一種電動汽車電池管理系統從控模塊的測試系統和方法與流程

本發明涉及汽車技術領域，更具體地，涉及一種電動汽車電池管理系統從控模塊的測試系統和方法。

背景技術：

能源短缺、石油危機和環境污染愈演愈烈，給人們的生活帶來巨大影響，直接關系到國家經濟和社會的可持續發展。世界各國都在積極開發新能源技術。電動汽車作為一種降低石油消耗、低污染、低噪聲的新能源汽車，被認為是解決能源危機和環境惡化的重要途徑。混合動力汽車同時兼顧純電動汽車和傳統內燃機汽車的優勢，在滿足汽車動力性要求和續駛里程要求的前提下，有效地提高了燃油經濟性，降低了排放，被認為是當前節能和減排的有效路徑之一。

電池管理系統是電動汽車的核心部件，對電池管理系統產品的測試是設計、生產階段需要開展的重要工作。電池管理系統主要由三部分構成：主控模塊、從控模塊和高壓模塊。從控模塊本身數量多，數據量大，測試難度較高。

在現有技術中，主要依靠人工方式采集和分析從控模塊的測試數據，工作效率低下，成本也高。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種電動汽車電池管理系統從控模塊的測試系統和方法，提高工作效率和減低成本。

一種電動汽車電池管理系統從控模塊的測試系統，包括：

從控模塊，用于采集電池信息，發送包含電池信息的控制器局域網報文；

通用串行總線-控制器局域網轉換設備，與所述從控模塊具有控制器局域網連接，用于接收所述包含電池信息的控制器局域網報文，將所述包含電池信息的控制器局域網報文轉換為包含電池信息的通用串行總線報文；

上位機，與所述通用串行總線-控制器局域網轉換設備經由通用串行總線連接，用于獲取所述包含電池信息的通用串行總線報文，從所述包含電池信息的通用串行總線報文中解析出所述電池信息，并展示所述電池信息。

在一個實施方式中，所述上位機，還用于生成包含電池均衡命令的通用串行總線報文，將所述包含電池均衡命令的通用串行總線報文發送到所述通用串行總線-控制器局域網轉換設備；

所述通用串行總線-控制器局域網轉換設備，還用于將所述包含電池均衡命令的通用串行總線報文轉換為包含電池均衡命令的控制器局域網報文；

所述從控模塊，還用于獲取所述包含電池均衡命令的控制器局域網報文，從包含電池均衡命令的控制器局域網報文中解析出電池均衡命令，并基于所述電池均衡命令執行電池均衡操作。

在一個實施方式中，所述通用串行總線為雙絞屏蔽線。

在一個實施方式中，所述雙絞屏蔽線包括：二芯雙絞屏蔽線。

在一個實施方式中，所述電池信息包括下列中的至少一個：

電池模塊內單體串數；電池模塊內單體并數；電池模塊內溫度采樣點個數；電池類型；電池模塊總電壓；從控模塊內部溫度；所有單體電池電壓信息；所有溫度采集點溫度信息；最高單體電池電壓值；最高溫度值；最高單體電池電壓值對應的單體電池序號；最高溫度值對應的溫度采集點序號；最低單體電池電壓值；最低溫度值；最低單體電池電壓值對應的單體電池序號；最低溫度值對應的溫度采集點序號；軟件版本號；硬件版本號；單體電池電壓合格范圍；溫度合格范圍；單體電池電壓檢測結果顯示燈狀態；溫度檢測結果顯示燈狀態。

在一個實施方式中，所述電池信息包括各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度：所述從控模塊包括：

負溫度系數熱敏電阻；

包含隔離式通信接口的電壓采集芯片，與所述負溫度系數熱敏電阻和多個單體電池分別連接，用于采集各個單體電池的單體電池電壓和電池模塊總電壓，并采集所述負溫度系數熱敏電阻提供的電池溫度；

供電模塊，用于為所述電壓采集芯片供電；

所述電壓采集芯片，還用于經由所述隔離式通信接口以隔離式通信方式向隔離式通信芯片發送所述各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度。

一種電動汽車電池管理系統從控模塊的測試方法，包括：

從控模塊采集電池信息，發送包含電池信息的控制器局域網報文；

與從控模塊具有控制器局域網連接的通用串行總線-控制器局域網轉換設備，接收所述包含電池信息的控制器局域網報文，將所述包含電池信息的控制器局域網報文轉換為包含電池信息的通用串行總線報文；

