一种电动汽车电池管理系统从控模块的测试系统和方法与流程

本发明涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种电动汽车电池管理系统从控模块的测试系统和方法。

背景技术：

能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。

电池管理系统是电动汽车的核心部件，对电池管理系统产品的测试是设计、生产阶段需要开展的重要工作。电池管理系统主要由三部分构成：主控模块、从控模块和高压模块。从控模块本身数量多，数据量大，测试难度较高。

在现有技术中，主要依靠人工方式采集和分析从控模块的测试数据，工作效率低下，成本也高。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种电动汽车电池管理系统从控模块的测试系统和方法，提高工作效率和减低成本。

一种电动汽车电池管理系统从控模块的测试系统，包括：

从控模块，用于采集电池信息，发送包含电池信息的控制器局域网报文；

通用串行总线-控制器局域网转换设备，与所述从控模块具有控制器局域网连接，用于接收所述包含电池信息的控制器局域网报文，将所述包含电池信息的控制器局域网报文转换为包含电池信息的通用串行总线报文；

上位机，与所述通用串行总线-控制器局域网转换设备经由通用串行总线连接，用于获取所述包含电池信息的通用串行总线报文，从所述包含电池信息的通用串行总线报文中解析出所述电池信息，并展示所述电池信息。

在一个实施方式中，所述上位机，还用于生成包含电池均衡命令的通用串行总线报文，将所述包含电池均衡命令的通用串行总线报文发送到所述通用串行总线-控制器局域网转换设备；

所述通用串行总线-控制器局域网转换设备，还用于将所述包含电池均衡命令的通用串行总线报文转换为包含电池均衡命令的控制器局域网报文；

所述从控模块，还用于获取所述包含电池均衡命令的控制器局域网报文，从包含电池均衡命令的控制器局域网报文中解析出电池均衡命令，并基于所述电池均衡命令执行电池均衡操作。

在一个实施方式中，所述通用串行总线为双绞屏蔽线。

在一个实施方式中，所述双绞屏蔽线包括：二芯双绞屏蔽线。

在一个实施方式中，所述电池信息包括下列中的至少一个：

电池模块内单体串数；电池模块内单体并数；电池模块内温度采样点个数；电池类型；电池模块总电压；从控模块内部温度；所有单体电池电压信息；所有温度采集点温度信息；最高单体电池电压值；最高温度值；最高单体电池电压值对应的单体电池序号；最高温度值对应的温度采集点序号；最低单体电池电压值；最低温度值；最低单体电池电压值对应的单体电池序号；最低温度值对应的温度采集点序号；软件版本号；硬件版本号；单体电池电压合格范围；温度合格范围；单体电池电压检测结果显示灯状态；温度检测结果显示灯状态。

在一个实施方式中，所述电池信息包括各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度：所述从控模块包括：

负温度系数热敏电阻；

包含隔离式通信接口的电压采集芯片，与所述负温度系数热敏电阻和多个单体电池分别连接，用于采集各个单体电池的单体电池电压和电池模块总电压，并采集所述负温度系数热敏电阻提供的电池温度；

供电模块，用于为所述电压采集芯片供电；

所述电压采集芯片，还用于经由所述隔离式通信接口以隔离式通信方式向隔离式通信芯片发送所述各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度。

一种电动汽车电池管理系统从控模块的测试方法，包括：

从控模块采集电池信息，发送包含电池信息的控制器局域网报文；

与从控模块具有控制器局域网连接的通用串行总线-控制器局域网转换设备，接收所述包含电池信息的控制器局域网报文，将所述包含电池信息的控制器局域网报文转换为包含电池信息的通用串行总线报文；

与所述通用串行总线-控制器局域网转换设备经由通用串行总线连接的上位机，获取所述包含电池信息的通用串行总线报文，从所述包含电池信息的通用串行总线报文中解析出所述电池信息，并展示所述电池信息。

