專利名稱：具有故障仿真的電池仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在測試電池控制裝置時對故障狀態(tài)進行仿真的裝置和方法。技術(shù)領(lǐng)域混合動力汽車或電動汽車的高壓電池往往由串聯(lián)連接的單電池單元 (Einzelzelle)構(gòu)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(chǎn)。對于鋰離子電池單元，例如標(biāo)稱電壓為大約3. 6V，充電終止電壓為4. 2V。通過串聯(lián)連接產(chǎn)生超過600V的電壓。單電池單元的串聯(lián)連接導(dǎo)致發(fā)生故障的或弱的電池單元會影響整個電池組。為了監(jiān)測這樣的高電壓的且因此對安全至關(guān)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(yīng)當(dāng)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(tài)。此外，電池控制裝置必須根據(jù)所提供的參數(shù)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(jīng)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(tǒng)(BMS)和電池單元模塊(ZM)。這兩者經(jīng)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(fù)責(zé)測量電池單元電壓也負(fù)責(zé)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(guān)(晶體管)，該開關(guān)在閉合狀態(tài)下通過一個電阻對該電池單元加載?？刂蒲b置通過激活相應(yīng)的開關(guān)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(dǎo)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(fā)階段執(zhí)行不同類型的測試。如果控制裝置的硬件和軟件已經(jīng)存在，則通常執(zhí)行所謂的硬件在環(huán)(HIL)測試，其中為待測試的控制單元模擬-仿真調(diào)節(jié)對象以及可能的其他環(huán)境部件或其他控制裝置的存在。調(diào)節(jié)對象例如在發(fā)動機控制的情況下是發(fā)動機，或者在這里所關(guān)注的電池控制的情況下是電池。環(huán)境部件例如可以是經(jīng)由總線與待測試的控制裝置連接并且經(jīng)由消息與其進行通信的其他控制裝置。這樣的控制裝置經(jīng)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(shù)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?shù)娇刂蒲b置的計算單元。為此需要對相應(yīng)信號接口的存取。經(jīng)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(zhí)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(jù)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(jīng)由控制裝置的功率電子元件被傳輸?shù)娇刂蒲b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(diào)節(jié)算法、而且其功率電子元件也被測
4試。通過只對調(diào)節(jié)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?！τ跈C械層面的仿真，由控制裝置和物理存在的調(diào)節(jié)對象構(gòu)成的完整單元在例如具有電動機或節(jié)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(guān)鍵的，但是其使得能夠測試實際的負(fù)載條件。硬件在環(huán)(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(yīng)。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(tǒng)的附加插件板，所謂的故障引入單元(FIU)。其包括具有能遠(yuǎn)程并自動控制的開關(guān)的開關(guān)電路，該開關(guān)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(zhí)行器也存在FIU板卡，其對于執(zhí)行器還可以與負(fù)載板卡(Lastkarte)組
