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专利名称：一种电池管理系统自动测试、自动标定参数的装置和方法
技术领域：
本发明涉及电池管理系统的测试技术领域，更具体的说，涉及一种电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置及方法。
背景技术：
蓄电池组广泛应用于各个领域，如电动自行车、电动汽车、风力发电设备、太阳能发电设备等用电设备。动力电池组的种类一般有铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池等。现有的动力电池组件中，都装有电池管理系统，如专利号为CN02100307. 6的电池组。电池管理系统的研究过程中，需要不断地进行软件编写、测试、改进、再编写、…的循环过程，同时在电池管理系统的生产过程中，也需要对电池管理系统的功能进行验证，发现电池管理系统中可能存在的质量问题，保障产品质量。专利CN201010102766. 2和CN101793944A中公开了电池管理系统开发、测试、标定的故障模拟系统，能够实现电池管理系统的测试和标定，但该发明的测试过程需要人工逐一地输入测试指令，没有提到保证测试的完整性，而且测试速度不高。

发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种电池管理系统自动测试、 自动标定参数的装置及方法，本发明提供的装置和方法，能够在电池模型数据库的基础上， 电池管理系统参数调整算法单元，自动调节电池管理系统的参数，从而使电池管理系统的参数达到最优，具有自动测试和自动标定参数的优点。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下
一种电池管理系统自动测试、自动标定参数的装置，包括一个电池模型数据库单元， 电池模型数据库单元的输入端与测试人机界面连接，同时与参数自动调整单元连接；电池模型数据库单元的输出端连接一个测试数据流生成单元，测试数据流生成单元输出到信号输出单元，信号输出单元的输出信号分为两路，一路输出至待测试的电池管理系统；另一路输出至误差分析单元；误差分析单元的输入有两路组成，一路是信号输出单元，另一路是电池管理系统，误差分析单元的计算结果输出到参数自动调整单元，参数自动调整单元内部包含计算�？椋�能够计算调整量的大小，调整结果输出到电池模型数据库单元，电池模型数据库单元再输出新的数据流，如此循环，直至参数精度达到设计要求。所述电池模型数据库单元中存储的各种电池模型包括锂离子动力电池、镍氢电池、铅酸电池的等效电路模型，数据表模型、或其他数学模型，或类似的电池模型和表格。数据库可以采用关系型数据库、网状数据库、层次数据库等各种形式。所述测试数据流生成单元的输出是根据电池模型数据库内存储的信息产生的一组时间序列信号。其输入端连接在电池模型数据库的输出端，其输出端连接到信号输出单元，其数据流通过内部数据总线输出到信号输出单元，同时，这些数据流输出到测试人机界面，进行显示和分析处理，测试数据流生成单元输出的数据流既包括模拟信号，也包括数字信号，还包括总线信号，其内部是由微处理器、运算放大器、DA转换器、CAN (Control Area Network)总线驱动器电路构成。所述测试人机界面作为使用者与自动测试系统的信息交换界面，主要作用是检测状态和检测结果的显示，以及使用者相自动测试系统中输入信息，为用户提供与数据库，参数自动调整单元，误差分析单元，待测试的电池管理系统等进行数据交互的方法，测试人机界面是采用Labview等工具编写，同样地，也可以采用C语言或其他计算机图形设计语言编写，测试人机界面的主界面显示有6个部分，分别是“用户指令输入窗口 301”、“BMS输出信号窗口 302” “测试结果与报表生成窗口 303”、“误差分析显示窗口 304”、“BMS输入信号窗口 305”、“测试进程显示窗口 306”。