，电池包容性负载分为第四电容C4和第五电容C5，第四电容C4具体用于模拟电池模块正极对外壳的Y电容，第五电容C5具体用于模拟电池模块负极对外壳的Y电容，第四电容C4和第五电容C5的容值均为1nF，且第四电容C4和第五电容C5两端的电压均为2kV。

进一步地，请参阅图2，可调容性负载分为可调X电容和可调Y电容，可调X电容由第一电容C1和一个可变电容动片驱动装置组成，可调Y电容由相互串联的第二电容C2和第三电容C3以及另外两个可变电容动片驱动装置组成，旋转电容C1、C2、C3的动片，可对电容容值进行调节，感性负载为电感L。上述三个可变电容动片驱动装置可根据HV_LOAD中控制器的控制指令，分别驱动第一电容C1、第二电容C2及第三电容C3的动片旋转相应的角度，实现容值调节。具体地，该驱动装置可以是电机，也可以是由电机及蜗轮蜗杆减速传动机构组成的驱动部件。第一电容C1用于模拟整车DCDC/MCU负载X电容，其容值调节范围在470μF至4.7mF之间；第二电容C2和第三电容C3用于模拟整车Y电容，二者的容值调节范围在1μF至2.2mF之间。感性负载分别与可调X电容和可调Y电容相互并联，扩展端口分为PACK+端口和PACK-端口，在测试车用储能PACK时，PACK+端口与PACK-端口之间可以增设与感性负载并联的其他与负载，确保HV_LOAD中的负载模拟模块能覆盖整车所有负载环境的测试。

功率继电器模块包括主正继电器K1、预充继电器K2、快充正继电器K3、主负继电器K4、快充负继电器K5和加热继电器K6，电流采集模块为分流器，主正继电器K1和预充继电器K2均与第一节点D1相连，且主正继电器K1与预充继电器K2相互并联，主正继电器K1与快充正继电器K3串联，主负继电器K4与分流器之间设有第二节点D2，第一节点D1通过高压采集线束与电池模块的正极以及一个接插件相连，第二节点D2通过电流采集线束与电池模块的负极以及另一个接插件相连，第一电容C1和电感L的一端均连接在第三节点D3上，且第一电容C1和电感L的另一端均连接在第四节点D4上，第三节点D3和第四节点D4分别与第二电容C2和第三电容C3相连，第一绝缘电阻R1与第二绝缘电阻R2之间设有第五节点D5，第一绝缘电阻R1设置在第一节点D1与第五节点D5之间，第二绝缘电阻R2设置在第二节点D2与第五节点D5之间，第五节点D5上设置有接地线路，该接地线路贯穿HV_LOAD外壳上的对地接口，该对地接口与图2中的第六节点D6对应，主正继电器K1与快充正继电器K3之间形成有第七节点D7，主负继电器K4与快充负继电器K5之间形成有第八节点D8，加热继电器D6设置在第七节点D7与第八节点D8之间。BMS通过内部高低边电源输出，来按照各种时序控制功率继电器模块的开启和关闭，并通过模拟量输入端口来采集高压、绝缘、电流等模拟量，BMS还通过其采集到的高压数据来测试功率继电器模块是否粘连。本***集成有高压采集测试、继电器粘连测试、电流采集测试、整车负载环境测试、绝缘检测测试以及集成BMS的各种不同负载出现高压问题模拟复现测试，以便快速解决终端问题。测试***的高压端测试项目覆盖率高，可扩展性强，体积小，成本低，效益高。

再进一步地，如图2所示，切换开关包括，第三节点D3与预充继电器K2和快充正继电器K3之间的第一开关S1，第四节点D4与快充负继电器K5和第八节点D8之间的第二开关S2，第三节点D3与第一电容C1之间的第三开关S3，第四节点D4与第一电容C1之间的第四开关S4，第三节点D3与第二电容C2之间的第五开关S5，第四节点D4与第三电容C3之间的第六开关S6，第五节点D5与第二电容C2和第三电容C3之间的第七开关S7，第三节点D3与电感L之间的第八开关S8，第四节点D4与电感L之间的第九开关S9，第三节点D3与PACK+端口之间的第十开关S10，以及第四节点D4与PACK-端口之间的第十一开关S11。通过调节第一开关S1和第二开关S2，可以对测试***的电气回路进行切换，使电池模块与HV_LOAD之间形成快充回路或预充回路，可分别针对不同的电气回路进行测试。

通过调节第三开关S3和第四开关S4，可以实现对第一电容C1的隔离和连接；通过调节第五开关S5、第六开关S6和第七开关S7，可以实现对第二电容C2及第三电容C3的隔离和连接；通过调节第八开关S8和第九开关S9，可以实现对电感L的隔离和连接。通过对第十开关S10以及第十一开关S11的调节，可以对PACK+端口和PACK-端口的电路导通状况进行调整。通过上述操作可对电气回路进一步调整，使负载模拟模块更加贴近电池模块的实际使用场景，提高测试精度。该测试***还可以利用上述切换开关对可调容性负载及感性负载进行隔离，并将PACK+端口和PACK-端口分别与实际的用电设备或充电设备相连，利用该测试***对实际的电池模块充放电情况进行实时监测，以实现测试***作为故障件分析工具而使用。