I=I ο在下面僅僅還關(guān)注電池控制裝置的測試。如果其中只需要檢查BMS的調(diào)節(jié)策略， 則只測試BMS就足夠了。ZM在這種情況下在信號層面被仿真。但是，為了在功率層面測試整個電池控制裝置，所有ZM或至少一個ZM必須被集成到HIL系統(tǒng)中。作為調(diào)節(jié)對象，不僅需要支持實時功能的電池仿真模型，而且需要電池單元電壓模擬器，以輸出模擬的端電壓。 電池仿真樽型可以例如在市場上獲得，如能從http://www. dspace. de/shared/data/bkm/ ElectricalDrive en/blaetterkatalog/中獲得。電池單元電壓模擬器也可以在市場上獲得，如能從以下鏈接獲得:www. scienlab. de/hosts/275/f iles/28765/404. pdf。上述用于測試電池控制裝置的電池仿真模型模擬由多個單電池單元聯(lián)接構(gòu)成的電池的行為。其中，電池單元模型描繪電池單元的電池單元電壓和充電狀態(tài)?？梢钥紤]不同電池單元技術(shù)(如鋰離子，Ni-MH或鉛)的典型的電池單元行為。其中包括充電和放電中的差異以及負(fù)荷跳變時的動態(tài)特性和例如由于起泡效應(yīng)(Gasimgseffekte)導(dǎo)致的漏泄電流。通常，電池仿真模型還提供一個或多個溫度值，該溫度值對控制裝置而被模仿，例如也通過電池單元電壓模擬器的硬件單元來實現(xiàn)。電池的模型于是由各個電池單元模型組成。其中支持電池單元的串聯(lián)連接以達到所要求的電壓水平，也支持并聯(lián)連接以及由此產(chǎn)生的電流。其中，各個電池單元參數(shù)和狀態(tài)(如內(nèi)電阻或初始充電狀態(tài))保持為能分別調(diào)節(jié)，并且所得到的電池單元電壓也可以逐個地提供給電池控制裝置。同樣還考慮然后由電池控制裝置為了電池單元充電平衡而調(diào)節(jié)的電流。其中參數(shù)化可以通過圖形用戶接口而被操控。這樣的圖形用戶接口的一個例子是在http://www. dspace. de/shared/data/bkm/ cataloR2010/blaetterkataloR/ 中提及的 Programm ModeIDesk。電池單元電壓模擬器通常由各個可控電壓源構(gòu)成，其額定電壓值由電池模型預(yù)給定。電池單元電壓模擬器的構(gòu)造經(jīng)常模塊化地通過連接多個模擬單元而實現(xiàn)，這些模擬單元分別包括一組各自具有一個可控電壓源的電池單元模擬通道。模擬單元的能量供應(yīng)經(jīng)由電源單元實現(xiàn)，該電源單元的電壓借助于直流/直流變換器為每個電池單元模擬通道分配，以模擬單電池單元。通道相互之間電隔離，并且既可以串聯(lián)連接也可以并聯(lián)連接。目前， 在串聯(lián)連接的情況下可以達到大約1000V的總電壓。并聯(lián)連接使得能夠產(chǎn)生更高的電流。單個模擬通道除了具有幾伏的電壓供應(yīng)之外還具有用于根據(jù)預(yù)給定的額定值調(diào)節(jié)電池單元電壓的放大器單元。單個模擬通道相對更寬的電壓范圍就允許對有缺陷的電池單元的模擬。例如利用OV的輸出來模擬短路的電池單元。而比標(biāo)稱電壓高的電壓模擬在充電過程中電池單元的提高的內(nèi)電阻。為了真實地模仿電池，必須快速地調(diào)平額定值跳變(Sollwertsprunge)。對此的要求目前是少于500 μ S。電壓源的所要求的快速調(diào)節(jié)大多通過一個控制單元、即一個快速計算單元實現(xiàn)。 為此例如設(shè)置可以提供多個模擬單元的通道的FPGA。經(jīng)由(例如通過光電耦合器)與到這些通道的電隔離的接口的總線連接來數(shù)字地傳輸額定電壓值到放大器單元?？刂茊卧c上級計算單元交換數(shù)據(jù)，在該上級計算單元上執(zhí)行電池仿真模型，根據(jù)該電池仿真模型為電池模擬預(yù)給定額定電壓值。如在真實電池中那樣，所模擬的電池單元電壓在模擬中也串聯(lián)連接。