电池管理系统BMS故障自诊断功能测试平台及测试方法与流程

本发明涉及电动汽车领域，尤其是一种电池管理系统BMS故障自诊断功能测试平台。

背景技术：

针对机动车系统安全性目标的提升，ISO发布了ISO26262《道路车辆—功能安全》的新标准。该标准主要定位在汽车行业中特定的电气、电子、可编程电子元件等专门用于汽车领域的部件，旨在提高汽车电子、电气产品功能安全。根据ISO26262《道路车辆-功能安全》标准，电动汽车电池管理系统BMS要达到ASIL-D功能安全等级，必须具有完备的故障诊断功能。

为了实现故障诊断，国际上一些大型半导体厂商推出具备故障诊断功能的芯片，将其应用到电池管理系统BMS中，能够显著地提高BMS的汽车安全完整性等级ASIL。但是，迄今还没有针对BMS故障自诊断功能的BMS测试系统，汽车厂商只能通过人为破坏BMS的方式来验证BMS故障自诊断功能。这种方式不仅操作不便，更增加了电池管理系统BMS的研发成本。

技术实现要素：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种操作方便、检测可靠的电池管理系统BMS故障自诊断功能测试平台及测试方法，通过模拟BMS实际工况下的硬件故障对BMS故障自诊断功能进行有效评估。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明电池管理系统BMS故障自诊断功能测试平台的结构特点是：由故障注入板、充放电系统、人机交互系统和模拟车用动力电池组构成；

所述充放电系统用于对所述模拟车用动力电池组进行充电或放电，实现在所述模拟车用动力电池组处于充放电状态下的BMS故障自诊断功能测试；

所述模拟车用动力电池组用于生成单体电池信号，所述模拟车用动力电池组经所述故障注入板接入待测BMS；

所述人机交互系统用于向所述故障注入板发出故障注入指令；

所述故障注入板接收来自所述人机交互系统的故障注入指令，生成BMS实际工况下的硬件故障注入到BMS中，利用所述人机交互系统接收和显示来自故障注入板的测试结果，实现对BMS故障自诊断功能的测试。

本发明电池管理系统BMS故障自诊断功能测试平台的结构特点也在于：所述故障注入板包括故障注入模块、主控制器、通信模块、看门狗电路以及BMS/电池接口；

所述故障注入模块包括开关阵列和开关阵列驱动电路，采用开关阵列通断的方式实现BMS硬件故障的注入；

所述通信模块用于实现所述故障注入板与充放电系统、人机交互系统及待测BMS之间的通信；

所述BMS/电池接口用于实现在故障注入板与BMS之间，以及在故障注入板与模拟车用动力电池组之间的连接。

本发明电池管理系统BMS故障自诊断功能测试平台的结构特点也在于：设置可注入的BMS硬件故障包括单体电压测量线开路、单体电压测量引脚开路、均衡开路、均衡短路、单体电压采集电路通信链路故障和电源开路短路。

利用本发明测试平台实现电池管理系统BMS故障自诊断功能测试的方法的特点是：按如下过程实现BMS故障自诊断功能测试：

步骤一：由人机交互系统向故障注入板发送故障注入指令；

步骤二：故障注入板在接收到故障注入指令后控制充放电系统对模拟车用动力电池组进行充电并保持在充电状态下；同时由故障注入板向BMS注入硬件故障，针对注入的硬件故障，存储充电状态下的BMS的故障自诊断结果，随后，由故障注入板控制充放电系统停止对模拟车用动力电池组充电；

步骤三：由故障注入板控制充放电系统使模拟车用动力电池组进行放电并保持在放电状态下，同时由故障注入板向BMS注入硬件故障，针对注入的硬件故障，存储放电状态下的BMS的故障自诊断结果，随后，由故障注入板控制充放电系统使模拟车用动力电池组停止放电；

步骤四：模拟车用动力电池组保持在停止充电和放电的状态下，同时由故障注入板向BMS注入硬件故障向BMS注入硬件故障，针对注入的硬件故障，存储停止充电和放电的状态下的BMS的故障自诊断结果；

步骤四：所述故障注入板根据所获得的充电状态下的BMS的故障自诊断结果、放电状态下的BMS的故障自诊断结果以及停止充电和放电的状态下的BMS的故障自诊断结果判断BMS的故障自诊断功能正常于否，利用人机交互系统接收并显示来自故障注入板的测试结果，实现对BMS故障自诊断功能的测试。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明实现了电池管理系统BMS故障自诊断功能的自动化测试，避免通过人为破坏BMS的方式来验证BMS故障自诊断功能的弊端；使电池管理系统的故障自诊断功能得到有效保障。

2、本发明通过模拟车用动力电池组用于生成单体电池信号，模拟车用动力电池组经故障注入板接入待测BMS；使BMS无需连接到实际的车用动力电池组就能够实现单体电压采集，使测试平台在不影响BMS正常运行的前提下实现了对BMS本身硬件的故障注入。

3、本发明采用充放电系统对模拟车用动力电池组进行充电或放电，实现了BMS在模拟车用动力电池组处于充放电条件下的故障自诊断功能测试，使测试平台不局限于仅能对BMS的故障自诊断功能进行静态测试，因此能够更好地模拟BMS实际工况下的硬件故障。

4、本发明中采用开关阵列通断的方式实现BMS硬件故障的注入，因此，可注入多种BMS硬件故障，包括单体电压测量线开路、单体电压测量引脚开路、均衡开路、均衡短路、单体电压采集电路通信链路故障和电源开路短路，实用性强

5、本发明采用开关阵列通断的方式实现BMS硬件故障的注入，因此，在测试平台对BMS的故障自诊断功能测试完毕后，可消除BMS的硬件故障状态，使BMS恢复非故障状态。