所述信号输出单元输出的数据流既包括模拟信号，也包括数字信号，还包括总线信号，其内部是由运算放大器、DA转换器、CAN总线驱动器电路构成。信号输出单元根据测试数据流生成单元的信号和指令，通过计算，得到需要输出的数据流的大小、频率，通过信号调理电路输出数据流到电池管理系统，信号输出单元内部含有一个16位或32位CPU及其存储电路，还含有一个信号输出电路，其中包括DA转换器和数字IO信号，其中DA转换器用于输出入电压、电流、电阻等的模拟量信号，输出电平在1到1000V之间，数字IO信号用于输出能够用0和1表征的电池状态的开关量，同时，信号输出单元还能够根据需要扩展 CAN总线接口，SCI接口、SPI接口或者其他数据总线，通过这些数据总线向电池管理系统输出各种数字控制指令和信息。所述待测试的电池管理系统是一种连接在电池组中，具有电压采集、电流采集、温度采集、电池充放电控制、电池SOC计算功能的电子控制器。待测试的电池管理系统具有能够输入电池的总电压(0-1000V)、总电流(-500A-+500A)、温度等模拟信号的功能，也具有 CAN总线等数据总线通讯接口，并且具有数字IO信号的输入和输出功能。所述误差分析单元按照差值法、加权插值法的误差计算方法计算待测试的电池管理系统的误差。误差分析单元有两个输入端和一个输出端，输入端分别连接在信号输出单元的输出端和待测试的电池管理系统的输出端，误差分析单元通过比较两个输入端的信号大�。�将分析结果作为输出信号，输出到参数自动调整单元。所述参数自动调整算法单元是根据误差分析单元输出额的误差，采用中值调整法、最快速下降算法或遗传算法来调整电池管理系统的参数。参数自动调整单元内部预先设计了各种参数调整计算方法，将误差分析单元的输出结果采用一定的计算方法，得到一组新的数据库参数和一套新的电池管理系统参数表，根据新的参数表，数据库通知数据流生成单元，输出新的数据。这样重复进行，最终能够得到最优化的电池管理系统参数，参数自动调整的算法包括PID调整法、插值调整法、牛顿迭代法等等，在使用过程中，根据用户的设置，由用户决定使用何种算法。一种电池管理系统自动测试参数的方法，在电池模型数据库单元中预先建立电池的数学模型信息或者电池的实验数据信息，根据用户通过测试人机界面设定的测试指令， 电池模型数据库单元根据测试指令和预先存储的数据信息输出一段或若干段测试数据到测试数据流生成单元，测试数据流生成单元根据预先制定的测试过程生成数据的时间序列到信号输出单元，信号输出单元根据该时间序列进行放大或驱动，输出直流脉冲、或交流脉冲信号、或数字IO信号、或CAN通讯信号、或SCI通讯信号到电池管理系统，信号输出单元和电池管理系统的信号同时输出到误差分析单元，误差分析单元的分析结果输出到参数自动调整单元，该误差大小作为计算参数修正量的依据输出到参数自动调整单元，在参数自动调整单元中，通过一定的计算方法计算参数调整量，该参数调整的量输出到电池模型数据库单元，进行下一个电池性能的测试过程，如此循环往复，直至参数调整量足够小。一种电池管理系统自动标定参数的方法，在电池模型数据库单元中预先建立电池充电或放电模型曲线，通过测试人机界面输入待测试的电池管理系统的电压工作范围，设置测试步长V0，设置测试持续时间tl和间隔时间t2 ；启动后数据库就会自动地每隔t2秒生成一个电压值，并持续tl秒的时间，然后将电压值增加V0，生成第二个电压测试信号； 所生成的电压值输出到信号输出单元，信号输出单元内部的电路转换器将收到的信号进行滤波处理，然后经过微处理器计算，输出到数模转换器，所输出的模拟信号经输出单元输出到电池管理系统，所输出的模拟信号是一个电压工作范围的模拟信号，电池管理系统获取该模拟信号，经过一定的比例参数进行计算，然后通过数字信号输出；该数字信号输出到误差分析单元，经过与信号输出单元的输出信号对比分析，得到电池管理系统的采样误差， 根据采样误差的大�。�参数自动调整单元计算应该修正电池管理系统中电压计算比例系数的大�。�电池管理系统根据上述计算修改参数后，再输出到误差分析单元进行比较，如此循环，直至电池管理系统不需要再修正电压比例系数为止，本次自动标定参数的过程结束。电池管理系统计算电池模型电压的方法是首先，用户在测试人机界面设定电池的信息，在电池模型数据库单元中预先存储该电池的试验数据，在电池管理系统中设定一组待标定计算参数
