一种新能源动力电池仿真装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种新能源动力电池仿真装置，其完整集成了BMS测试所需的单体电池信号仿真、温度信号仿真及绝缘信号仿真等功能，可灵活实现高压电池组的电压模拟、电池包温度传感器信号的模拟、高压系统的绝缘电阻仿真，同时可通过内置电子负载及高精度电流采集功能，实现BMS的主动及被动均衡测试；依托电池单体故障注入模块，可实现包括：输出短路、输出开路、串联在一起的通道间开路、采样线开路、对低压线路短路等电池单体电气故障，实现BMS的故障诊断测试。此外，通过设备的紧凑型集成设计及散热通风设计，极大地减小了设备的体积，降低了设备使用的繁琐程度，并保证了设备的良好的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源动力电池仿真装置
本技术涉及新能源动力电池功能测试
，特别是涉及一种新能源动力电池仿真装置。
技术介绍
电动汽车的电池管理系统(BatteryManagementSystern，简称BMS)，是电动汽车三电系统中电池系统的关键部分，是监控电池系统运行及保护电池系统的关键核心部件。为提高BMS的产品性能及质量，因此，针对BMS的工作电压采集、单体电池电压监测、温度监测、SOC(stateofcharge，荷电状态)计算、电池均衡管理、电池热平衡、高压安全、故障诊断等一系列的测试十分关键。目前，对BMS的测试方案主要有如下两种：(一)、采用真实电池包作为传感器及负载，通过采集电池包单体电压及电流、温度信号及绝缘检测传感器信号，实现BMS控制器软硬件功能的测试，测试的内容以静态的，基本的功能为主；(二)、采用可编程电池模拟电源，通过编程软件分别设定各通道电压、电流，通过计算机中安装的电阻仿真板卡仿真电池包温度及绝缘电阻，实现BMS的软硬件功能的测试，测试的内容是动态的，能够进行较为全面的功能测试。上述两种技术方案分别存在如下问题：对于采用真实电池包进行BMS控制器测试时，存在以下问题：(1)电池组工作电压、单体电池电压、温度等信号难以实现动态模拟；(2)极限工况模拟给测试人员带来安全隐患，例如过压、过流和过温，有可能导致电池爆炸；(3)SOC估计算法验证耗时长，真实的电池组充放电试验耗时一周甚至更长的时间；(4)模拟特定工况难度大，例如均衡功能测试时，制造电池单体间细微荷电状态差别，电池热平衡测试时，制造单体和电池包间细微的温度差别等。而采用可编程电池模拟电源及电阻仿真板卡的形式则存在如下问题：(1)由于不具备程控电子负载功能，难以进行主动均衡等重要算法的验证；(2)采用可编程电池模拟电源进行测试，在单体电池数量较大的BMS测试中需要大量的程控电源进行级联工作，易导致单体仿真通道中存在同步困难，系统成本过高的问题；(3)测试系统除了需要继承可编程电源外，还要在计算机中集成温度仿真板卡，导致系统架构松散，搭建测试环境时费时费力，降低了测试的效率。因此，提供一种集成了新能源汽车动力电池单体电压电流信号模拟、电池包温度信号及绝缘电阻信号模拟等模块的电池仿真装置，实现新能源汽车BMS外围信号的动态仿真，能够满足BMS控制器的电压及电流采集监控、电池主动&被动均衡、SOC估算、电池包温度控制及绝缘安全监测等功能测试的需求，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种新能源动力电池仿真装置，以实现新能源汽车BMS外围信号的动态仿真，能够满足BMS控制器的电压及电流采集监控、电池主动&被动均衡、SOC估算、电池包温度控制及绝缘安全监测等功能测试的需求。为达到上述目的，本技术提供了以下技术方案：一种新能源动力电池仿真装置，所述新能源动力电池仿真装置通过电池管理系统BMS的控制器线束与被测BMS相连，用于被测BMS控制器的接入，通过通讯接口与上位机相连，由所述上位机的控制软件控制仿真信号的输出，所述新能源动力电池仿真装置包括：电池单体仿真板、电池温度仿真板、绝缘电阻仿真板、电池故障注入模块、传感器故障注入模块以及电源模块，其中：所述电池单体仿真板与所述电池故障注入模块相连，所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板分别与所述传感器故障注入模块相连，所述电源模块分别与所述电池单体仿真板、所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板相连，所述电池故障注入模块通过串口线缆与所述上位机相连；所述电池单体仿真板用于高电压条件下的单节电池的电压及充放电电流的模拟；所述电池故障注入模块用于模拟所述被测BMS采集监控线路的电气故障；所述电池温度仿真板用于根据所述上位机的控制软件的设置动态模拟电池温度传感器的阻值信号变化实现所述被测BMS的温度采集监控功能测试；所述绝缘电阻仿真板用于仿真所述被测BMS的测试中电池组各节点对地绝缘电阻，通过程控开关实现多节点接入功能；所述传感器故障注入模块用于对传感器信号进行电气故障注入，实现对所述被测BMS控制器的故障诊断的测试；所述电源模块用于分别为所述电池单体仿真板、所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板供电。