與所述通用串行總線-控制器局域網轉換設備經由通用串行總線連接的上位機，獲取所述包含電池信息的通用串行總線報文，從所述包含電池信息的通用串行總線報文中解析出所述電池信息，并展示所述電池信息。

在一個實施方式中，該方法還包括：

上位機生成包含電池均衡命令的通用串行總線報文，將所述包含電池均衡命令的通用串行總線報文發送到所述通用串行總線-控制器局域網轉換設備；

所述通用串行總線-控制器局域網轉換設備將所述包含電池均衡命令的通用串行總線報文轉換為包含電池均衡命令的控制器局域網報文；

所述從控模塊獲取所述包含電池均衡命令的控制器局域網報文，從包含電池均衡命令的控制器局域網報文中解析出電池均衡命令，并基于所述電池均衡命令執行電池均衡操作。

在一個實施方式中，所述從控模塊包括：負溫度系數熱敏電阻；包含隔離式通信接口的電壓采集芯片，與所述負溫度系數熱敏電阻和多個單體電池分別連接；供電模塊；

所述電池信息包括各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度；

所述從控模塊采集電池信息包括：

電壓采集芯片采集各個單體電池的單體電池電壓和電池模塊總電壓，并采集所述負溫度系數熱敏電阻提供的電池溫度；

供電模塊為所述電壓采集芯片供電；

電壓采集芯片經由所述隔離式通信接口以隔離式通信方式向隔離式通信芯片發送所述各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度。

在一個實施方式中，所述電池信息包括下列中的至少一個：

電池模塊內單體串數；電池模塊內單體并數；電池模塊內溫度采樣點個數；電池類型；電池模塊總電壓；從控模塊內部溫度；所有單體電池電壓信息；所有溫度采集點溫度信息；最高單體電池電壓值；最高溫度值；最高單體電池電壓值對應的單體電池序號；最高溫度值對應的溫度采集點序號；最低單體電池電壓值；最低溫度值；最低單體電池電壓值對應的單體電池序號；最低溫度值對應的溫度采集點序號；軟件版本號；硬件版本號；單體電池電壓合格范圍；溫度合格范圍；單體電池電壓檢測結果顯示燈狀態；溫度檢測結果顯示燈狀態。

從上述技術方案可以看出，在本發明實施方式中，從控模塊的測試系統包括：從控模塊，用于采集電池信息，發送包含電池信息的控制器局域網報文；通用串行總線-控制器局域網轉換設備，與從控模塊具有控制器局域網連接，用于接收包含電池信息的控制器局域網報文，將包含電池信息的控制器局域網報文轉換為包含電池信息的通用串行總線報文；上位機，與通用串行總線-控制器局域網轉換設備經由通用串行總線連接，用于獲取包含電池信息的通用串行總線報文，從包含電池信息的通用串行總線報文中解析出電池信息，并展示電池信息。由此可見，相比較人工采集電池信息，本發明實施方式在上位機上展示電池信息，可以提高工作效率和減低成本。而且，上位機可以向從控模塊下發電池均衡命令，提高了對從控模塊的管理效率。

另外，本發明實施方式提出的從控模塊，完成了電池管理系統前端的所有信號采集工作，可以在所有車型的標準箱中配套使用，極大方便了生產和裝配，可以降低開發、生產和裝配成本，還可以提高從控模塊的測試效率。

附圖說明

以下附圖僅對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。

圖1為本發明電池管理系統從控模塊的測試系統結構圖。

圖2為本發明電池管理系統從控模塊的測試系統的示范性連接示意圖。

圖3為本發明電池管理系統從控模塊的示范性結構圖。

圖4為本發明電池管理系統從控模塊的示范性電路圖。

圖5為本發明電池管理系統從控模塊的測試方法流程圖。

具體實施方式

為了對發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式，在各圖中相同的標號表示相同的部分。

為了描述上的簡潔和直觀，下文通過描述若干代表性的實施方式來對本發明的方案進行闡述。實施方式中大量的細節僅用于幫助理解本發明的方案。但是很明顯，本發明的技術方案實現時可以不局限于這些細節。為了避免不必要地模糊了本發明的方案，一些實施方式沒有進行細致地描述，而是僅給出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根據……”是指“至少根據……，但不限于僅根據……”。由于漢語的語言習慣，下文中沒有特別指出一個成分的數量時，意味著該成分可以是一個也可以是多個，或可理解為至少一個。