:i(l)、h(2), b(3), b(4), 的初始值，测试人机界面启动自动标定过程，电池模型数
据库单元发送一组电池数据至测试数据流生成单元，测试数据流生成单元产生一组信号， 该信号经过信号输出单元的驱动和放大，生成类似真实电池的信号输出到电池管理系统， 电池管理系统内部的计算单元开始根据预设的计算参数初始值计算电池模型电压，并输出到误差分析单元。本发明所提供的电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置和方法，能够在电池模型数据库的基础上，电池管理系统参数调整算法单元根据一定的算法，自动调节电池管理系统的参数，从而使电池管理系统的参数达到最优。具有自动测试的优点，在电池管理系统设计、生产、测试、检验检测、标定中具有很强的实用价值。本发明装置和方法能够提高电池管理系统的研究速度，保障电池管理系统的质量，提高电池管理系统测试系统的工作效率，提高测试的完整性而设计的一套装置和方法，为进一步提高电池管理系统的性能和可靠性提供智能化的测试和参数自动标定方法与装置。


图1是本发明电池管理系统自动测试、自动标定参数的装置组成结构框图； 图2是自动测试流程图3是测试人机界面结构框图； 图4是误差分析单元的线路框图； 图5是信号输出单元线路图； 图6是数据库中的电池模型曲线示意图。
具体实施例方式本发明所提供的电池管理系统自动测试、自动标定参数的装置和方法，可用于测试电池管理系统的性能，并根据程序自动标定管理系统的参数。下面对本发明的具体实施方式
，结合附图进行总体说明。如图1所示的本发明装置107，包括一个电池模型数据库单元100，电池模型数据库单元100的输入端与测试人机界面102连接，同时与参数自动调整单元106连接；电池模型数据库单元100的输出端连接一个测试数据流生成单元101，测试数据流生成单元101 输出到信号输出单元103，信号输出单元103的输出信号分为两路，一路输出至待测试的电池管理系统104 ；另一路输出至误差分析单元105 ；误差分析单元105的输入有两路组成， 一路是信号输出单元103，另一路是电池管理系统104，误差分析单元105的计算结果输出到参数自动调整单元106，参数自动调整单元106内部包含计算模块，能够计算调整量的大�。�计算结果输出到电池模型数据库单元100，电池模型数据库单元100再输出新的数据流，如此循环，直至参数精度达到设计要求。图2是自动测试的流程图，自动测试的开始是由用户通过测试人机界面102发送开始指令作为起始点。电池模型数据库单元100是一种层次式数据库、网络式数据库或关系式数据库，以关系式数据库为例子，解释本发明的一种实施方法，其他形式的数据库也可得到类似的实施方法。具体实施方法为，在关系式数据库中，建立电池型号、容量、最大电压、最小电压、最大充电电流、最大放电电流、充电最高允许温度、最低允许温度等信息，并建立电池在不同倍率下充电的曲线或放电的曲线，当测试人机界面102设定电池信息后， 电池模型数据库单元100通过查表的方法，并结合插值的方法，自动生成一组数据。电池模型数据库单元100的建立方法有两种，一种是用户通过测试人机界面102 手工地导入电池的数据信息，另一种方法是用户通过测试人机界面102的指令，将电池数据表格文件或文本文件，通过数据连接工具自动地导入到电池模型数据库单元100中。待测试的电池管理系统的性能包括电池信号采集功能，如采集电池电压、电流、温度等信号。自动测试电池管理系统性能的方法是，在电池模型数据库单元100中预先建立电池的数学模型信息或者电池的实验数据信息，根据用户通过测试人机界面102设定的测试指令，电池模型数据库单元100根据测试指令和预先存储的数据信息输出一段或若干段测试数据到测试数据流生成单元101，测试数据流生成单元101根据预先制定的测试过程生成数据的时间序列到信号输出单元103，信号输出单元103根据该时间序列进行放大或驱动，输出直流脉冲、或交流脉冲信号、或数字IO信号、或CAN通讯信号、或SCI通讯信号等信息到电池管理系统104。