[发明专利]用于模拟电气装置性能的模块化系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于模拟电气装置的性能的模块化系统，并且涉及使用该系统的方法。

背景技术

用于确认大型复杂电气系统性能的测试可能是具有挑战性的任务。例如，多电芯电池组被用于存储以纯电动或电动辅助模式驱动一些车辆所需的高压电能。在一些锂离子可再充电电池组设计中，该电池组可能包括许多分立的电池电芯。在车辆开发的所有阶段过程中，例如牵引动力转换模块和辅助动力模块等相关的高压部件也经受严格的台架测试。通常，这样的测试直接在实验室环境中的大型校准装置上进行。

发明内容

本文公开了一种系统，其模拟例如上面提到的多电芯电池组（multi-cell battery pack）等复杂电气装置。该系统便于电气装置测试和故障模式复制。通过使用本方法，不需要多电芯电池组形式的校准器。这减小与空间和部件相关的成本，同时最小化其他与在实验室环境中的高压设备一起工作有关的考虑。因而本文公开的系统提供正在测试其性能的电气装置的电子复制。

在系统内，主机的用户界面可用于便于模拟多个模块化电芯（modular cell）中的每一个的期望状态的测试要求的建立。例如，对于每一个模块化电芯，系统可模拟预定的电压水平、开路、短路或默认/加载电路。该系统还指示各个模块化电芯读取和记录返回到主机的其相应的电压或电流水平。系统中使用的模块化电芯可容易地通过改变由主机执行的控制编码简单地更新，改变由主机执行的控制编码是转而更新用于每一个模块化电芯中的专用微处理器的固件的步骤。

具体地，本文公开了用于模拟电气装置的操作的系统。该系统包括主机和具有可电连接到输入电源的电压连接器的至少一个印刷电路板组件（PCBA）。在其他实施例中，机柜可限定多个隔间，其每一个将PCBA容纳在可移除架内。每一个PCBA包括通信模块、多个功率开关模块（power switching module：PSM）和上面说明的模块化电芯，所述功率开关模块将来自输入电源的输入功率转变为校准的DC电压。每一个模块化电芯连接到相应的一个模块化PSM，以确保这些电芯与其他电芯磁隔离。每一个电芯的微控制器可由通信模块单独寻址。

主机选择地将电芯状态消息通过通信模块，作为使用CAN协议的控制器局域网络（CAN）消息，输送到一个或多个模块化电芯，其中每一个电芯状态消息包含至少一个电芯地址和期望的模拟状态。通信模块接收电芯状态消息，并且将电芯状态消息转变为相应的串行信号组，并且将该串行消息传输到相应的电芯的微处理器。反之，电芯通过设置其内部状态到串行消息中指示的期望状态对串行消息作出反应，并且将电芯状态消息通过通信模块传输回到主机。电芯状态消息可记录相应的电芯的电压水平和电流水平中的至少一个。

在结合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点通过下面执行本发明的最佳模式的详细描述变得显而易见。

附图说明

图1是用于模拟电气装置性能的示例性系统的示意图。

图2是可用于图1中所示的系统的机柜内的架的示意性侧视图。

图3是可用作图2中所示的示例性架的一部分的印刷电路板组件（PCBA）的示意性平面视图。

图3A是描绘图3中所示的PCBA内进行的示例性通信顺序的示意性流程图。

图4是描绘可用于图1的系统内的模块化电芯的一个可能实施例的示意性电路图。

图5是描述用于模拟使用图1中所示系统的电气装置的性能的示例性方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中，几幅图中的相似的附图标记对应于相似或类似的部件，系统10示意性显示在图1中。系统10可包括作为其主要部件的机柜组件12和主机14。系统10整体模拟电气装置的操作和功能，例如上面所述的多电芯车辆电池组。通过提供模拟的电气装置的电子复制（electronic facsimile），该系统10可被用于近似地模拟装置的电特性，例如通过模拟多个不同电池电芯中的每一个的特性。

机柜组件12由外部交流（AC）电源40（例如传统的110V AC墙壁插座）供电。AC电网功率（箭头11）因而被直接传送到机柜组件12。开关（未示出）可被用于根据需要选择地驱动机柜12开和关，以进行测试。