[發明專利]具有故障仿真的電池模擬設備及方法

有效

• 申請號: 201110043394.5
• 申請日: 2011-02-23
• 公開（公告）號: CN102467091B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: J·布拉克;J·德里森
• 申請（專利權）人: 帝斯貝思數字信號處理和控制工程有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 趙科

技術領域

本發明涉及一種用于在測試電池控制裝置時對故障狀態進行仿真的裝置和方法。

技術領域

混合動力汽車或電動汽車的高壓電池往往由串聯連接的單電池單元(Einzelzelle)構成。這些電池單元基于例如鎳金屬氫化物(Ni-MH)、鉛、鋰離子而生產。對于鋰離子電池單元，例如標稱電壓為大約3.6V，充電終止電壓為4.2V。通過串聯連接產生超過600V的電壓。單電池單元的串聯連接導致：發生故障的或弱的電池單元會影響整個電池組。為了監測這樣的高電壓的且因此對安全至關重要的電池，在混合動力汽車和電動汽車中使用電池控制裝置，該電池控制裝置應當保護各個電池單元以防止過量充電、過放電和熱過載，還以便延長其壽命。為此力求將所有電池單元均衡到相同充電狀態。此外，電池控制裝置必須根據所提供的參數評估剩余的作用范圍，并且將所計算的值提供給上級混合控制裝置。通常經由汽車CAN總線進行通信。

電池控制裝置分為實際的電池管理系統(BMS)和電池單元模塊(ZM)。這兩者經由一個單獨的CAN總線相互連接。各個ZM分別被分配給一個電池單元組(電池的所有單電池單元的一個子集)，并且既負責測量電池單元電壓也負責對各個電池單元有針對性的放電。為此，在ZM中對于每個電池單元存在一個開關(晶體管)，該開關在閉合狀態下通過一個電阻對該電池單元加載。

控制裝置通過激活相應的開關總是對電壓高于其他電池單元的那些電池單元加載。這種電池單元充電平衡機制導致電池的所有電池單元保持在相同的充電水平。電池單元特性的不同因此被平衡。

為了一般地確?？刂蒲b置的正確運行，在不同開發階段執行不同類型的測試。如果控制裝置的硬件和軟件已經存在，則通常執行所謂的硬件在環(HIL)測試，其中為待測試的控制單元模擬-仿真調節對象以及可能的其他環境部件或其他控制裝置的存在。調節對象例如在發動機控制的情況下是發動機，或者在這里所關注的電池控制的情況下是電池。環境部件例如可以是經由總線與待測試的控制裝置連接并且經由消息與其進行通信的其他控制裝置。這樣的控制裝置經常通過所謂的剩余總線仿真(Restbussimulation)來仿真，其中在總線上只模擬待測試的控制裝置所期待的消息。

一般來說，HIL仿真在不同層面上進行：

·在信號層面上，只有數字信號在合適的計算單元(例如支持實時功能的處理器)上在仿真模型中被計算并被傳輸到控制裝置的計算單元。為此需要對相應信號接口的存取。經常，尤其是在測試電動機的控制裝置的情況下，為此必須打開待測試的控制裝置。這樣的測試能相對簡單地執行，只要信號點(Signalstelle)是暴露出的。但是不可能通過其驗證功率電子元件(Leistungselektronik)的功能作用。

·在所謂的“功率層面”上，根據仿真模型生成真實的電流和/或電壓，該真實的電流和/或電流直接經由控制裝置的功率電子元件被傳輸到控制裝置。這些電壓和電流的生成也被稱為模擬。在該測試層面上，不僅控制裝置的調節算法、而且其功率電子元件也被測試。通過只對調節對象仿真，其能容易地更換，并且測試可以靈活地適配于不同情形。

·對于機械層面的仿真，由控制裝置和物理存在的調節對象構成的完整單元在例如具有電動機或節氣門的機械試驗臺上被測試。該測試非常昂貴、非常不靈活、并且有時甚至還是安全關鍵的，但是其使得能夠測試實際的負載條件。

硬件在環(HIL)測試的另一重要組成部分是故障仿真，以便測試在故障情形下控制裝置的反應。為了對電纜斷裂或類似故障進行仿真，通?？墒褂糜糜贖IL系統的附加插件板，所謂的故障引入單元(FIU)。其包括具有能遠程并自動控制的開關的開關電路，該開關用于對電纜斷裂、短路和/或所有連接控制裝置端子的互換連接進行仿真。不僅對于傳感器、而且對于執行器也存在FIU板卡，其對于執行器還可以與負載板卡(Lastkarte)組合。