信号输出单元103和电池管理系统104的信号同时输出到误差分析单元105，误差分析单元105的分析结果输出到参数自动调整单元106。作为电池管理系统的性能评价结果。同时，该误差大小作为计算参数修正量的依据输出到参数自动调整单元106，在参数自动调整单元106中，通过一定的计算方法计算参数调整量，该参数调整的量输出到电池模型数据库单元100，进行下一个电池性能的测试过程。如此循环往复，直至参数调整量足够小。图3是测试人机界面102结构框图，测试人机界面的主界面显示有6个部分，分别是用户指令输入窗口 301、BMS输出信号窗口 302、测试结果与报表生成窗口 303、误差分析显示窗口 304、BMS输入信号窗口 305、测试进程显示窗口 306。图4是误差分析单元105的线路框图，当误差分析单元105收到待测试的电池管理系统信号404后，经过滤波器401进行均值或中值滤波，输入到减法器单元403 ；同时当误差分析单元105收到信号输出单元信号405后，经过滤波器402进行均值或中值滤波，输入到减法器单元403。在减法器单元403中进行减法运算。得到电池管理系统的误差分析结果。图5是信号输出单元103的线路图，当输入端口 501收到测试数据流生成单元101 的数据信号后，经过信号处理器502和微处理器503的分析和处理，获得数据信号的格式和大小等信息。如果数据是一种数字信号，则微处理器选择输出到总线转换器504，总线转换器504经过信号变换和驱动，输出总线数据流信号，如CAN信号流。如果数据是一种模拟信号，则微处理器503输出到数字模拟转换器507，经过输出端口 506的驱动放大后，输出模拟信号505。图6是数据库中的电池模型曲线示意图。在数据库中存储着各种型号电池的数据模型。电池类型包括如锂电池、镍氢电池、铅酸电池等的各种可充电电池。数据库的存储方式有等效电路模型，数据表格模型、或其他数学模型。例如图中所示的一种锂电池的模型曲线，由锂电池的充电曲线构成，曲线表示电池在IC充电时的电压变化。在数据库中用一个二维数据表的方式存储。当数据规模扩大，则可以采用多维数据表存储。实施例1
采用本发明装置和方法测试一个锂离子电池管理系统的性能 首先在该装置中进行设置，建立待测试的电池模型数据库，将待测试的电池管理系统连接到本发明所提供的装置上，在测试人机界面102中输入测试指令和测试参数(如测试范围、速度、频率等技术参数的最大值和最小值)，输入开始测试指令。电池模型数据库单元 100开始按照一定的顺序生成一个电池信号的时间序列，如电池电流序列、电池电压序列、 电池温度序列等，而且，由于这些序列都是数据库中产生的，因此具有相关性和一致性。电池数据序列经过信号输出单元103的输出和驱动，生成一定电压或电流值的信号，输出到电池管理系统104，电池管理系统104收到信号后，就如同在实际的工作环境中收到电池的信息一样，进行其功能的执行，并最终输出计算结果。而这种计算结果被输出到误差分析单元105，误差分析单元105通过比较电池管理系统104和信号输出单元103的输出结果的差异，分析得到电池管理系统104的性能指标。实施例2
采用本发明装置和方法自动标定一个锂离子电池组的管理系统的电压比例参数 在电池模型数据库单元100中预先建立电池充电或放电模型曲线，通过测试人机界面 102输入待测试的电池管理系统的电压工作范围，例如，+20V +1000V ；设置测试步长，例如每隔IOV取一个测试点；设置测试持续时间tl和间隔时间t2 ；启动后数据库就会自动地每隔t2秒生成一个电压值，并持续tl秒的时间，然后将电压值增加10V，生成第二个电压测试信号。所生成的电压值输出到信号输出单元103，信号输出单元103内部的电路转换器将收到的信号进行滤波处理，然后经过微处理器计算，输出到数模转换器，所输出的模拟信号经输出单元输出到电池管理系统104。