在一个实施方式中，该方法还包括：

上位机生成包含电池均衡命令的通用串行总线报文，将所述包含电池均衡命令的通用串行总线报文发送到所述通用串行总线-控制器局域网转换设备；

所述通用串行总线-控制器局域网转换设备将所述包含电池均衡命令的通用串行总线报文转换为包含电池均衡命令的控制器局域网报文；

所述从控模块获取所述包含电池均衡命令的控制器局域网报文，从包含电池均衡命令的控制器局域网报文中解析出电池均衡命令，并基于所述电池均衡命令执行电池均衡操作。

在一个实施方式中，所述从控模块包括：负温度系数热敏电阻；包含隔离式通信接口的电压采集芯片，与所述负温度系数热敏电阻和多个单体电池分别连接；供电模块；

所述电池信息包括各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度；

所述从控模块采集电池信息包括：

电压采集芯片采集各个单体电池的单体电池电压和电池模块总电压，并采集所述负温度系数热敏电阻提供的电池温度；

供电模块为所述电压采集芯片供电；

电压采集芯片经由所述隔离式通信接口以隔离式通信方式向隔离式通信芯片发送所述各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度。

在一个实施方式中，所述电池信息包括下列中的至少一个：

电池模块内单体串数；电池模块内单体并数；电池模块内温度采样点个数；电池类型；电池模块总电压；从控模块内部温度；所有单体电池电压信息；所有温度采集点温度信息；最高单体电池电压值；最高温度值；最高单体电池电压值对应的单体电池序号；最高温度值对应的温度采集点序号；最低单体电池电压值；最低温度值；最低单体电池电压值对应的单体电池序号；最低温度值对应的温度采集点序号；软件版本号；硬件版本号；单体电池电压合格范围；温度合格范围；单体电池电压检测结果显示灯状态；温度检测结果显示灯状态。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，从控模块的测试系统包括：从控模块，用于采集电池信息，发送包含电池信息的控制器局域网报文；通用串行总线-控制器局域网转换设备，与从控模块具有控制器局域网连接，用于接收包含电池信息的控制器局域网报文，将包含电池信息的控制器局域网报文转换为包含电池信息的通用串行总线报文；上位机，与通用串行总线-控制器局域网转换设备经由通用串行总线连接，用于获取包含电池信息的通用串行总线报文，从包含电池信息的通用串行总线报文中解析出电池信息，并展示电池信息。由此可见，相比较人工采集电池信息，本发明实施方式在上位机上展示电池信息，可以提高工作效率和减低成本。而且，上位机可以向从控模块下发电池均衡命令，提高了对从控模块的管理效率。

另外，本发明实施方式提出的从控模块，完成了电池管理系统前端的所有信号采集工作，可以在所有车型的标准箱中配套使用，极大方便了生产和装配，可以降低开发、生产和装配成本，还可以提高从控模块的测试效率。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明电池管理系统从控模块的测试系统结构图。

图2为本发明电池管理系统从控模块的测试系统的示范性连接示意图。

图3为本发明电池管理系统从控模块的示范性结构图。

图4为本发明电池管理系统从控模块的示范性电路图。

图5为本发明电池管理系统从控模块的测试方法流程图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

图1为本发明电池管理系统从控模块的测试系统结构图。

如图1所示，该系统包括：

从控模块101，用于采集电池信息，发送包含电池信息的控制器局域网(Controller Area Network，CAN)报文；

通用串行总线-控制器局域网转换设备102，与从控模块101具有控制器局域网连接，用于接收包含电池信息的控制器局域网报文，将包含电池信息的控制器局域网报文转换为包含电池信息的通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)报文；

上位机103，与通用串行总线-控制器局域网转换设备102经由通用串行总线连接，用于获取包含电池信息的通用串行总线报文，从包含电池信息的通用串行总线报文中解析出电池信息，并展示电池信息。