圖1為本發明電池管理系統從控模塊的測試系統結構圖。

如圖1所示，該系統包括：

從控模塊101，用于采集電池信息，發送包含電池信息的控制器局域網(Controller Area Network，CAN)報文；

通用串行總線-控制器局域網轉換設備102，與從控模塊101具有控制器局域網連接，用于接收包含電池信息的控制器局域網報文，將包含電池信息的控制器局域網報文轉換為包含電池信息的通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)報文；

上位機103，與通用串行總線-控制器局域網轉換設備102經由通用串行總線連接，用于獲取包含電池信息的通用串行總線報文，從包含電池信息的通用串行總線報文中解析出電池信息，并展示電池信息。

電動汽車的電池模組通常包括多個電池模塊。從控模塊101對應于電池模塊，分別檢測各自對應的電池模塊的電池信息。因此，從控模塊101的數目可以為多個。

舉例，電池模塊的電池信息具體包括：電池模塊內單體串數；電池模塊內單體并數；電池模塊內溫度采樣點個數；電池類型；電池模塊總電壓；從控模塊內部溫度；所有單體電池電壓信息；所有溫度采集點溫度信息；最高單體電池電壓值；最高溫度值；最高單體電池電壓值對應的單體電池序號；最高溫度值對應的溫度采集點序號；最低單體電池電壓值；最低溫度值；最低單體電池電壓值對應的單體電池序號；最低溫度值對應的溫度采集點序號；軟件版本號；硬件版本號；單體電池電壓合格范圍；溫度合格范圍；單體電池電壓檢測結果顯示燈狀態；溫度檢測結果顯示燈狀態，等等。

下面對電池信息的具體格式進行示范性說明。

表1為使用0x110作為控制器局域網通信ID號發送電池信息到上位機的示范表。

表1

表2為使用0x111作為控制器局域網通信ID號發送電池信息到上位機的示范表。

表2

由表1和表2可見，電池信息可以包含8字節，各個字節中可以分別攜帶多種類型的電池測試數據。

以上示范性描述了電池模塊的電池信息的具體實例，本領域技術人員可以意識到，這種描述僅是示范性的，并不用于限定本發明實施方式的保護范圍。

通用串行總線-控制器局域網轉換設備102可以實施為一個即插即用型的轉接器。這意味著可以作為一個標準的通用串行總線接口，不需要額外驅動程序，也無需為更快地連接和更高的CAN總線帶寬而安裝一個直接驅動程序DLL，可用標準的ASCII碼來發送和接收報文。通用串行總線-控制器局域網轉換設備102可以直接插入一個標準的通用串行總線接口，并提供一個標準的通用串行總線方頭連接器連接控制器局域網系統

上位機103從通用串行總線-控制器局域網轉換設備102獲取包含電池信息的通用串行總線報文，從包含電池信息的通用串行總線報文中解析出電池信息，并展示電池信息。

上位機103上還可以具有軟件統計和分析功能，以對從控模塊101提供的數據進行統計分析。

優選地，通用串行總線-控制器局域網轉換設備102與上位機103之間的通用串行總線具體實施為雙絞屏蔽線。更優選地，通用串行總線-控制器局域網轉換設備102與上位機103之間的通用串行總線具體實施為：二芯雙絞屏蔽線。

在一個實施方式中，上位機103，還用于生成包含電池均衡命令的通用串行總線報文，將包含電池均衡命令的通用串行總線報文發送到通用串行總線-控制器局域網轉換設備102；通用串行總線-控制器局域網轉換設備102，還用于將包含電池均衡命令的通用串行總線報文轉換為包含電池均衡命令的控制器局域網報文；從控模塊101，還用于獲取包含電池均衡命令的控制器局域網報文，從包含電池均衡命令的控制器局域網報文中解析出電池均衡命令，并基于電池均衡命令執行電池均衡操作。

可見，本發明實施方式不但實現了在上位機上展示和統計分析從控模塊提供的測試數據，還實現了由上位機向從控模塊下發電池控制命令，從而便于對電池進行管理。

圖2為本發明電池管理系統從控模塊的測試系統的示范性連接示意圖。

由圖2可見，從控模塊通過USB-CAN轉換設備與上位機連接。從控模塊與USB-CAN轉換設備之間使用CAN通信方式，通信電纜采用雙絞屏蔽線。USB-CAN轉換設備和上位機之間使用通用串行總線串行數據傳輸，通信電纜使用通用串行總線數據線。