所输出的模拟信号是一个电压范围为+20V +1000V的模拟信号，电池管理系统104的功能之一是获取该模拟信号，经过一定的比例参数进行计算，然后通过数字信号输出。在实际的车辆运行过程中，该数字信号输出到整车控制器，作为整车的控制信号依据。而在本发明中，该数字信号输出到误差分析单元105，经过与信号输出单元103的输出信号对比分析，得到电池管理系统104的采样误差，根据采样误差的大�。�参数自动调整单元106计算应该修正电池管理系统104中电压计算比例系数的大�。�电池管理系统104根据上述计算修改参数后，在输出到误差分析单元105进行比较。 如此循环，直至电池管理系统104不需要在修正电压比例系数为止。本次自动标定参数的过程结束。
:h(T), h(2), m、i<5)是待标定计算参数。本发明的装置和方法能够自动标定这
些参数的大小。其过程为首先用户在测试人机界面102设定电池的信息(如电池种类、基本参数等)，在电池模型数据库单元100中预先存储该电池的试验数据。在电池管理系统
104中设定一组待标定计算参数i(2),i(4), A(5)的初始值。测试人机界面
102启动自动标定过程，电池模型数据库单元100发送一组电池数据至测试数据流生成单元101，测试数据流生成单元101产生一组信号，该信号经过信号输出单元103的驱动和放大，生成类似真实电池的信号输出到电池管理系统104，电池管理系统104内部的计算单元开始根据预设的计算参数初始值计算电池模型电压，并输出到误差分析单元，该误差分析单元能够计算电池管理系统104的计算结果的误差的大�。�该误差大小作为计算参数修正量的依据输出到参数自动调整单元106，参数自动调整单元106计算需要调整参数的量。并输出到电池模型数据库单元100，然后开始下一轮测试，直至参数修正量小于设定值为止。
权利要求
1.一种电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置，其特征在于包括一个电池模型数据库单元，电池模型数据库单元的输入端与测试人机界面连接，同时与参数自动调整单元连接；电池模型数据库单元的输出端连接一个测试数据流生成单元，测试数据流生成单元输出到信号输出单元，信号输出单元的输出信号分为两路，一路输出至待测试的电池管理系统；另一路输出至误差分析单元；误差分析单元的输入由两路组成，一路是信号输出单元，另一路是电池管理系统，误差分析单元的计算结果输出到参数自动调整单元，参数自动调整单元内部包含计算�？椋�能够计算调整量的大�。�调整后结果输出到电池模型数据库单元，电池模型数据库单元再输出新的数据流，如此循环，直至参数精度达到设计要求。
2.如权利要求1所述的电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置，其特征在于， 所述电池模型数据库单元中存储的各种可充电二次电池模型，包括锂离子动力电池、镍氢电池、铅酸电池、钠硫电池、锌空气电池的等效电路模型，数据表模型。
3.如权利要求1所述的电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置，其特征在于， 所述测试数据流生成单元的输出是根据电池模型数据库内存储的信息产生的一组时间序列信号。
4.如权利要求1所述的电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置，其特征在于， 所述信号输出单元输出的数据流既包括模拟信号，也包括数字信号，还包括总线信号，其内部是由微处理器、运算放大器、DA转换器、CAN总线驱动器电路构成。
5.如权利要求1所述的电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置，其特征在于， 所述误差分析单元按照差值法、加权插值法的误差计算方法计算待测试的电池管理系统的误差。
6.如权利要求1所述的电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置，其特征在于， 所述待测试的电池管理系统是一种连接在电池组中，具有电压采集、电流采集、温度采集、 电池充放电控制、电池SOC计算功能的电子控制器。
