本發(fā)明涉及電動汽車領(lǐng)域，尤其是一種電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試平臺。

背景技術(shù)：

針對機動車系統(tǒng)安全性目標(biāo)的提升，ISO發(fā)布了ISO26262《道路車輛—功能安全》的新標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要定位在汽車行業(yè)中特定的電氣、電子、可編程電子元件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件，旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全。根據(jù)ISO26262《道路車輛-功能安全》標(biāo)準(zhǔn)，電動汽車電池管理系統(tǒng)BMS要達(dá)到ASIL-D功能安全等級，必須具有完備的故障診斷功能。

為了實現(xiàn)故障診斷，國際上一些大型半導(dǎo)體廠商推出具備故障診斷功能的芯片，將其應(yīng)用到電池管理系統(tǒng)BMS中，能夠顯著地提高BMS的汽車安全完整性等級ASIL。但是，迄今還沒有針對BMS故障自診斷功能的BMS測試系統(tǒng)，汽車廠商只能通過人為破壞BMS的方式來驗證BMS故障自診斷功能。這種方式不僅操作不便，更增加了電池管理系統(tǒng)BMS的研發(fā)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種操作方便、檢測可靠的電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試平臺及測試方法，通過模擬BMS實際工況下的硬件故障對BMS故障自診斷功能進(jìn)行有效評估。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試平臺的結(jié)構(gòu)特點是：由故障注入板、充放電系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和模擬車用動力電池組構(gòu)成；

所述充放電系統(tǒng)用于對所述模擬車用動力電池組進(jìn)行充電或放電，實現(xiàn)在所述模擬車用動力電池組處于充放電狀態(tài)下的BMS故障自診斷功能測試；

所述模擬車用動力電池組用于生成單體電池信號，所述模擬車用動力電池組經(jīng)所述故障注入板接入待測BMS；

所述人機交互系統(tǒng)用于向所述故障注入板發(fā)出故障注入指令；

所述故障注入板接收來自所述人機交互系統(tǒng)的故障注入指令，生成BMS實際工況下的硬件故障注入到BMS中，利用所述人機交互系統(tǒng)接收和顯示來自故障注入板的測試結(jié)果，實現(xiàn)對BMS故障自診斷功能的測試。

本發(fā)明電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試平臺的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述故障注入板包括故障注入模塊、主控制器、通信模塊、看門狗電路以及BMS/電池接口；

所述故障注入模塊包括開關(guān)陣列和開關(guān)陣列驅(qū)動電路，采用開關(guān)陣列通斷的方式實現(xiàn)BMS硬件故障的注入；

所述通信模塊用于實現(xiàn)所述故障注入板與充放電系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)及待測BMS之間的通信；

所述BMS/電池接口用于實現(xiàn)在故障注入板與BMS之間，以及在故障注入板與模擬車用動力電池組之間的連接。

本發(fā)明電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試平臺的結(jié)構(gòu)特點也在于：設(shè)置可注入的BMS硬件故障包括單體電壓測量線開路、單體電壓測量引腳開路、均衡開路、均衡短路、單體電壓采集電路通信鏈路故障和電源開路短路。

利用本發(fā)明測試平臺實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試的方法的特點是：按如下過程實現(xiàn)BMS故障自診斷功能測試：

步驟一：由人機交互系統(tǒng)向故障注入板發(fā)送故障注入指令；

步驟二：故障注入板在接收到故障注入指令后控制充放電系統(tǒng)對模擬車用動力電池組進(jìn)行充電并保持在充電狀態(tài)下；同時由故障注入板向BMS注入硬件故障，針對注入的硬件故障，存儲充電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果，隨后，由故障注入板控制充放電系統(tǒng)停止對模擬車用動力電池組充電；

步驟三：由故障注入板控制充放電系統(tǒng)使模擬車用動力電池組進(jìn)行放電并保持在放電狀態(tài)下，同時由故障注入板向BMS注入硬件故障，針對注入的硬件故障，存儲放電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果，隨后，由故障注入板控制充放電系統(tǒng)使模擬車用動力電池組停止放電；

步驟四：模擬車用動力電池組保持在停止充電和放電的狀態(tài)下，同時由故障注入板向BMS注入硬件故障向BMS注入硬件故障，針對注入的硬件故障，存儲停止充電和放電的狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果；

