一种电池管理系统硬件在环测试系统的制作方法

1.本发明属于新能源汽车电池管理系统领域，具体涉及一种电池管理系统硬件在环测试系统。


背景技术：

2.随着新能源汽车产业的发展，电动汽的续航里程在不断增加，电芯的能量密度和数量也在同步上升，为了提高电池包箱体空间利用率，大量的高能量密度电芯密集堆放到一起，一旦发生热失控，后果不堪设想。
3.为了保证电池的安全，准确估计电池的状态，计算电池的峰值功率，避免电池因过充、过放而导致热失控，电池管理系统bms的控制策略和sox算法的设计越来越复杂，因此，在新能源汽车的开发和生产过程中对电池管理系统bms的控制策略和sox算法进行完善的测试显得尤为重要。硬件在环测试是一种可行的测试手段，硬件在环测试系统性强而且非常安全，即使测试过程中超过极限工况，也不会出现危险，还可以对实车上出现的故障进行复现，可以减少实车测试，提高软件开发效率。
4.但现有的电池管理系统测试方法大都针对电压和温度的采集功能、故障诊断功能等控制策略进行设计，测试过程中涉及到的电池的单体电压、温度等信号都是人为给定，与电池包在真实工况下的表现差异较大，无法满足sox算法的测试需求。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种电池管理系统硬件在环测试系统，在实现对电池管理系统的控制策略进行测试的同时，满足对sox算法进行验证的需求。
6.本发明的技术方案为：本发明提供了一种电池管理系统硬件在环测试系统，包括：实时系统、模拟真实电池的一阶rc等效电路电池模型、电池模拟器、温度模拟器、绝缘电阻模拟器、硬件i/o板卡、can通讯板卡、低压程控电源、高压程控电源及待测电池管理系统bms；所述一阶rc等效电路电池模型运行在所述实时系统中，所述电池模拟器、温度模拟器、绝缘电阻模拟器、硬件i/o板卡、can通讯板卡、低压程控电源、高压程控电源的控制信号输入端均与所述实时系统的i/o端口相连接，所述电池模拟器、温度模拟器、绝缘电阻模拟器、硬件i/o板卡、can通讯板卡、低压程控电源、高压程控电源的信号输出端与所述待测电源管理系统bms连接；其中，所述一阶rc等效电路电池模型基于测试人员通过实时系统输入的各单体初始soc、各单体初始温度、电池初始输出电流和模拟车外的初始环境温度，计算各单体电压、各单体温度和电池总电压；所述电池模拟器按照所述一阶rc等效电路电池模型输出的各单体电压信号输出各单体对应的单体电压物理值至待测电源管理系统bms；
所述温度模拟器按照所述一阶rc等效电路模型输出的各单体温度信号输出各单体对应的单体温度物理值至待测电源管理系统bms；所述高压程控电源按照所述一阶rc等效电路模型输出的电池总电压信号输出电池总电压物理值至待测电源管理系统bms；所述i/o板卡按照所述电池初始输出电流输出用于表征电池输出电流的电压物理值至待测电源管理系统bms；所述测试人员还通过实时系统输入电池内部绝缘电阻值并发送至待测电源管理系统bms；待测电源管理系统bms利用预设的sox算法，基于所接收到的单体电压物理值、单体温度物理值、电池总电压物理值、电压物理值转换得到的电池输出电流、电池内部绝缘电阻值计算电池的实时soc、实时soh以及实时sop；实时系统通过can通讯板卡接收待测电源管理系统bms所计算出的实时soc、实时soh以及实时sop，对待测电源管理系统bms中预设的sox算法进行验证。
7.优选地，所述待测电源管理系统bms还通过所接收到的各单体电压物理值，筛选出达到均衡开启条件的待均衡单体，并对待均衡单体开启电压均衡；同时，待测电源管理系统bms将均衡开启信息通过can通讯板卡发送至所述一阶rc等效电路电池模型，使所述一阶rc等效电路电池模型根据待均衡单体的均衡电流重新计算待均衡单体的单体电压，并通过电池模拟器更新所输出对应的单体电压物理值；待测电源管理系统bms基于更新后的单体电压物理值判断是否满足关闭均衡条件，在满足关闭均衡条件时，停止对待均衡单体的电压均衡。
8.本发明的有益效果为：新增了一阶rc等效电路电池模型来计算电池包的总电压、单体电压、温度，除了能满足一般的电池控制策略测试需求外，还能对电池管理系统的sox算法进行验证，从而降低了通过实体电池包进行测试的需求，在提升电池管理系统的开发效率，降低开发成本的同时，提升了电池管理系统的安全性。
附图说明
9.图1为电池管理系统硬件在环测试系统的结构框图；图2为电池管理系统硬件在环测方法的总体设计框图。
具体实施方式