附图说明

图1为本发明BMS故障自诊断功能测试平台结构示意图；

图2为本发明中故障注入板结构示意图；

图3a和图3b为本发明中故障注入模块开关阵列驱动电路原理；

图3c为本发明中开关阵列中的一个开关器件原理。

具体实施方式

参见图1，本实施例中电池管理系统BMS故障自诊断功能测试平台是由故障注入板、充放电系统、人机交互系统和模拟车用动力电池组构成。

充放电系统用于对所述模拟车用动力电池组进行充电或放电，实现在所述模拟车用动力电池组处于充放电状态下的BMS故障自诊断功能测试；使测试平台不局限于仅能对BMS的故障自诊断功能进行静态测试，静态是指动力电池组不处于充放电状态；所述充放电系统包括充电系统和放电系统，所述充电系统和放电系统均与所述故障注入板和模拟车用动力电池组电气连接，采用程控直流电源和电子负载分别作为所述充电系统和放电系统。

模拟车用动力电池组用于生成单体电池信号，所述模拟车用动力电池组经所述故障注入板接入待测BMS；使BMS无需连接到实际的车用动力电池组就能够实现单体电压采集，使测试平台在不影响BMS正常运行的前提下实现了对BMS本身硬件的故障注入；模拟车用动力电池组可以由多节锂离子电池串联构成。

人机交互系统用于向所述故障注入板发出故障注入指令，采用触摸屏作为所述人机交互系统，与故障注入板电气连接。

所述故障注入板接收来自所述人机交互系统的故障注入指令，生成BMS实际工况下的硬件故障注入到BMS中，利用所述人机交互系统接收和显示来自故障注入板的测试结果，实现对BMS故障自诊断功能的测试；

所述硬件故障是指BMS本身的硬件故障，并非是BMS所检测的电池组中的电池故障，所述BMS的故障自诊断功能是指BMS诊断本身硬件故障的功能，并非是与BMS连接的电池组的电池故障。

参见图2，本实施例中故障注入板包括故障注入模块、主控制器、通信模块、看门狗电路以及BMS/电池接口；其中，故障注入模块包括开关阵列和开关阵列驱动电路，采用开关阵列通断的方式实现BMS硬件故障的注入；通信模块用于实现所述故障注入板与充放电系统、人机交互系统及待测BMS之间的通信；BMS/电池接口用于实现在故障注入板与BMS之间，以及在故障注入板与模拟车用动力电池组之间的连接；看门狗电路用于系统程序跑飞时及时使系统复位，增强系统可靠性。

具体实施中，设置可注入的BMS硬件故障包括单体电压测量线开路、单体电压测量引脚开路、均衡开路、均衡短路、单体电压采集电路通信链路故障和电源开路短路。

利用本实施例中测试平台实现电池管理系统BMS故障自诊断功能测试的方法是按如下过程实现BMS故障自诊断功能测试：

步骤一：由人机交互系统向故障注入板发送故障注入指令；

步骤二：故障注入板在接收到故障注入指令后控制充放电系统对模拟车用动力电池组进行充电并保持在充电状态下；同时由故障注入板向BMS注入硬件故障，针对注入的硬件故障，存储充电状态下的BMS的故障自诊断结果，随后，由故障注入板控制充放电系统停止对模拟车用动力电池组充电；

步骤三：由故障注入板控制充放电系统使模拟车用动力电池组进行放电并保持在放电状态下，同时由故障注入板向BMS注入硬件故障，针对注入的硬件故障，存储放电状态下的BMS的故障自诊断结果，随后，由故障注入板控制充放电系统使模拟车用动力电池组停止放电；

步骤四：模拟车用动力电池组保持在停止充电和放电的状态下，同时由故障注入板向BMS注入硬件故障向BMS注入硬件故障，针对注入的硬件故障，存储停止充电和放电的状态下的BMS的故障自诊断结果；

步骤四：所述故障注入板根据所获得的充电状态下的BMS的故障自诊断结果、放电状态下的BMS的故障自诊断结果以及停止充电和放电的状态下的BMS的故障自诊断结果判断BMS的故障自诊断功能正常于否，利用人机交互系统接收并显示来自故障注入板的测试结果，实现对BMS故障自诊断功能的测试。

图3a、图3b和图3c所示为故障注入模块实现电路原理图，图3a中的光耦U1用于信号隔离，电阻R1用于保证光耦U1可靠截止，电阻R2为限流电阻，电阻R3和R4为分压电阻，电容C1为去耦电容，VCC5V为光耦U1输入端电源，VCC5VRelay和SGND分别为光耦U1输出端电源和接地端；图3b中达林顿管U2作为驱动芯片用于信号放大，VCC5VRelay和SGND分别为达林顿管U2的电源和接地端；光耦U1的端脚3连接到图3b中达林顿管U2的端脚1；图3c中继电器U3为开关阵列中的一个开关器件，VCC5VRelay为继电器U3的供电电源；继电器U3的端脚5和端脚10连接到系统中均衡短路的测试点，继电器U3的端脚9连接到图3b中达林顿管U2的端脚16。

当主控制器接收到人机交互系统的故障注入信号之后，主控制器的控制信号经过光耦隔离，传给继电器的驱动芯片达林顿管，在达林顿管的输出端脚随之产生输出电平，进而控制继电器，实现硬件故障注入。图3a、图3b和图3c仅表达均衡短路故障注入的实现方法，其它各类硬件故障，包括单体电压测量线开路、单体电压测量引脚开路、均衡开路、单体电压采集电路通信链路故障和电源开路短路故障，其硬件故障注入实现原理相同。