优选的，所述电池单体仿真板包括第一FPGA芯片、电池单体仿真板电源电路和至少一个电池单体通道电路，所述电池单体通道电路包括单体电压模拟模块、单体电子负载、单体电压采集以及单体电流采集模块，其中：所述电池单体仿真板通过LVDS通信链路与所述上位机的PCIe/CPCIe通信卡连接，所述第一FPGA芯片用于数据通讯及逻辑控制；所述单体电压模拟模块用来设定输出电压，所述单体电子负载用来设定电子负载吸收的电流，所述单体电压采集模块则用来采集输出电压，所述单体电流采集模块用来采集回路当中的电流。优选的，所述电池温度仿真板包括：第二FPGA芯片、电池温度仿真板电源电路、第一电阻电流检测电路、电阻网络电路、光耦阵列电路以及光耦驱动电路，其中：所述电池温度仿真板通过LVDS通信链路与所述上位机的PCIe/CPCIe通信卡连接，所述第二FPGA芯片分别与所述第一电阻电流检测电路和所述光耦驱动电路相连，所述电阻网络电路与所述第一电阻电流检测电路相连，所述光耦阵列电路分别与所述光耦驱动电路和所述电阻网络电路相连；所述第二FPGA芯片用于数据通信、继电器控制及逻辑控制功能，在接收到电阻数据后，对所述电阻数据进行相应的处理，输出高电平或低电平控制所述电阻网络电路中继电器开关状态，实现所述电阻网络电路中电阻的接入或断开；所述第一电阻电流检测电路实时监测所述电阻网络电路通道中的电流，当所述电流超过第一预设限定值时，所述第二FPGA芯片控制逻辑电路将切断电阻通道，实现所述电阻网络电路的功率保护功能。优选的，所述绝缘电阻仿真板包括：第三FPGA芯片、绝缘电阻仿真板电源电路、第二电阻电流检测电路、绝缘电阻网络电路、高压继电器阵列电路以及继电器驱动电路，其中：所述绝缘电阻仿真板通过LVDS通信链路与所述上位机的PCIe/CPCIe通信卡连接，所述第三FPGA芯片分别与所述第二电阻电流检测电路和所述继电器驱动电路相连，所述绝缘电阻网络电路与所述第二电阻电流检测电路相连，所述高压继电器阵列电路分别与所述继电器驱动电路和所述绝缘电阻网络电路相连；所述第三FPGA芯片用于数据通信、继电器控制及逻辑控制功能，在接收到电阻数据后，对所述电阻数据进行相应的处理，输出高电平或低电平控制所述绝缘电阻网络电路中继电器开关状态，实现所述绝缘电阻网络电路中电阻的接入或断开；所述第二电阻电流检测电路实时监测所述绝缘电阻网络通道中的电流，当所述电流超过第二预设限定值时，所述第三FPGA芯片控制逻辑电路将切断电阻通道，实现所述绝缘电阻网络电路的功率保护功能。优选的，所述电池单体故障注入模块包括：一块电池故障注入控制板和若干块电池故障注入板组成，其中：所述电池故障注入控制板用于实现对低压电源和低压电源地短路故障；所述电池故障注入板用于电池单体相关的故障注入。优选的，还包括：用于集成所述电池单体仿真板的电池单体仿真板机箱。优选的，所述电池单体仿真板机箱设置有散热系统，所述散热系统设置有程控风扇。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新能源动力电池仿真装置，其特征在于，所述新能源动力电池仿真装置通过电池管理系统BMS的控制器线束与被测BMS相连，用于被测BMS控制器的接入，通过通讯接口与上位机相连，由所述上位机的控制软件控制仿真信号的输出，所述新能源动力电池仿真装置包括：电池单体仿真板、电池温度仿真板、绝缘电阻仿真板、电池故障注入模块、传感器故障注入模块以及电源模块，其中：所述电池单体仿真板与所述电池故障注入模块相连，所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板分别与所述传感器故障注入模块相连，所述电源模块分别与所述电池单体仿真板、所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板相连，所述电池故障注入模块通过串口线缆与所述上位机相连；所述电池单体仿真板用于高电压条件下的单节电池的电压及充放电电流的模拟；所述电池故障注入模块用于模拟所述被测BMS采集监控线路的电气故障；所述电池温度仿真板用于根据所述上位机的控制软件的设置动态模拟电池温度传感器的阻值信号变化实现所述被测BMS的温度采集监控功能测试；所述绝缘电阻仿真板用于仿真所述被测BMS的测试中电池组各节点对地绝缘电阻，通过程控开关实现多节点接入功能；所述传感器故障注入模块用于对传感器信号进行电气故障注入，实现对所述被测BMS控制器的故障诊断的测试；所述电源模块用于分别为所述电池单体仿真板、所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板供电。...

