電池管理系統BMS故障自診斷功能測試平臺及測試方法與流程
2023-05-29 23:22:06 2
本發明涉及電動汽車領域，尤其是一種電池管理系統BMS故障自診斷功能測試平臺。
背景技術：
針對機動車系統安全性目標的提升，ISO發布了ISO26262《道路車輛—功能安全》的新標準。該標準主要定位在汽車行業中特定的電氣、電子、可編程電子元件等專門用於汽車領域的部件，旨在提高汽車電子、電氣產品功能安全。根據ISO26262《道路車輛-功能安全》標準，電動汽車電池管理系統BMS要達到ASIL-D功能安全等級，必須具有完備的故障診斷功能。
為了實現故障診斷，國際上一些大型半導體廠商推出具備故障診斷功能的晶片，將其應用到電池管理系統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，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BMS的研發成本。
技術實現要素：
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，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實際工況下的硬體故障對BMS故障自診斷功能進行有效評估。
本發明為解決技術問題採用如下技術方案：
本發明電池管理系統BMS故障自診斷功能測試平臺的結構特點是：由故障注入板、充放電系統、人機互動系統和模擬車用動力電池組構成；
所述充放電系統用於對所述模擬車用動力電池組進行充電或放電，實現在所述模擬車用動力電池組處於充放電狀態下的BMS故障自診斷功能測試；
所述模擬車用動力電池組用於生成單體電池信號，所述模擬車用動力電池組經所述故障注入板接入待測BMS；
所述人機互動系統用於向所述故障注入板發出故障注入指令；
所述故障注入板接收來自所述人機互動系統的故障注入指令，生成BMS實際工況下的硬體故障注入到BMS中，利用所述人機互動系統接收和顯示來自故障注入板的測試結果，實現對BMS故障自診斷功能的測試。
本發明電池管理系統BMS故障自診斷功能測試平臺的結構特點也在於：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陣列和開關陣列驅動電路，採用開關陣列通斷的方式實現BMS硬體故障的注入；
所述通信模塊用於實現所述故障注入板與充放電系統、人機互動系統及待測BMS之間的通信；
所述BMS/電池接口用於實現在故障注入板與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。
本發明電池管理系統BMS故障自診斷功能測試平臺的結構特點也在於：設置可注入的BMS硬體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、單體電壓採集電路通信鏈路故障和電源開路短路。
利用本發明測試平臺實現電池管理系統BMS故障自診斷功能測試的方法的特點是：按如下過程實現BMS故障自診斷功能測試：
步驟一：由人機互動系統向故障注入板發送故障注入指令；
步驟二：故障注入板在接收到故障注入指令後控制充放電系統對模擬車用動力電池組進行充電並保持在充電狀態下；同時由故障注入板向BMS注入硬體故障，針對注入的硬體故障，存儲充電狀態下的BMS的故障自診斷結果，隨後，由故障注入板控制充放電系統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使模擬車用動力電池組進行放電並保持在放電狀態下，同時由故障注入板向BMS注入硬體故障，針對注入的硬體故障，存儲放電狀態下的BMS的故障自診斷結果，隨後，由故障注入板控制充放電系統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下，同時由故障注入板向BMS注入硬體故障向BMS注入硬體故障，針對注入的硬體故障，存儲停止充電和放電的狀態下的BMS的故障自診斷結果；
步驟四：所述故障注入板根據所獲得的充電狀態下的BMS的故障自診斷結果、放電狀態下的BMS的故障自診斷結果以及停止充電和放電的狀態下的BMS的故障自診斷結果判斷BMS的故障自診斷功能正常於否，利用人機互動系統接收並顯示來自故障注入板的測試結果，實現對BMS故障自診斷功能的測試。
與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
1、本發明實現了電池管理系統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；使電池管理系統的故障自診斷功能得到有效保障。
2、本發明通過模擬車用動力電池組用於生成單體電池信號，模擬車用動力電池組經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實現單體電壓採集，使測試平臺在不影響BMS正常運行的前提下實現了對BMS本身硬體的故障注入。
3、本發明採用充放電系統對模擬車用動力電池組進行充電或放電，實現了BMS在模擬車用動力電池組處於充放電條件下的故障自診斷功能測試，使測試平臺不局限於僅能對BMS的故障自診斷功能進行靜態測試，因此能夠更好地模擬BMS實際工況下的硬體故障。
4、本發明中採用開關陣列通斷的方式實現BMS硬體故障的注入，因此，可注入多種BMS硬體故障，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、單體電壓採集電路通信鏈路故障和電源開路短路，實用性強