步驟四：所述故障注入板根據(jù)所獲得的充電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果、放電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果以及停止充電和放電的狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果判斷BMS的故障自診斷功能正常于否，利用人機交互系統(tǒng)接收并顯示來自故障注入板的測試結(jié)果，實現(xiàn)對BMS故障自診斷功能的測試。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明實現(xiàn)了電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能的自動化測試，避免通過人為破壞BMS的方式來驗證BMS故障自診斷功能的弊端；使電池管理系統(tǒng)的故障自診斷功能得到有效保障。

2、本發(fā)明通過模擬車用動力電池組用于生成單體電池信號，模擬車用動力電池組經(jīng)故障注入板接入待測BMS；使BMS無需連接到實際的車用動力電池組就能夠?qū)崿F(xiàn)單體電壓采集，使測試平臺在不影響B(tài)MS正常運行的前提下實現(xiàn)了對BMS本身硬件的故障注入。

3、本發(fā)明采用充放電系統(tǒng)對模擬車用動力電池組進(jìn)行充電或放電，實現(xiàn)了BMS在模擬車用動力電池組處于充放電條件下的故障自診斷功能測試，使測試平臺不局限于僅能對BMS的故障自診斷功能進(jìn)行靜態(tài)測試，因此能夠更好地模擬BMS實際工況下的硬件故障。

4、本發(fā)明中采用開關(guān)陣列通斷的方式實現(xiàn)BMS硬件故障的注入，因此，可注入多種BMS硬件故障，包括單體電壓測量線開路、單體電壓測量引腳開路、均衡開路、均衡短路、單體電壓采集電路通信鏈路故障和電源開路短路，實用性強

5、本發(fā)明采用開關(guān)陣列通斷的方式實現(xiàn)BMS硬件故障的注入，因此，在測試平臺對BMS的故障自診斷功能測試完畢后，可消除BMS的硬件故障狀態(tài)，使BMS恢復(fù)非故障狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明BMS故障自診斷功能測試平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中故障注入板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a和圖3b為本發(fā)明中故障注入模塊開關(guān)陣列驅(qū)動電路原理；

圖3c為本發(fā)明中開關(guān)陣列中的一個開關(guān)器件原理。

具體實施方式

參見圖1，本實施例中電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試平臺是由故障注入板、充放電系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和模擬車用動力電池組構(gòu)成。

充放電系統(tǒng)用于對所述模擬車用動力電池組進(jìn)行充電或放電，實現(xiàn)在所述模擬車用動力電池組處于充放電狀態(tài)下的BMS故障自診斷功能測試；使測試平臺不局限于僅能對BMS的故障自診斷功能進(jìn)行靜態(tài)測試，靜態(tài)是指動力電池組不處于充放電狀態(tài)；所述充放電系統(tǒng)包括充電系統(tǒng)和放電系統(tǒng)，所述充電系統(tǒng)和放電系統(tǒng)均與所述故障注入板和模擬車用動力電池組電氣連接，采用程控直流電源和電子負(fù)載分別作為所述充電系統(tǒng)和放電系統(tǒng)。

模擬車用動力電池組用于生成單體電池信號，所述模擬車用動力電池組經(jīng)所述故障注入板接入待測BMS；使BMS無需連接到實際的車用動力電池組就能夠?qū)崿F(xiàn)單體電壓采集，使測試平臺在不影響B(tài)MS正常運行的前提下實現(xiàn)了對BMS本身硬件的故障注入；模擬車用動力電池組可以由多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)構(gòu)成。

人機交互系統(tǒng)用于向所述故障注入板發(fā)出故障注入指令，采用觸摸屏作為所述人機交互系統(tǒng)，與故障注入板電氣連接。

所述故障注入板接收來自所述人機交互系統(tǒng)的故障注入指令，生成BMS實際工況下的硬件故障注入到BMS中，利用所述人機交互系統(tǒng)接收和顯示來自故障注入板的測試結(jié)果，實現(xiàn)對BMS故障自診斷功能的測試；

所述硬件故障是指BMS本身的硬件故障，并非是BMS所檢測的電池組中的電池故障，所述BMS的故障自診斷功能是指BMS診斷本身硬件故障的功能，并非是與BMS連接的電池組的電池故障。