控制裝置中(即ZM)中的電壓測量準(zhǔn)確性高地進行，因為電池單元經(jīng)常具有非常平坦的放電特性曲線。因此，在電池單元電壓的模擬中要求高的準(zhǔn)確性。通常，超過2mV的偏差就是不能容忍的。電池單元充電平衡功能對所模擬的電壓源加載以幾百mA。電壓的準(zhǔn)確性在加載中必須保持，因此，從模擬到控制裝置的線路上的電壓降必須被補償。為此，每個電池單元模擬通道配備有測量線路，該測量線路為放大器單元測量ZM輸入端上的準(zhǔn)確的電壓值。此外，在每個電池單元模擬通道中檢測平衡電流(Ausgleichsstrom)，將其提供給控制單元，并且被考慮以正確仿真充電狀態(tài)。借助于另一測量線路檢驗在電池單元或通道串聯(lián)連接的情況下由上游連接的(vorschalten)電壓源的電勢所給出的基準(zhǔn)電勢的電壓值是否與控制裝置對于這個上游連接的電壓源檢測到的電壓值一致。但是，現(xiàn)有技術(shù)中所公開的電池仿真系統(tǒng)具有以下缺點其沒有提供對諸如電纜斷裂等這樣的故障的仿真的可能性，因為一般在硬件在環(huán)仿真中所使用的故障仿真卡(FIU 卡)由于高電壓以及附加的測量線路而不能在電池模擬系統(tǒng)中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于盡可能地降低現(xiàn)有技術(shù)的缺點。這個任務(wù)通過權(quán)利要求1和12的特征來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中給出了有利的實施方式。 根據(jù)本發(fā)明提供了一種電池模擬設(shè)備，具有控制單元以及至少一個用于根據(jù)由控制單元經(jīng)由電隔離的接口所預(yù)給定的額定值在電池控制裝置一個端子上模擬電池單元電壓的模擬通道。模擬通道包括具有用于調(diào)節(jié)輸出電壓的放大器單元的電壓源、用于連接該模擬通道(尤其是將該模擬通道與基準(zhǔn)電勢、電池控制裝置一個端子以及與下游連接的 (nachschalten)模擬通道連接)的連接線路以及測量線路。其中設(shè)置測量線路以檢測控制裝置另一端子上的基準(zhǔn)電勢以及控制裝置該端子上模擬通道的輸出電壓，并且測量線路用于傳輸測量值到放大器單元，放大器單元使用該測量值來根據(jù)預(yù)給定的額定值來調(diào)節(jié)輸出電壓。根據(jù)本發(fā)明，模擬通道具有用于對故障狀態(tài)、尤其是電纜斷裂進行仿真的裝置。優(yōu)選地，第一連接線路具有用于將可控電壓源與基準(zhǔn)電勢(尤其是上游連接的模擬通道的輸出端子)連接的輸入端子，第二連接線路具有用于將該可控電壓源的輸出電壓與電池控制裝置的相應(yīng)端子連接的分接端子，第三連接線路具有用于將該可控電壓源的輸出電壓與負(fù)載(尤其是與下游連接的模擬通道的輸入端子)連接的輸出端子。此外，優(yōu)選地，第一測量線路用于檢測基準(zhǔn)電勢的值(如其在控制裝置的第一端子上存在的那樣)，第二測量線路用于檢測輸出電壓的值(如其在控制裝置的第二端子上那樣)。
用于仿真故障狀態(tài)的裝置在這里首先應(yīng)當(dāng)是指任意適當(dāng)?shù)拈_關(guān)裝置，以下也稱為開關(guān)。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的電池模擬設(shè)備的模擬通道的第一和第二連接線路中設(shè)置用于仿真故障狀態(tài)的開關(guān)，尤其是用于仿真兩個電池單元之間電池單元連接器電纜斷裂的第一開關(guān)以及用于仿真控制裝置與電池單元之間連接中電纜斷裂的第二開關(guān)，其中開關(guān)能由控制單元經(jīng)由電隔離的接口控制。優(yōu)選地，第一連接線路以及第一和第二測量線路與放大器單元的輸入端毗連 (anliegen)，第二和第三連接線路優(yōu)選與放大器單元的輸出端毗連。這里用測量線路來稱呼高歐姆耦接的線路，該線路通常只用于執(zhí)行測量(優(yōu)選是電壓測量)，其中，但是沒有較大的電流流經(jīng)該這些線路。相反，連接線路是指電流傳導(dǎo)的連接。在一種特別有利的實施方式中，為了抑制可能經(jīng)由測量線路到達模擬通道的放大器的可能的干擾信號，還在測量線路中安裝可控開關(guān)。