10.现有主流的电池管理系统bms一般包含一块主板和多个从板，现有的电池管理系统测试方法分为两大类，一类只针对电池管理系统的主板进行测试，测试时仅用模型或者代码来虚拟电池单体参数，不接入从板，该方法实现较为简单，适合在软件开发时对软件进行简单测试；另一类接入了完整的电池管理系统，通过电池模拟器和温度模拟器提供真实物理信号供电池管理系统采集，能对整个电池管理系统bms功能进行较为全面的验证。以上两种方法能较好地完成控制策略方面的测试，但是由于其电池的电压、温度等关键参数都是测试人员人为给定，不能准确的模拟电池充放电过程中电流、电压、温度的变化关系，与真实工况差异较大，无法满足sox算法的测试需求。
11.如图1，本发明提出一种电池管理系统硬件在环测试系统，该系统具体实施方式如图1所示，它主要包括实时系统、一阶rc等效电路电池模型、电池模拟器、温度模拟器、绝缘电阻模拟器、用于模拟传感器信号的硬件i/o板卡、can通讯板卡、低压程控电源、高压程控电源、待测电池管理系统bms。
12.所述一阶rc等效电路电池模型运行在实时系统中，所述电池模拟器、温度模拟器、绝缘电阻模拟器、用于模拟传感器信号的硬件i/o板卡、can通讯板卡、低压程控电源、高压程控电源的控制信号输入端均与实时系统的i/o端口相连接，另一端与待测电池管理系统相连接。
13.其中，上述电池模拟器和温度模拟器用来将一阶rc等效电路电池模型的输出转化为真实物理输出供待测电池管理系统bms采集。
14.上述绝缘电阻模拟器用来模拟电池包内部绝缘电阻值。
15.上述硬件i/o板卡用来模拟各种传感器信号供电池管理系统采集。
16.上述can通讯板卡用于模拟电池管理系统与整车其他控制器或者充电机的can报文交互。
17.上述低压程控电源用于模拟车载电源，给被测电池管理系统bms供电。
18.上述高压程控电源用于模拟电池包内高压信号供电池管理系统采集。
19.如图2所示，本发明一种搭载电池模型的电池管理系统硬件在环测试系统的实施例包含以下步骤：步骤1：建立电池单体的一阶rc等效电路模型，通过串并联的方式，组成一阶rc等效电路电池模型；通过电芯特性实验，利用获取的实验数据对所建立的一阶rc等效电路电池模型进行参数辨识，使得一阶rc等效电路电池模型能精准模拟电池包外特性。
20.其中，建立一阶rc等效电路电池模型以及进行参数标识的手段均为现有技术。
21.步骤2：将一阶rc等效电路电池模型下载到实时系统并运行，测试人员在实时系统中设定电池模型的初始值及测试过程中需要通过硬件i/o板卡来模拟的电流传感器信号的值，实时系统将一阶rc等效电路电池模型所计算出的单体电压、电池包电压、单体温度以及需要模拟的其他传感器信号的值发送给各执行器。
22.步骤3：各执行器接收到实时系统发出的指令，开始按照一阶rc等效电路电池模型计算结果输出对应的电压、电流、电阻值等物理值供待测电池管理系统bms采集。
23.所述对sox算法的测试步骤主要包括：步骤1：测试人员设定一阶rc等效电路电池模型的各单体初始0soc、各单体初始温度、初始环境温度，初始电流值，电池模型通过计算得到一份近似真实工况的电池单体电压、电池单体温度值、电池包总电压，并传送给相关执行器。
24.步骤2：执行器更新其输出，由电池模拟器来输出一阶rc等效电路电池模型计算出的电池单体电压值，由温度模拟器来输出一阶rc等效电路电池模型计算出的各单体温度值，由高压程控电源来输出电池包总电压值。
25.步骤3：采用can通讯板卡来模拟电池包与整车或者充电机的通讯，测试过程中测试人员调整电池模型的输入电流、环境温度，一阶rc等效电路电池模型的输出结果将根据输入电流、环境温度的变化情况实时更新，其变化特性与真实电池包的外特性变化一致，待测电池管理系统bms采集到电池单体电压、电池单体温度、电池包总电压后，对电池包的sox
进行估算，从而满足对sox算法进行测试的要求。
26.本实施例中，利用上述系统对电池单体均衡功能的测试步骤如下：步骤1：测试人员设定电池模型的初始单体soc，初始单体soc根据测试需要调整为不同的值，电池模型通过初始单体soc计算得到每个电池单体的电压并发送给电池模拟器。
27.步骤2：电池模拟器接收到电池单体电压，开始输出电压供待测电池管理系统bms采集。
28.步骤3：待测电池管理系统bms采集到所有电压，筛选出达到单体均衡开启条件的单体，开启单体电压均衡，并将均衡开启消息发送到can网络。
29.步骤4：一阶rc等效电路电池模型通过can网络监测到单体均衡开启后，根据均衡单体电流进行计算，实时更新开启均衡的电池单体的单体电压，电池模拟器的输出电压同步更新。
30.步骤5：待测电池管理系统bms根据采集到的单体电压，判断某单体电压达到关闭均衡条件，关闭该单体的均衡；类似的，直到所有单体均衡都被关闭，测试完毕，退出单体均衡测试。
31.本发明的优点在于：1、通过一阶rc等效电路电池模型来模拟电池包的外特性，使得硬件在环测试系统所模拟的测试环境与真实电池包环境更加相似，测试结果可靠性更高。
32.2、本系统对电池管理系统的测试覆盖度更加全面，可进行包括控制策略、均衡策略、sox算法在内的所有测试项。