參見圖2，本實施例中故障注入板包括故障注入模塊、主控制器、通信模塊、看門狗電路以及BMS/電池接口；其中，故障注入模塊包括開關(guān)陣列和開關(guān)陣列驅(qū)動電路，采用開關(guān)陣列通斷的方式實現(xiàn)BMS硬件故障的注入；通信模塊用于實現(xiàn)所述故障注入板與充放電系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)及待測BMS之間的通信；BMS/電池接口用于實現(xiàn)在故障注入板與BMS之間，以及在故障注入板與模擬車用動力電池組之間的連接；看門狗電路用于系統(tǒng)程序跑飛時及時使系統(tǒng)復(fù)位，增強系統(tǒng)可靠性。

具體實施中，設(shè)置可注入的BMS硬件故障包括單體電壓測量線開路、單體電壓測量引腳開路、均衡開路、均衡短路、單體電壓采集電路通信鏈路故障和電源開路短路。

利用本實施例中測試平臺實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)BMS故障自診斷功能測試的方法是按如下過程實現(xiàn)BMS故障自診斷功能測試：

步驟一：由人機交互系統(tǒng)向故障注入板發(fā)送故障注入指令；

步驟二：故障注入板在接收到故障注入指令后控制充放電系統(tǒng)對模擬車用動力電池組進(jìn)行充電并保持在充電狀態(tài)下；同時由故障注入板向BMS注入硬件故障，針對注入的硬件故障，存儲充電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果，隨后，由故障注入板控制充放電系統(tǒng)停止對模擬車用動力電池組充電；

步驟三：由故障注入板控制充放電系統(tǒng)使模擬車用動力電池組進(jìn)行放電并保持在放電狀態(tài)下，同時由故障注入板向BMS注入硬件故障，針對注入的硬件故障，存儲放電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果，隨后，由故障注入板控制充放電系統(tǒng)使模擬車用動力電池組停止放電；

步驟四：模擬車用動力電池組保持在停止充電和放電的狀態(tài)下，同時由故障注入板向BMS注入硬件故障向BMS注入硬件故障，針對注入的硬件故障，存儲停止充電和放電的狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果；

步驟四：所述故障注入板根據(jù)所獲得的充電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果、放電狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果以及停止充電和放電的狀態(tài)下的BMS的故障自診斷結(jié)果判斷BMS的故障自診斷功能正常于否，利用人機交互系統(tǒng)接收并顯示來自故障注入板的測試結(jié)果，實現(xiàn)對BMS故障自診斷功能的測試。

圖3a、圖3b和圖3c所示為故障注入模塊實現(xiàn)電路原理圖，圖3a中的光耦U1用于信號隔離，電阻R1用于保證光耦U1可靠截止，電阻R2為限流電阻，電阻R3和R4為分壓電阻，電容C1為去耦電容，VCC5V為光耦U1輸入端電源，VCC5VRelay和SGND分別為光耦U1輸出端電源和接地端；圖3b中達(dá)林頓管U2作為驅(qū)動芯片用于信號放大，VCC5VRelay和SGND分別為達(dá)林頓管U2的電源和接地端；光耦U1的端腳3連接到圖3b中達(dá)林頓管U2的端腳1；圖3c中繼電器U3為開關(guān)陣列中的一個開關(guān)器件，VCC5VRelay為繼電器U3的供電電源；繼電器U3的端腳5和端腳10連接到系統(tǒng)中均衡短路的測試點，繼電器U3的端腳9連接到圖3b中達(dá)林頓管U2的端腳16。

當(dāng)主控制器接收到人機交互系統(tǒng)的故障注入信號之后，主控制器的控制信號經(jīng)過光耦隔離，傳給繼電器的驅(qū)動芯片達(dá)林頓管，在達(dá)林頓管的輸出端腳隨之產(chǎn)生輸出電平，進(jìn)而控制繼電器，實現(xiàn)硬件故障注入。圖3a、圖3b和圖3c僅表達(dá)均衡短路故障注入的實現(xiàn)方法，其它各類硬件故障，包括單體電壓測量線開路、單體電壓測量引腳開路、均衡開路、單體電壓采集電路通信鏈路故障和電源開路短路故障，其硬件故障注入實現(xiàn)原理相同。