在第一開關(guān)狀態(tài)中接通第一測量線路的第三開關(guān)在第二開關(guān)狀態(tài)中將放大器單元中第一測量線路的輸入端與放大器單元中第一連接線路的輸入端相連，使得經(jīng)由第一測量線路引入的值與放大器單元檢測作為基準(zhǔn)電勢的值相同，并且在第一開關(guān)狀態(tài)中接通第二測量線路的第四開關(guān)在第二開關(guān)狀態(tài)中將放大器單元中第二測量線路的輸入端與放大器單元的輸出端相連，使得經(jīng)由第二測量線路引入的值與放大器單元的輸出電壓值相同。因此，在利用根據(jù)本發(fā)明的電池模擬設(shè)備的故障仿真方法中，在連接線路中的開關(guān)被斷開以仿真電纜斷裂時，相應(yīng)測量線路中的開關(guān)同時從第一開關(guān)狀態(tài)切換到第二開關(guān)狀態(tài)中，使得測量線路的測量值不是在控制裝置的端子上、而是在被仿真的電纜斷裂前相應(yīng)連接線路上被測量。因此，放大器單元中第一測量線路的輸入端與放大器單元中第一連接線路的輸入端連接，或者放大器單元中第二測量線路的輸入端與放大器單元中第二連接線路的輸出端相連。也就是說，第一測量線路中的第三開關(guān)與用于仿真電池單元連接器電纜斷裂的第一開關(guān)同時進行開關(guān)操作，和/或第二測量線路中第四開關(guān)與用于仿真控制裝置與電池單元之間連接中電纜斷裂的第二開關(guān)同時進行開關(guān)操作。優(yōu)選地，這些開關(guān)由繼電器構(gòu)成。電池模擬設(shè)備與控制裝置之間繼電器開關(guān)的一個優(yōu)點在于還提供了用于分隔控制裝置和仿真設(shè)備的可靠切斷機制。特別有利的是，平行于第三和第四開關(guān)的第二開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)位置還分別連接電容器，以便減弱切換時的超調(diào)。模擬通道與控制單元之間電隔離的數(shù)據(jù)連接例如可以借助于光電耦合器和連接到光電耦合器的扁平電纜連接來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)連接優(yōu)選是總線連接，并且控制單元在FPGA中實現(xiàn)。控制單元又與上級計算單元連接，在該上級計算單元上能執(zhí)行電池仿真模型。計算單元例如由處理器構(gòu)成?？刂茊卧獜脑谟嬎銌卧蠄?zhí)行的電池仿真模型獲得電池單元電壓的額定值。優(yōu)選地，多個模擬通道在插接卡上組合為一個模擬單元。根據(jù)本發(fā)明，模擬單元的電壓供應(yīng)由電源電壓(Netzspanrumg)提供，其中模擬通道的供電借助于直流/直流變換器實現(xiàn)。優(yōu)選地，電源單元(Netzteil)的24V被轉(zhuǎn)換為+IOV到-IOV的電壓。電源電壓是恒定的。用于模擬電池單元電壓的放大器單元的輸出電壓由控制單元根據(jù)電池仿真模型的規(guī)定來調(diào)節(jié)。有利地，模擬通道具有優(yōu)選集成到放大器單元中的電流測量單元，用于測量由控制裝置控制的平衡電流。通過電流測量所確定的值經(jīng)由電隔離的數(shù)據(jù)連接傳送到控制單元，該測量值從該控制單元被轉(zhuǎn)發(fā)到具有電池仿真模型的上級計算單元。根據(jù)本發(fā)明，故障仿真開關(guān)的控制同樣經(jīng)由模擬通道與控制單元的電隔離的數(shù)據(jù)總線連接根據(jù)電池仿真模型的規(guī)定而進行。在一種優(yōu)選實施方式中，模擬單元實現(xiàn)在插接卡上，并且包括多個模擬通道(優(yōu)選為四個)。各個模擬通道優(yōu)選彼此之間電隔離。模擬單元6內(nèi)各個模擬通道8、8'之間的電隔離不必設(shè)計得如模擬單元6與環(huán)境之間(即模擬單元與其他環(huán)境之間)的電隔離那么高。對于模擬單元6內(nèi)各個模擬通道8、8'之間的電隔離，優(yōu)選大于IOV的隔離就足夠了，而對于模擬單元6與環(huán)境之間的電隔離，隔離優(yōu)選對于電壓設(shè)計為直至lkV。根據(jù)本發(fā)明，模擬通道既可以串聯(lián)連接也可以并聯(lián)連接，以便提高模擬單元的輸出電流，即模擬更高的電池單元電流。單個通道例如也可以用于仿真溫度傳感器。有利地，控制單元實現(xiàn)在一個單獨的插接卡上，并且包括控制計算單元(例如 FPGA)和用于經(jīng)由總線連接與模擬單元或模擬通道進行數(shù)據(jù)交換的總線驅(qū)動器?？偩€連接優(yōu)選可以通過扁平電纜生成。這使得能夠以簡單的方式將控制單元與多個模擬單元連接。 經(jīng)由該總線連接，不僅傳輸用于模擬電池單元的數(shù)據(jù)和指令而且還傳輸用于故障仿真的數(shù)據(jù)和指令。因為每個模擬通道上用于數(shù)據(jù)總線的接口電隔離，所以確保了用于故障仿真的開關(guān)的電隔離的操控。優(yōu)選地，在模擬單元插接卡的端部安裝所要求的端子，即用于將電池模擬與控制裝置連接的屏蔽的Sub-D插頭以及用于能量供應(yīng)(優(yōu)選為MV)的端子。該結(jié)構(gòu)使得如果插接卡被插入到19" /3HU部件支架中時能夠容易地操作。