电动汽车的电池模组通常包括多个电池模块。从控模块101对应于电池模块，分别检测各自对应的电池模块的电池信息。因此，从控模块101的数目可以为多个。

举例，电池模块的电池信息具体包括：电池模块内单体串数；电池模块内单体并数；电池模块内温度采样点个数；电池类型；电池模块总电压；从控模块内部温度；所有单体电池电压信息；所有温度采集点温度信息；最高单体电池电压值；最高温度值；最高单体电池电压值对应的单体电池序号；最高温度值对应的温度采集点序号；最低单体电池电压值；最低温度值；最低单体电池电压值对应的单体电池序号；最低温度值对应的温度采集点序号；软件版本号；硬件版本号；单体电池电压合格范围；温度合格范围；单体电池电压检测结果显示灯状态；温度检测结果显示灯状态，等等。

下面对电池信息的具体格式进行示范性说明。

表1为使用0x110作为控制器局域网通信ID号发送电池信息到上位机的示范表。

表1

表2为使用0x111作为控制器局域网通信ID号发送电池信息到上位机的示范表。

表2

由表1和表2可见，电池信息可以包含8字节，各个字节中可以分别携带多种类型的电池测试数据。

以上示范性描述了电池模块的电池信息的具体实例，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

通用串行总线-控制器局域网转换设备102可以实施为一个即插即用型的转接器。这意味着可以作为一个标准的通用串行总线接口，不需要额外驱动程序，也无需为更快地连接和更高的CAN总线带宽而安装一个直接驱动程序DLL，可用标准的ASCII码来发送和接收报文。通用串行总线-控制器局域网转换设备102可以直接插入一个标准的通用串行总线接口，并提供一个标准的通用串行总线方头连接器连接控制器局域网系统

上位机103从通用串行总线-控制器局域网转换设备102获取包含电池信息的通用串行总线报文，从包含电池信息的通用串行总线报文中解析出电池信息，并展示电池信息。

上位机103上还可以具有软件统计和分析功能，以对从控模块101提供的数据进行统计分析。

优选地，通用串行总线-控制器局域网转换设备102与上位机103之间的通用串行总线具体实施为双绞屏蔽线。更优选地，通用串行总线-控制器局域网转换设备102与上位机103之间的通用串行总线具体实施为：二芯双绞屏蔽线。

在一个实施方式中，上位机103，还用于生成包含电池均衡命令的通用串行总线报文，将包含电池均衡命令的通用串行总线报文发送到通用串行总线-控制器局域网转换设备102；通用串行总线-控制器局域网转换设备102，还用于将包含电池均衡命令的通用串行总线报文转换为包含电池均衡命令的控制器局域网报文；从控模块101，还用于获取包含电池均衡命令的控制器局域网报文，从包含电池均衡命令的控制器局域网报文中解析出电池均衡命令，并基于电池均衡命令执行电池均衡操作。

可见，本发明实施方式不但实现了在上位机上展示和统计分析从控模块提供的测试数据，还实现了由上位机向从控模块下发电池控制命令，从而便于对电池进行管理。

图2为本发明电池管理系统从控模块的测试系统的示范性连接示意图。

由图2可见，从控模块通过USB-CAN转换设备与上位机连接。从控模块与USB-CAN转换设备之间使用CAN通信方式，通信电缆采用双绞屏蔽线。USB-CAN转换设备和上位机之间使用通用串行总线串行数据传输，通信电缆使用通用串行总线数据线。

另外，在现有技术中，当前电动汽车由于各个车型的串并联数目不同，系统要求不同，电池管理系统的从控模块并不统一，带来附加的开发、生产和装配成本。

本发明实施方式还提出了一种电动汽车电池管理系统从控模块，该从控模块可以应用到图1和图2所示的测试系统。

图3为本发明电动汽车电池管理系统从控模块的功能模块图。

如图3所示，从控模块包括：

负温度系数热敏电阻301；

包含隔离式通信接口的电压采集芯片302，与负温度系数热敏电阻301和电池模块200中的多个单体电池分别连接，用于采集各个单体电池的单体电池电压和电池模块总电压，并采集负温度系数热敏电阻301提供的电池温度；