另外，在現有技術中，當前電動汽車由于各個車型的串并聯數目不同，系統要求不同，電池管理系統的從控模塊并不統一，帶來附加的開發、生產和裝配成本。

本發明實施方式還提出了一種電動汽車電池管理系統從控模塊，該從控模塊可以應用到圖1和圖2所示的測試系統。

圖3為本發明電動汽車電池管理系統從控模塊的功能模塊圖。

如圖3所示，從控模塊包括：

負溫度系數熱敏電阻301；

包含隔離式通信接口的電壓采集芯片302，與負溫度系數熱敏電阻301和電池模塊200中的多個單體電池分別連接，用于采集各個單體電池的單體電池電壓和電池模塊總電壓，并采集負溫度系數熱敏電阻301提供的電池溫度；

供電模塊303，用于為電壓采集芯片302供電；

電壓采集芯片302，還用于經由隔離式通信接口以隔離式通信方式向隔離式通信芯片發送各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度。

在一個實施方式中，從控模塊還包括：

分流器304，與電壓采集芯片302連接；

電壓采集芯片302，還用于采集分流器304提供的電池電流值，經由隔離式通信接口以隔離式通信方式向隔離式通信芯片發送電池電流值。

在一個實施方式中，分流器304包括低溫漂電阻。

在一個實施方式中，從控模塊還包括：

低通濾波器305，與電壓采集芯片302連接，用于濾除高頻噪聲。

在一個實施方式中，低通濾波器305包括電阻和電容。

在一個實施方式中，電壓采集芯片302具體實施為凌特(LTC)6804-2芯片；隔離式通信芯片具體實施為凌特6820芯片；隔離式通信接口與凌特6820芯片之間還布置有第一隔離變壓器。

在一個實施方式中，從控模塊與其它從控模塊之間還布置有第二隔離變壓器。

在一個實施方式中，供電模塊303包括：開關器件，該開關器件由凌特6804-2芯片的驅動引腳輸出信號驅動。

以上示范性描述了具體的芯片型號，本領域技術人員可以意識到，這種描述僅是示范性的，并不用于限定本發明實施方式的保護范圍。

在一個實施方式中，可以在電池管理系統的主控模塊中布置隔離式通信芯片。電壓采集芯片302，經由隔離式通信接口以隔離式通信方式向主控模塊中的隔離式通信芯片發送各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度。

在一個實施方式中，可以在圖1的上位機103中布置隔離式通信芯片。電壓采集芯片302，經由隔離式通信接口以隔離式通信方式向上位機103中的隔離式通信芯片發送各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度。

圖4為本發明電動汽車電池管理系統從控模塊的示范性電路圖。

如圖4所示，LTC6804-2芯片作為電壓采集芯片，分別與12串單體電池連接。這12串單體電池具體包括：Cell1、Cell2、Cell3、Cell4、Cell5、Cell6、Cell7、Cell8、Cell9、Cell10、Cell11和Cell12。

電阻R1和電容C1構成低通濾波器，用于濾除高頻噪聲；開關器件Q1，由LTC6804-2芯片的DRIVE引腳輸出信號驅動，提供VREG電壓(5V)，為LTC6804-2芯片供電；C2為去耦電容。

電阻R3、電阻C4、負溫度系數熱敏電阻NTC1構成串聯分壓電路。負溫度系數熱敏電阻NTC1的兩端電壓由運算放大器U1A(作為跟隨器)跟隨后輸出到電阻R6和電容C5構成的低通濾波器，最終由LTC6804-2芯片的GPIO1引腳采集，并進行A/D轉換。A/D轉換后的數據由電池管理系統的主控模塊進行計算獲得當前溫度值。NTC2模塊電路工作原理與NTC1相同，不再贅述。

在分流器(SHUNT)電壓采集電路中，電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12和電容C7構成同相加法電路，其中，VREF2電壓為3V，SHUNT輸出電壓與之進行加法運算，經電阻R8和電容C7構成的低通濾波器后，由GPIO3引腳采集和A/D轉換。

LTC6804-2芯片完成12串單體電池電壓、2個NTC溫度、1個分流器電流信號(電流流經分流器后轉為電壓信號)的采集之后，通過isoSPI通信技術向上一級的LTC6804-2芯片傳輸12串單體電池電壓、電池模塊總電壓、2個NTC溫度、1個IC內部溫度(即LTC6804-2芯片內部溫度)以及系統電流值。

作為一個標準從控模塊，本發明完成了電池管理系統前端的所有信號采集工作，可以在所有車型的標準箱中配套使用，極大的方便了生產和裝配。實際上，在標準從控模塊采集的參數中，系統電流值作為可選項，整個電動車中可以只有一個。分流器也可以僅僅保留最低端的一個，其余從控模塊使用銅排短接處理，結構靈活。