以下借助于實施例結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明的電池模擬設(shè)備以及用于仿真故障狀態(tài)的方法。其中功能相同的電路部分具有相同的附圖標(biāo)記。附圖中圖1顯示了連接到電池的電池控制裝置，圖2示出了結(jié)合電池控制裝置的電池單元模塊的電池模擬設(shè)備的示意圖，圖3示出了模擬通道，圖4示出了具有根據(jù)本發(fā)明的模擬電路的模擬通道。
具體實施例方式圖1顯示了連接到電池的電池控制裝置1的簡化電路圖，如其在現(xiàn)有技術(shù)中例如在電動汽車中存在的那樣。電池控制裝置1由BMS控制裝置2和多個ZM控制裝置3構(gòu)成， 其中ZM和BMS經(jīng)由隔離的CAN總線相互連接。ZM 3分別被分配給一個電池單元組，即電池的所有單電池單元的一個子集(在圖1中未示出)。ZM 3還監(jiān)視各個電池單元或電池單元組的電壓。
圖2顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池模擬設(shè)備的示意圖，該電池模擬設(shè)備與上級計算單元4并且與電池控制裝置1的電池單元模塊(ZM) 3連接，其中在上級計算單元4上能運行電池仿真模型(未顯示)。電池模擬設(shè)備5包括控制單元7、具有模擬通道8、8'、8〃的多個模擬單元6、6'， 其中這些模擬通道具有連接線路lla、llb、llc、lla〃以及測量線路9a、9a'、9b、9b'。模擬通道與電池控制裝置1的輸入端IOcUlOd'(電池控制裝置1的正好一個ZM 3)相連。在電池仿真模型中為每個電池單元計算電池單元的電池單元電壓和充電狀態(tài)，其中可以考慮不同電池單元技術(shù)如鋰離子、Ni-MH或鉛)的典型電池單元特性。優(yōu)選地，通過只考慮基準(zhǔn)電池單元和另一電池單元相對于該基準(zhǔn)電池單元的電壓差，為結(jié)構(gòu)相同的電池單元進行計算。所計算的電池單元電壓作為額定值要么經(jīng)由銅纜線要么經(jīng)由光電纜線被傳輸?shù)娇刂茊卧?。優(yōu)選使用數(shù)字的數(shù)據(jù)接口，例如LVDS接口。計算單元4與控制單元7之間的這種連接確保了電隔離的數(shù)據(jù)傳輸，以便保護仿真計算機?？刂茊卧?又與模擬單元6、6'連接，優(yōu)選經(jīng)由數(shù)據(jù)總線連接21進行連接。控制單元7包括控制邏輯單元Gf^BFPGA)和用于數(shù)據(jù)總線連接21的總線驅(qū)動器。借助于預(yù)給定的額定值，控制單元7控制用于模擬電池單元電壓的模擬通道8、8'、8"，但是還將仿真相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到計算單元4，例如在模擬單元6、6'中采集的電流值或者所仿真的溫度值。模擬通道8、8'、8"分別包括可控電壓源15和放大器單元13 (參見圖3和4)。模擬通道8、8'、8"為與其連接的ZM 3模仿各個電池單元的電池單元電壓。它們相互電隔離，但是可以如真實電池的電池單元那樣串聯(lián)連接。如果需要較高的電流，則它們也可并聯(lián)連接，從而多個模擬通道8、8'、8"模擬一個電壓電池單元或者模仿另一電流。圖2顯示了模擬通道8、8'、8"的串聯(lián)連接，以測試ZM 3或整個電池控制裝置1。經(jīng)由連接線路11實現(xiàn)互連。在模擬通道8上，第一連接線路Ila具有輸入端子10a，用于將模擬通道8與基準(zhǔn)電勢(尤其是與上游連接的模擬通道8')連接。此外，第二連接線路lib具有分接端子 10b，用于將模擬通道8的輸出電壓與電池控制裝置3的端子IOd連接，并且第三連接線路 Ilc具有輸出端子10c，用于連接模擬通道8的輸出電壓，尤其是將模擬通道8與下游連接的模擬通道8"的輸入端子IOa"連接。如果模擬通道8是一個電池模擬的最后一個模擬通道，則不需要端子10c，即連接線路Ilc保持開路。