供电模块303，用于为电压采集芯片302供电；

电压采集芯片302，还用于经由隔离式通信接口以隔离式通信方式向隔离式通信芯片发送各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度。

在一个实施方式中，从控模块还包括：

分流器304，与电压采集芯片302连接；

电压采集芯片302，还用于采集分流器304提供的电池电流值，经由隔离式通信接口以隔离式通信方式向隔离式通信芯片发送电池电流值。

在一个实施方式中，分流器304包括低温漂电阻。

在一个实施方式中，从控模块还包括：

低通滤波器305，与电压采集芯片302连接，用于滤除高频噪声。

在一个实施方式中，低通滤波器305包括电阻和电容。

在一个实施方式中，电压采集芯片302具体实施为凌特(LTC)6804-2芯片；隔离式通信芯片具体实施为凌特6820芯片；隔离式通信接口与凌特6820芯片之间还布置有第一隔离变压器。

在一个实施方式中，从控模块与其它从控模块之间还布置有第二隔离变压器。

在一个实施方式中，供电模块303包括：开关器件，该开关器件由凌特6804-2芯片的驱动引脚输出信号驱动。

以上示范性描述了具体的芯片型号，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

在一个实施方式中，可以在电池管理系统的主控模块中布置隔离式通信芯片。电压采集芯片302，经由隔离式通信接口以隔离式通信方式向主控模块中的隔离式通信芯片发送各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度。

在一个实施方式中，可以在图1的上位机103中布置隔离式通信芯片。电压采集芯片302，经由隔离式通信接口以隔离式通信方式向上位机103中的隔离式通信芯片发送各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度。

图4为本发明电动汽车电池管理系统从控模块的示范性电路图。

如图4所示，LTC6804-2芯片作为电压采集芯片，分别与12串单体电池连接。这12串单体电池具体包括：Cell1、Cell2、Cell3、Cell4、Cell5、Cell6、Cell7、Cell8、Cell9、Cell10、Cell11和Cell12。

电阻R1和电容C1构成低通滤波器，用于滤除高频噪声；开关器件Q1，由LTC6804-2芯片的DRIVE引脚输出信号驱动，提供VREG电压(5V)，为LTC6804-2芯片供电；C2为去耦电容。

电阻R3、电阻C4、负温度系数热敏电阻NTC1构成串联分压电路。负温度系数热敏电阻NTC1的两端电压由运算放大器U1A(作为跟随器)跟随后输出到电阻R6和电容C5构成的低通滤波器，最终由LTC6804-2芯片的GPIO1引脚采集，并进行A/D转换。A/D转换后的数据由电池管理系统的主控模块进行计算获得当前温度值。NTC2模块电路工作原理与NTC1相同，不再赘述。

在分流器(SHUNT)电压采集电路中，电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电容C7构成同相加法电路，其中，VREF2电压为3V，SHUNT输出电压与之进行加法运算，经电阻R8和电容C7构成的低通滤波器后，由GPIO3引脚采集和A/D转换。

LTC6804-2芯片完成12串单体电池电压、2个NTC温度、1个分流器电流信号(电流流经分流器后转为电压信号)的采集之后，通过isoSPI通信技术向上一级的LTC6804-2芯片传输12串单体电池电压、电池模块总电压、2个NTC温度、1个IC内部温度(即LTC6804-2芯片内部温度)以及系统电流值。

作为一个标准从控模块，本发明完成了电池管理系统前端的所有信号采集工作，可以在所有车型的标准箱中配套使用，极大的方便了生产和装配。实际上，在标准从控模块采集的参数中，系统电流值作为可选项，整个电动车中可以只有一个。分流器也可以仅仅保留最低端的一个，其余从控模块使用铜排短接处理，结构灵活。