7.如权利要求1所述的电池管理系统自动测试和自动标定参数的装置，其特征在于， 所述参数自动调整算法单元是根据误差分析单元输出额的误差，采用中值调整法、最快速下降算法或遗传算法来调整电池管理系统的参数。
8.—种电池管理系统自动测试参数的方法，采用如权利要求1-7所述的装置，其特征在于，在电池模型数据库单元中预先建立电池的数学模型信息或者电池的实验数据信息， 根据用户通过测试人机界面设定的测试指令，电池模型数据库单元根据测试指令和预先存储的数据信息输出一段或若干段测试数据到测试数据流生成单元，测试数据流生成单元根据预先制定的测试过程生成数据的时间序列到信号输出单元，信号输出单元根据该时间序列进行放大或驱动，输出直流脉冲、或交流脉冲信号、或数字IO信号、或CAN通讯信号、或 SCI通讯信号到电池管理系统，信号输出单元和电池管理系统的信号同时输出到误差分析单元，误差分析单元的分析结果输出到参数自动调整单元，该误差大小作为计算参数修正量的依据输出到参数自动调整单元，在参数自动调整单元中，通过一定的计算方法计算参数调整量，该参数调整的量输出到电池模型数据库单元，进行下一个电池性能的测试过程， 如此循环往复，直至参数调整量足够小。
9.一种电池管理系统自动标定参数的方法，采用如权利要求1-7所述的装置，其特征在于，在电池模型数据库单元中预先建立电池充电或放电模型曲线，通过测试人机界面输入待测试的电池管理系统的电压工作范围，设置测试步长V0，设置测试持续时间tl秒和间隔时间t2秒；启动后数据库就会自动地每隔t2秒生成一个电压值，并持续tl秒的时间，然后将电压值增加V0，生成第二个电压测试信号；所生成的电压值输出到信号输出单元，信号输出单元内部的电路转换器将收到的信号进行滤波处理，然后经过微处理器计算，输出到数模转换器，所输出的模拟信号经输出单元输出到电池管理系统，所输出的模拟信号是一个电压工作范围的模拟信号，电池管理系统获取该模拟信号，经过一定的比例参数进行计算，然后通过数字信号输出；该数字信号输出到误差分析单元，经过与信号输出单元的输出信号对比分析，得到电池管理系统的采样误差，根据采样误差的大小，参数自动调整单元计算应该修正电池管理系统中电压计算比例系数的大�。�电池管理系统根据上述计算修改参数后，再输出到误差分析单元进行比较，如此循环，直至电池管理系统不需要再修正电压比例系数为止，本次自动标定参数的过程结束。
10.如权利要求9所述的电池管理系统自动标定参数的方法，其特征在于，电池管理系统计算电池模型电压的方法是首先，用户在测试人机界面设定电池的信息，在电池模型数据库单元中预先存储该电池的试验数据，在电池管理系统中设定一组待标定计算参数、、、、的初始值，测试人机界面启动自动标定过程，电池模型数据库单元发送一组电池数据至测试数据流生成单元，测试数据流生成单元产生一组信号，该信号经过信号输出单元的驱动和放大，生成类似真实电池的信号输出到电池管理系统，电池管理系统内部的计算单元开始根据预设的计算参数初始值计算电池模型电压，并输出到误差分析单元。
全文摘要
一种电池管理系统自动测试、自动标定参数的装置和方法，包括电池模型数据库单元，其输入端与测试人机界面连接，同时与参数自动调整单元连接；其输出端连接测试数据流生成单元，测试数据流生成单元输出到信号输出单元，信号输出单元的一路输出至待测试的电池管理系统，另一路输出至误差分析单元；误差分析单元的一路输入是信号输出单元，另一路是电池管理系统，其计算结果输出到参数自动调整单元计算调整量的大�。�调整后结果输出到电池模型数据库单元，再输出新的数据流，如此循环，直至参数精度达到设计要求。本发明装置和方法能自动调节电池管理系统的参数，使参数达到最优，具有自动测试和自动标定参数的优点。
文档编号G01R31/36GK102508167SQ201110327130
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者吴红杰 申请人:上海交通大学