实施例2

一种高压模拟负载测试方法，该测试方法基于第一实施例中的测试***，包括以下步骤：

步骤一、通过在HV_LOAD上连接数据获取接口实现对待测负载的负载数据的采集，操作人员可通过数据键入模块向数据获取接口传输待测负载数据，由数据获取接口将待测负载数据传输至HV_LOAD的控制器之中；

步骤二、HV_LOAD根据负载数据进行模拟负载数据的调节，HV_LOAD通过控制器配合切换开关调整可调容性负载和感性负载的电路导通状况，使电池模块与HV_LOAD之间形成预期的电气回路，并通过电池模块为该电气回路提供电力支持，同时控制器还通过对可调容性负载容值的调节，使该电气回路呈容性或感性，并使该电气回路的电流与和电压的相位差与实际使用环境的负载状况相匹配，通过设置扩展端口使HV_LOAD具备可扩展性，当HV_LOAD中的负载模拟模块不足以模拟现实的使用场景负载状况时，还可以在PACK+端口与PACK-端口之间连接其他的负载；

步骤三、在所述模拟负载数据调节完毕后，BMS采集电池模块的电池单体工作状态数据，同时BMS还通过HV_LOAD中的功率继电器模块和分流器分别采集该电气回路的高压数据和电流数据，BMS对上述数据进行分析，根据该电池单体工作状态数据，以及电气回路的高压数据和电流数据判断负载模拟结果是否存在异常，若存在异常，则输出负载模拟结果异常，反之，则输出负载模拟结果正常，以实现对电池模块及待测负载的模拟测试。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于BMS的高压模拟负载测试***，所述测试***由电池模块提供电力支持，其特征在于，包括：

数据获取接口，用于采集待测负载的负载数据；

高压模拟负载盒，用于根据所述负载数据进行模拟负载数据的调节；

电池管理***，用于在所述模拟负载数据调节完毕后，采集电池模块的电池单体工作状态数据，并根据该电池单体工作状态数据判断负载模拟结果是否存在异常，若存在异常，则输出负载模拟结果异常，反之，则输出负载模拟结果正常；

所述高压模拟负载盒包括负载模拟模块、功率继电器模块和电流检测模块；其中，

所述负载模拟模块用于模拟待测负载，以形成所述模拟负载数据；

所述功率继电器模块用于控制负载电流，并向电池管理***提供高压数据；

所述电流检测模块用于向电池管理***提供电流数据；

所述电池模块与功率继电器模块、电流检测模块和负载模拟模块之间形成电气回路，所述负载模拟模块包括可调容性负载、感性负载和切换开关；其中，

所述切换开关用于调节所述电气回路的拓扑结构；

所述可调容性负载和感性负载用于调节所述电气回路的电流与电压的相位差，以实现高压模拟负载盒对实际负载状况的模拟；

所述电池管理***通过高压采集线束采集功率继电器模块的高压数据，并通过低压控制线束向功率继电器模块发出控制信号，所述电池管理***通过电流采集线束采集电流检测模块的电流数据。

2.根据权利要求1所述的适用于BMS的高压模拟负载测试***，其特征在于：所述负载模拟模块的高压端与低压端均连接有扩展接口。

3.根据权利要求1所述的适用于BMS的高压模拟负载测试***，其特征在于：所述可调容性负载分为可调X电容和可调Y电容，所述感性负载分别与可调X电容和可调Y电容相互并联。

4.根据权利要求1所述的适用于BMS的高压模拟负载测试***，其特征在于：所述高压模拟负载盒还包括可调绝缘电阻，所述可调绝缘电阻用于模拟电池管理***的绝缘电阻检测精度测试以及模拟电池管理***实际绝缘环境下的测试。

5.根据权利要求1所述的适用于BMS的高压模拟负载测试***，其特征在于：所述高压模拟负载盒还包括电池包容性负载和用于屏蔽干扰的金属外壳，所述电池包容性负载用于模拟电池模块Y电容测试环境。

6.根据权利要求1所述的适用于BMS的高压模拟负载测试***，其特征在于：所述功率继电器模块包括主正继电器、预充继电器、快充正继电器、主负继电器、快充负继电器和加热继电器，所述电流检测模块为分流器。

7.一种高压模拟负载测试方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的适用于BMS的高压模拟负载测试***，包括以下步骤：

步骤一、采集待测负载的负载数据；

步骤二、根据所述负载数据进行模拟负载数据的调节；

步骤三、在所述模拟负载数据调节完毕后，采集电池模块的电池单体工作状态数据，并根据该电池单体工作状态数据判断负载模拟结果是否存在异常，若存在异常，则输出负载模拟结果异常，反之，则输出负载模拟结果正常。