图3和图4所描述的从控模块，尤其适用于图1和图2所述的从控模块的测试系统。

基于上述描述，本发明还提供了一种电动汽车电池管理系统从控模块的测试方法。

图5为本发明电池管理系统从控模块的测试方法流程图。

如图5所示，该方法包括：

步骤501：从控模块采集电池信息，发送包含电池信息的控制器局域网报文。

步骤502：与从控模块具有控制器局域网连接的通用串行总线-控制器局域网转换设备，接收包含电池信息的控制器局域网报文，将包含电池信息的控制器局域网报文转换为包含电池信息的通用串行总线报文。

步骤503：与通用串行总线-控制器局域网转换设备经由通用串行总线连接的上位机，获取包含电池信息的通用串行总线报文，从包含电池信息的通用串行总线报文中解析出电池信息，并展示电池信息。

在一个实施方式中，该方法还包括：

上位机生成包含电池均衡命令的通用串行总线报文，将包含电池均衡命令的通用串行总线报文发送到通用串行总线-控制器局域网转换设备；

通用串行总线-控制器局域网转换设备将包含电池均衡命令的通用串行总线报文转换为包含电池均衡命令的控制器局域网报文；

从控模块获取包含电池均衡命令的控制器局域网报文，从包含电池均衡命令的控制器局域网报文中解析出电池均衡命令，并基于电池均衡命令执行电池均衡操作。

在一个实施方式中，通用串行总线为双绞屏蔽线。优选地，双绞屏蔽线包括：二芯双绞屏蔽线。

在一个实施方式中，电池信息包括各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度。从控模块包括：负温度系数热敏电阻；包含隔离式通信接口的电压采集芯片，与负温度系数热敏电阻和多个单体电池分别连接，采集各个单体电池的单体电池电压和电池模块总电压，并采集负温度系数热敏电阻提供的电池温度；电压采集芯片，还经由隔离式通信接口以隔离式通信方式向隔离式通信芯片发送各个单体电池的单体电池电压、电池模块总电压和电池温度。

在一个实施方式中，电池信息包括下列中的至少一个：电池模块内单体串数；电池模块内单体并数；电池模块内温度采样点个数；电池类型；电池模块总电压；从控模块内部温度；所有单体电池电压信息；所有温度采集点温度信息；最高单体电池电压值；最高温度值；最高单体电池电压值对应的单体电池序号；最高温度值对应的温度采集点序号；最低单体电池电压值；最低温度值；最低单体电池电压值对应的单体电池序号；最低温度值对应的温度采集点序号；软件版本号；硬件版本号；单体电池电压合格范围；温度合格范围；单体电池电压检测结果显示灯状态；温度检测结果显示灯状态。

还可以将本发明实施方式提出的电动汽车电池管理系统从控模块的测试系统和方法应用到各种类型的电动汽车中，包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)或燃料电池汽车(FCEV)，等等。

综上所述，在本发明实施方式中，从控模块的测试系统包括：从控模块，用于采集电池信息，发送包含电池信息的控制器局域网报文；通用串行总线-控制器局域网转换设备，与从控模块具有控制器局域网连接，用于接收包含电池信息的控制器局域网报文，将包含电池信息的控制器局域网报文转换为包含电池信息的通用串行总线报文；上位机，与通用串行总线-控制器局域网转换设备经由通用串行总线连接，用于获取包含电池信息的通用串行总线报文，从包含电池信息的通用串行总线报文中解析出电池信息，并展示电池信息。由此可见，相比较人工采集电池信息，本发明实施方式在上位机上展示电池信息，可以提高工作效率和减低成本。而且，上位机可以向从控模块下发电池均衡命令，提高了对从控模块的管理效率。

另外，本发明实施方式提出的从控模块，完成了电池管理系统前端的所有信号采集工作，可以在所有车型的标准箱中配套使用，极大方便了生产和装配，可以降低开发、生产和装配成本，还可以提高从控模块的测试效率。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。