5、本發明採用開關陣列通斷的方式實現BMS硬體故障的注入，因此，在測試平臺對BMS的故障自診斷功能測試完畢後，可消除BMS的硬體故障狀態，使BMS恢復非故障狀態。
附圖說明
圖1為本發明BMS故障自診斷功能測試平臺結構示意圖；
圖2為本發明中故障注入板結構示意圖；
圖3a和圖3b為本發明中故障注入模塊開關陣列驅動電路原理；
圖3c為本發明中開關陣列中的一個開關器件原理。
具體實施方式
參見圖1，本實施例中電池管理系統BMS故障自診斷功能測試平臺是由故障注入板、充放電系統、人機互動系統和模擬車用動力電池組構成。
充放電系統用於對所述模擬車用動力電池組進行充電或放電，實現在所述模擬車用動力電池組處於充放電狀態下的BMS故障自診斷功能測試；使測試平臺不局限於僅能對BMS的故障自診斷功能進行靜態測試，靜態是指動力電池組不處於充放電狀態；所述充放電系統包括充電系統和放電系統，所述充電系統和放電系統均與所述故障注入板和模擬車用動力電池組電氣連接，採用程控直流電源和電子負載分別作為所述充電系統和放電系統。
模擬車用動力電池組用於生成單體電池信號，所述模擬車用動力電池組經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實現單體電壓採集，使測試平臺在不影響BMS正常運行的前提下實現了對BMS本身硬體的故障注入；模擬車用動力電池組可以由多節鋰離子電池串聯構成。
人機互動系統用於向所述故障注入板發出故障注入指令，採用觸控螢幕作為所述人機互動系統，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互動系統的故障注入指令，生成BMS實際工況下的硬體故障注入到BMS中，利用所述人機互動系統接收和顯示來自故障注入板的測試結果，實現對BMS故障自診斷功能的測試；
所述硬體故障是指BMS本身的硬體故障，並非是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診斷本身硬體故障的功能，並非是與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陣列和開關陣列驅動電路，採用開關陣列通斷的方式實現BMS硬體故障的注入；通信模塊用於實現所述故障注入板與充放電系統、人機互動系統及待測BMS之間的通信；BMS/電池接口用於實現在故障注入板與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；看門狗電路用於系統程序跑飛時及時使系統復位，增強系統可靠性。
具體實施中，設置可注入的BMS硬體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、單體電壓採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電池管理系統BMS故障自診斷功能測試的方法是按如下過程實現BMS故障自診斷功能測試：
步驟一：由人機互動系統向故障注入板發送故障注入指令；
步驟二：故障注入板在接收到故障注入指令後控制充放電系統對模擬車用動力電池組進行充電並保持在充電狀態下；同時由故障注入板向BMS注入硬體故障，針對注入的硬體故障，存儲充電狀態下的BMS的故障自診斷結果，隨後，由故障注入板控制充放電系統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使模擬車用動力電池組進行放電並保持在放電狀態下，同時由故障注入板向BMS注入硬體故障，針對注入的硬體故障，存儲放電狀態下的BMS的故障自診斷結果，隨後，由故障注入板控制充放電系統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下，同時由故障注入板向BMS注入硬體故障向BMS注入硬體故障，針對注入的硬體故障，存儲停止充電和放電的狀態下的BMS的故障自診斷結果；
步驟四：所述故障注入板根據所獲得的充電狀態下的BMS的故障自診斷結果、放電狀態下的BMS的故障自診斷結果以及停止充電和放電的狀態下的BMS的故障自診斷結果判斷BMS的故障自診斷功能正常於否，利用人機互動系統接收並顯示來自故障注入板的測試結果，實現對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電路原理圖，圖3a中的光耦U1用於信號隔離，電阻R1用於保證光耦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中達林頓管U2作為驅動晶片用於信號放大，VCC5VRelay和SGND分別為達林頓管U2的電源和接地端；光耦U1的端腳3連接到圖3b中達林頓管U2的端腳1；圖3c中繼電器U3為開關陣列中的一個開關器件，VCC5VRelay為繼電器U3的供電電源；繼電器U3的端腳5和端腳10連接到系統中均衡短路的測試點，繼電器U3的端腳9連接到圖3b中達林頓管U2的端腳16。
當主控制器接收到人機互動系統的故障注入信號之後，主控制器的控制信號經過光耦隔離，傳給繼電器的驅動晶片達林頓管，在達林頓管的輸出端腳隨之產生輸出電平，進而控制繼電器，實現硬體故障注入。圖3a、圖3b和圖3c僅表達均衡短路故障注入的實現方法，其它各類硬體故障，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、單體電壓採集電路通信鏈路故障和電源開路短路故障，其硬體故障注入實現原理相同。