【技术特征摘要】
1.一种新能源动力电池仿真装置，其特征在于，所述新能源动力电池仿真装置通过电池管理系统BMS的控制器线束与被测BMS相连，用于被测BMS控制器的接入，通过通讯接口与上位机相连，由所述上位机的控制软件控制仿真信号的输出，所述新能源动力电池仿真装置包括：电池单体仿真板、电池温度仿真板、绝缘电阻仿真板、电池故障注入模块、传感器故障注入模块以及电源模块，其中：所述电池单体仿真板与所述电池故障注入模块相连，所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板分别与所述传感器故障注入模块相连，所述电源模块分别与所述电池单体仿真板、所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板相连，所述电池故障注入模块通过串口线缆与所述上位机相连；所述电池单体仿真板用于高电压条件下的单节电池的电压及充放电电流的模拟；所述电池故障注入模块用于模拟所述被测BMS采集监控线路的电气故障；所述电池温度仿真板用于根据所述上位机的控制软件的设置动态模拟电池温度传感器的阻值信号变化实现所述被测BMS的温度采集监控功能测试；所述绝缘电阻仿真板用于仿真所述被测BMS的测试中电池组各节点对地绝缘电阻，通过程控开关实现多节点接入功能；所述传感器故障注入模块用于对传感器信号进行电气故障注入，实现对所述被测BMS控制器的故障诊断的测试；所述电源模块用于分别为所述电池单体仿真板、所述电池温度仿真板和所述绝缘电阻仿真板供电。2.根据权利要求1所述的新能源动力电池仿真装置，其特征在于，所述电池单体仿真板包括第一FPGA芯片、电池单体仿真板电源电路和至少一个电池单体通道电路，所述电池单体通道电路包括单体电压模拟模块、单体电子负载、单体电压采集以及单体电流采集模块，其中：所述电池单体仿真板通过LVDS通信链路与所述上位机的PCIe/CPCIe通信卡连接，所述第一FPGA芯片用于数据通讯及逻辑控制；所述单体电压模拟模块用来设定输出电压，所述单体电子负载用来设定电子负载吸收的电流，所述单体电压采集模块则用来采集输出电压，所述单体电流采集模块用来采集回路当中的电流。3.根据权利要求1所述的新能源动力电池仿真装置，其特征在于，所述电池温度仿真板包括：第二FPGA芯片、电池温度仿真板电源电路、第一电阻电流检测电路、电阻网络电路、光耦阵列电路以及光耦驱动电路，其中：所述电池温度仿真板通过LVDS通信链路与所述上位机的PCIe/CPCIe通信卡连接，所述第二FPGA芯片分别与所述第一电阻电流检测电路和所述光耦驱动电路相连，所述电阻网络电路与所述第一电阻电流检测电路相连，所述光耦阵列电路分别与所述光耦驱动电路和所述电阻网络电路相连；所述第二FPGA芯片用于数据通信、继电器控制及逻辑控制功能，在接收到电阻数据后，对所述电阻数据进行相应的处理，输出高电平或低电平控制所述电阻网络电路中继电器开关状态，实现所述电阻网络电路中电阻的接入或断开；所述第一电阻电流检测电路实时监测所述电阻网络电路通道中的电流，当所述电流超过第一预设限定值时...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞启春，赵军，王伊钿，
申请(专利权)人：北京经纬恒润科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11