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，連接線路lib和Ilc可以部分地由同一連接線路構(gòu)成，或者連接線路lib可以在模擬通道之間連接線路Ilc的任意點分接，反之亦然。同樣明白的是， 根據(jù)圖2，由于對稱的原因，模擬通道8'方面的端子IOa可以被稱為IOc'，或者模擬通道 8〃的端子IOc可以被稱為端子IOa"。在實踐中，這些端子可以由各種可能類型的端子構(gòu)成，從而也可以存在多個端子， 例如不僅端子IOc而且端子IOa"，或者端子可以通過連接線路中電隔離的開關(guān)實現(xiàn)，從而例如連接線路Ilc和Ila"可以由這樣的開關(guān)連接或分隔。端子IOb和IOd之間的連接可以通過非常長的纜線22實現(xiàn)。由于為了檢驗電池控制裝置特別重要的是要知道控制裝置3的端子IldUld'上準(zhǔn)確的電壓值，所以每個模擬通道8、8'、8〃還具有兩條測量線路9a、9a'、9a〃、9b、9b'、9b〃。例如，模擬通道8的第一測量線路9a用于檢測基準(zhǔn)電勢(尤其是模擬通道8'的輸出電壓)的值，如其在控制裝置3的端子IOd'上那樣。第二測量線路9b檢測模擬通道8的什么輸出電壓施加于控制裝置3的端子IOd'上。有利地，測量線路9a還可以在模擬通道8"的相應(yīng)測量線路9b' 上檢測基準(zhǔn)電勢的值，如其在端子IOd'上施加給控制裝置3那樣。圖3示意性地顯示了模擬通道8的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造。其包括用于為模擬通道8 供應(yīng)能量的具有基準(zhǔn)地電勢17的電壓源16、可控電壓源15以及放大器單元13。可控電壓源15包含基準(zhǔn)電壓源和經(jīng)由到控制單元7的總線連接接口 14被操控的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。為了防止高電壓，在總線連接接口 14之前設(shè)置隔離阻擋裝置(ls0lati0nsbarriere)23?？煽仉妷涸?5與放大器單元13、功率放大器相連。為了將信息從模擬通道8傳輸?shù)娇刂茊卧?， 在模擬通道8中還設(shè)置模數(shù)變換器25，其將所測得的電流值同樣電隔離地傳送到控制單元 7，所測得的電流值從那里被傳送給計算單元4上的仿真模型?？刂茊卧?可以經(jīng)由數(shù)據(jù)總線連接21與多個模擬通道通信。放大器單元具有連接線路lla、llb、llc和測量線路9a、9b。放大器單元同樣由控制單元控制，并且被設(shè)計為使得其調(diào)節(jié)線路lib或lie上的電壓輸出以使得在測量線路9a、 9b之間設(shè)置根據(jù)額定電壓值的電壓差。在圖3中，在線路lib和Ilc中還沒有示出分支點。同樣示意性簡要地示出了用于故障仿真的開關(guān)12。該開關(guān)的操控同樣由控制單元7進行，即經(jīng)由總線連接接口 14和隔離阻擋裝置23。因此確保了故障仿真開關(guān)12的電隔離的操控。在圖4中更詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明的故障仿真電路。其示出了放大器單元13， 放大器單元13的輸入端19a經(jīng)由連接線路Ila與電壓源15連接，電壓源15涉及模擬通道 8的基準(zhǔn)地電勢17。從輸出模擬通道8的輸出電壓的放大器單元13的輸出端19b延伸出一連接線路，從該連接線路的節(jié)點16，連接線路lib延伸到分接端子IOb并且連接線路Ilc 延伸到端子10c，在端子IOc上例如可以連接另一模擬通道8"。此外，測量線路9a延伸到放大器單元的輸入端19c，并且測量線路9b延伸到放大器單元的輸入端19d。端子IOe和 IOf與ZM3的輸入端IOd'和IOd相連，以便在那里測量電壓測量值并且將其饋送給放大器單元13，放大器單元13調(diào)節(jié)放大器單元13的輸出端19b上的電壓使得作為實際電壓的測量值的差電壓對應(yīng)于來自電池仿真模型的額定電壓。線路Ila和lib具有可控開關(guān)1 和12b，借助于可控開關(guān)1 和12b，可以通過斷開開關(guān)1 來對電池單元連接器中的電纜斷裂進行仿真、或者通過斷開開關(guān)12b來對控制裝置和電池之間的連接中的電纜斷裂進行仿真、或者對這二者進行仿真。開關(guān)1 設(shè)置在基準(zhǔn)地電勢17和端子IOa之間。開關(guān)1 設(shè)置在放大器單元的輸出端19b和端子IOb之間。