圖3和圖4所描述的從控模塊，尤其適用于圖1和圖2所述的從控模塊的測試系統。

基于上述描述，本發明還提供了一種電動汽車電池管理系統從控模塊的測試方法。

圖5為本發明電池管理系統從控模塊的測試方法流程圖。

如圖5所示，該方法包括：

步驟501：從控模塊采集電池信息，發送包含電池信息的控制器局域網報文。

步驟502：與從控模塊具有控制器局域網連接的通用串行總線-控制器局域網轉換設備，接收包含電池信息的控制器局域網報文，將包含電池信息的控制器局域網報文轉換為包含電池信息的通用串行總線報文。

步驟503：與通用串行總線-控制器局域網轉換設備經由通用串行總線連接的上位機，獲取包含電池信息的通用串行總線報文，從包含電池信息的通用串行總線報文中解析出電池信息，并展示電池信息。

在一個實施方式中，該方法還包括：

上位機生成包含電池均衡命令的通用串行總線報文，將包含電池均衡命令的通用串行總線報文發送到通用串行總線-控制器局域網轉換設備；

通用串行總線-控制器局域網轉換設備將包含電池均衡命令的通用串行總線報文轉換為包含電池均衡命令的控制器局域網報文；

從控模塊獲取包含電池均衡命令的控制器局域網報文，從包含電池均衡命令的控制器局域網報文中解析出電池均衡命令，并基于電池均衡命令執行電池均衡操作。

在一個實施方式中，通用串行總線為雙絞屏蔽線。優選地，雙絞屏蔽線包括：二芯雙絞屏蔽線。

在一個實施方式中，電池信息包括各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度。從控模塊包括：負溫度系數熱敏電阻；包含隔離式通信接口的電壓采集芯片，與負溫度系數熱敏電阻和多個單體電池分別連接，采集各個單體電池的單體電池電壓和電池模塊總電壓，并采集負溫度系數熱敏電阻提供的電池溫度；電壓采集芯片，還經由隔離式通信接口以隔離式通信方式向隔離式通信芯片發送各個單體電池的單體電池電壓、電池模塊總電壓和電池溫度。

在一個實施方式中，電池信息包括下列中的至少一個：電池模塊內單體串數；電池模塊內單體并數；電池模塊內溫度采樣點個數；電池類型；電池模塊總電壓；從控模塊內部溫度；所有單體電池電壓信息；所有溫度采集點溫度信息；最高單體電池電壓值；最高溫度值；最高單體電池電壓值對應的單體電池序號；最高溫度值對應的溫度采集點序號；最低單體電池電壓值；最低溫度值；最低單體電池電壓值對應的單體電池序號；最低溫度值對應的溫度采集點序號；軟件版本號；硬件版本號；單體電池電壓合格范圍；溫度合格范圍；單體電池電壓檢測結果顯示燈狀態；溫度檢測結果顯示燈狀態。

還可以將本發明實施方式提出的電動汽車電池管理系統從控模塊的測試系統和方法應用到各種類型的電動汽車中，包括純電動汽車(BEV)、混合動力汽車(PHEV)或燃料電池汽車(FCEV)，等等。

綜上所述，在本發明實施方式中，從控模塊的測試系統包括：從控模塊，用于采集電池信息，發送包含電池信息的控制器局域網報文；通用串行總線-控制器局域網轉換設備，與從控模塊具有控制器局域網連接，用于接收包含電池信息的控制器局域網報文，將包含電池信息的控制器局域網報文轉換為包含電池信息的通用串行總線報文；上位機，與通用串行總線-控制器局域網轉換設備經由通用串行總線連接，用于獲取包含電池信息的通用串行總線報文，從包含電池信息的通用串行總線報文中解析出電池信息，并展示電池信息。由此可見，相比較人工采集電池信息，本發明實施方式在上位機上展示電池信息，可以提高工作效率和減低成本。而且，上位機可以向從控模塊下發電池均衡命令，提高了對從控模塊的管理效率。

另外，本發明實施方式提出的從控模塊，完成了電池管理系統前端的所有信號采集工作，可以在所有車型的標準箱中配套使用，極大方便了生產和裝配，可以降低開發、生產和裝配成本，還可以提高從控模塊的測試效率。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，而并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方案或變更，如特征的組合、分割或重復，均應包含在本發明的保護范圍之內。