其可以位于節(jié)點16之前或之后。后一種變體用節(jié)點16'和連接線Ilc'來表示。在這種情況下，通過斷開開關(guān)12b不僅會仿真到控制裝置的連接線路 lib中的電纜斷裂，而且還仿真到下游連接的模擬通道的連接Ilc'中的電纜斷裂。連接線 Ilc在節(jié)點16之前分接，因此其具有以下優(yōu)點所述電纜斷裂可以分開地被仿真。到下一電池按的電池單元連接器中的電纜斷裂在下游連接的模擬通道8"相同構(gòu)造的情況下通過對應(yīng)于開關(guān)1 地斷開設(shè)置在那里的開關(guān)12a"而被仿真。同樣地，在實際轉(zhuǎn)換中可以規(guī)定， 節(jié)點16位于端子IOb后面，從而模擬通道8只具有四個端子。為了在開關(guān)1 或12b斷開的情況下阻止電流經(jīng)由測量線路9a或9b在ZM和電池模擬設(shè)備之間流動，在電纜斷裂的故障仿真的情況下還必須中斷相應(yīng)的測量線路9a或％。因此，在測量線路9a、9b中同樣設(shè)置可控開關(guān)，即在測量線路9a中設(shè)置第三開關(guān)12c，在測量線路9b中設(shè)置第四開關(guān)12d。這些開關(guān)12c或12d必須與連接線路中的相應(yīng)開關(guān)1 或 12b同時地被操縱。但是如果測量線路9a、9b完全(Iediglich)中斷，則在輸入端19c或19d上沒有電壓，這會導(dǎo)致放大器單元13中的運算放大器會進入極限并且由此，在反饋的情況下會導(dǎo)致不現(xiàn)實的過調(diào)。為了克服該問題，開關(guān)12c、12d在測量線路9a、9b中被設(shè)置為使得在斷開控制裝置3與電池模擬設(shè)備5之間的測量線路9a、9b的情況下，測量線路9a、9b的與放大器單元13相連的部分同樣也與相應(yīng)的連接線路11a、lib相連，由此，放大器單元13的輸入端19a或放大器單元13的輸入端19b與放大器單元13的測量輸入端19c或與放大器單元13的測量輸入端19d相連。具體地這意味著在第三開關(guān)12c的第一開關(guān)位置中，測量線路9a接通。通過轉(zhuǎn)換到第二開關(guān)位置，第一測量線路9a被中斷，并且同時，與第一連接線路Ila的連接27a被接通，從而為了測量輸入端19c上的基準(zhǔn)電勢，現(xiàn)在直接測量可控電壓源15上的基準(zhǔn)電勢。類似地，在第四開關(guān)12d的第一開關(guān)位置中，測量線路9b接通，并且通過將開關(guān) 12d轉(zhuǎn)換到第二開關(guān)位置中，測量線路9b被中斷，其中同時接通到第二連接線路lib的連接 27b，從而作為測量值，現(xiàn)在對應(yīng)于放大器單元13的輸出電壓的值位于輸入端19d上。為了降低在轉(zhuǎn)換時的過調(diào)，與連接線路9a或9b及相應(yīng)連接27a或27b并聯(lián)地為開關(guān)12c和12d設(shè)置電容器18a、18b。
權(quán)利要求
1.一種電池模擬設(shè)備(5)，具有:控制單元(7)，和至少一個模擬通道(8)，用于根據(jù)由所述控制單元(7)經(jīng)由電隔離的接口(14)預(yù)給定的額定值在電池控制裝置⑶的端子(IOd)上模擬電池單元電壓，其中所述模擬通道(8)具有電壓源(1 、放大器單元(1 、用于連接所述模擬通道(8) 的連接線路(11a，11b，11c)、以及測量線路(9a，9b)和用于對故障狀態(tài)、尤其是對電纜斷裂進行仿真的裝置(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模擬設(shè)備，其中所述模擬通道(8)具有用于將所述模擬通道(8)與基準(zhǔn)電勢相連的第一連接線路(Ila)、用于將所述模擬通道(8)與所述電池控制裝置(3)的端子(IOd)連接的第二連接線路(lib)以及用于將所述模擬通道(8)與下游連接的模擬通道(8")相連的第三連接線路(11c)，并且第一連接線路(Ila)與所述放大器單元(1 的輸入端(19a)毗連，第二連接線路(lib)和第三連接線路(Ilc)與所述放大器單元(13)的輸出端(19b)毗連。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池模擬設(shè)備(5)，其中所述模擬通道(8)具有用于在所述控制裝置(3)的另一端子(IOd')上檢測基準(zhǔn)電勢的第一測量線路(9a)和用于在所述控制裝置(3)的所述端子(IOd)上檢測所述模擬通道的輸出電壓的第二測量線路 (%)，其中這些測量線路(9a，9b)與所述放大器單元(13)的輸入端(19c，19d)毗連以便將測量值傳輸?shù)剿龇糯笃鲉卧?13)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池模擬設(shè)備(5)，其中作為用于對故障狀態(tài)進行仿真的裝置(12)，在所述模擬通道(8)的第一連接線路(Ila)和第二連接通道(lib)中設(shè)置可控開關(guān)(12a，12b)，其中第一連接線路(Ila)中的第一可控開關(guān)(12a)用于對兩個電池單元之間的電池單元連接器的電纜斷裂進行仿真，和/或第二連接線路(lib)中的第二可控開關(guān)(12b)用于對控制裝置和電池單元之間的連接中的電纜斷裂進行仿真。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，在第一測量線路(9a)中設(shè)置第三可控開關(guān)(12c)和/或在第二測量線路(9b)中設(shè)置第四可控開關(guān)(12d)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，所述電壓源(1 是具有基準(zhǔn)電壓源和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的可控電壓源。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，所述控制單元(7)和模擬單元(6)經(jīng)由數(shù)據(jù)總線連接連接。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，所述可控開關(guān)(1 ， 12b，12c，12d)能借助于所述控制單元(7)經(jīng)由所述數(shù)據(jù)總線連接和電隔離的接口 (14)來操控。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，所述可控開關(guān)(1 ， 12b，12c，12d)由繼電器構(gòu)造。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，一個模擬單元(6，6'， 6")具有多個模擬通道(8，8'，8")、尤其是四個模擬通道，并且實現(xiàn)在一個插接卡上。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，所述控制單元(7)實現(xiàn)在一個單獨的插接卡上，其中這個單獨的插接卡能與多個插接卡連接、尤其是經(jīng)由扁平電纜連接能與多個插接卡連接。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的電池仿真設(shè)備，其特征在于，模擬單元(6，6'，6") 的端子分別設(shè)置在一個插接卡的后端部上。
13.一種用于借助于電池模擬設(shè)備(5)檢查電池控制裝置(1)的方法，所述電池模擬設(shè)備(5)具有控制單元(7)，和至少一個模擬通道(8)，用于根據(jù)由所述控制單元(7)經(jīng)由電隔離的接口(14)預(yù)給定的額定值在電池控制裝置⑶的端子(IOd)上模擬電池單元電壓，其中所述模擬通道(8)具有電壓源(1 、放大器單元(1 、用于連接所述模擬通道(8) 的連接線路(11a，11b，11c)、以及測量線路(9a，9b)，并且為了對故障狀態(tài)、尤其是對電纜斷裂進行仿真，通過所述控制單元(7)操控設(shè)置在所述模擬通道(8)的連接線路(11a，11b，lie)中的開關(guān)裝置(12a，12b)。
全文摘要
一種電池模擬設(shè)備(5)，具有控制單元(7)和用于根據(jù)由控制單元(7)經(jīng)電隔離的接口(14)預(yù)給定的額定值在電池控制裝置(3)的端子(10d)上模擬電池單元電壓的至少一個模擬通道(8)，其中模擬通道(8)具有電壓源(15)、放大器單元(13)、用于連接模擬通道(8)的連接線路(11a，11b，11c)、及測量線路(9a，9b)和用于對故障狀態(tài)、尤其是對電纜斷裂進行仿真的裝置(12)。
文檔編號G05B17/02GK102467091SQ20111004339
公開日2012年5月23日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者J·布拉克, J·德里森 申請人:帝斯貝思數(shù)字信號處理和控制工程有限公司