KORE储能项目RBMS软件测试报告Word文档下载推荐.docx
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KORE储能项目BMS系统采用三层架构设计:
从板(MBMS)负责实时采集各电芯的单体电压、温度等参数并根据充电时电芯的单体电压差值进行均衡控制;
二级主板(RBMS)负责采集各电池簇的总电压及总电流等参数,根据一级主板(MSBMS)的控制指令闭合或断开正极及负极继电器以进行高压上电或下电,同时二级主板还可在一级主板保护动作失效时进行紧急保护动作,为电池的安全运行提供双重保护;
一级主板(MSBMS)负责与外部PCS进行通讯实现储能系统的充放电控制,在电池系统发生故障时主动切断电池簇以确保安全。
1.2编写目的
本文档用于记录加拿大KORE储能项目二级主板软件测试过程中在预定的触发条件下的响应过程及结果等测试数据,并分析测试数据,归纳测试工作进行中暴露的问题与遗留的风险,供研发人员及管理人员查阅。
1.3名词解释
单体电池:
由电极和电解质组成,构成电池组的最小单元,能将所获得的电能以化学能的形式贮存并将化学能转换为电能的一种电化学装置。
电池模块:
多节单体电池通过电气方式进行串并连接,组成一个电池模组。
电池箱:
多个电池模组进行串联,采用外壳进行包裹,常使用一个电池管理系统从控模块进行采集。
电池簇:
由若干个电池箱串联,并与电路系统相联组成的电池系统,电路系统一般由监测、保护电路、电气、通讯接口及热管理装置等组成。
BMS(BatteryManagementSystem):
电池管理系统,用于对蓄电池充、放电过程进行管理,提高蓄电池使用寿命,并为用户提供相关信息的电路系统的总称,由MSBMS、RBMS、MBMS等管理单元组成,可根据储能系统配置选用两层或三层架构。
MBMS:
电池管理单元,具有监测电池模块内单体电池电压、温度的功能,并能在充电过程中根据各电芯的单体压差开启或关闭均衡,为蓄电池提供通信接口的系统。
MBMS是电池管理系统(BMS)的最小组成管理单元,通过通信接口向电池簇管理单元(RBMS)提供电池模块内部信息。
RBMS:
电池簇管理单元,是由电子电路设备构成的实时监测与管理系统,有效地对电池组充、放电过程进行安全管理,对可能出现的故障进行报警和应急保护处理,保证电池安全、可靠、稳定地运行。
MSBMS:
电池堆管理单元,通过内部CAN总线获取RBMS上报的电压、温度、电流、绝缘、继电器状态信息,与显示屏通信,将储能系统的状态信息实时显示在显示屏上,并与PCS通信以控制PCS对储能系统的充放电过程。
一个MSBMS(主)管理N个RBMS(从)提供的电池组信息,构成一主多从的并联电池组架构。
SOC:
电池荷电状态,电池当前实际可用电量与额定电量的比值。
2测试概要
2.1测试目的
测试加拿大KORE储能项目BMS系统中二级主板(RBMS)的高压上下电管理功能及故障时的保护功能是否符合需求,将测试过程中发现的问题及时反馈给开发人员,形成BMS软件开发过程中开发质量的闭环控制。
。
2.2测试时间
2019年7月10日—2018年7月18日。
2.3测试项目
RBMS软件测试分为告警测试和高压上下电功能测试。
告警测试共进行单体电压过高、单体电压过低、总电压过高、总电压过低、单体电压压差过大、充电电流过大、放电电流过大、温度过高、温度过低、温差过大等12大类共36项测试。
高压上下电功能测试进行高压上电测试和高压下电测试,其中高压下电又分为正常情况下的高压下电测试和紧急情况下的高压下电测试。
高压上下电功能测试分3大类共7项测试。
测试项目详细信息请查阅《KORE储能项目软件测试用例(二级主板)》(版本A)。
2.4测试环境及工具
1瑞能测试柜控制电脑配置:
系统版本—Windows7旗舰版32位操作系统;
CPU配置—Intel(R)Core(TM)i3CPUM380@2.53GHz2.53GHz;
内存配置—4.00GB。
2报文监测电脑配置:
系统版本—Windows10家庭版64位操作系统;
CPU配置—Intel(R)Core(TM)i5-8300HCPU@2.30GHz2.30GHz;
内存配置—8.00GB。
3测试设备及工具:
测试工具
用途
CANTest
用于接收RBMS向MSBMS上报的报文以及MSBMS下发的控制指令报文。
USBCAN2
CAN通讯硬件设备,通过该设备对测试过程中RBMS与MSBMS之间交互报文进行监控。
CANalyst-II
CAN通讯硬件设备,通过该设备模拟发送PCS报文并对MSBMS上报报文进行监控
从板(MBMS)
对单体电压及温度等进行采集,并将采集到的数据通过CAN通讯上报RBMS。
二级主板
(RBMS)
本测试报告的测试对象。
一级主板
(MSBMS)
用于向RBMS下发控制指令,测试RBMS能否正确响应MSBMS的命令。
瑞能测试柜
可模拟输出0~5V的单体电压值以及0~1000V的总电压值,通过调节其输出值来触发被测对象的相应动作。
可调电阻
通过调节可调电阻的阻值,改变从板采集到的温度数值。
3测试平台搭建
3.1MBMS接口定义
表3-1MBMS接口定义
序号
接口编号
针脚数量
接口主要功能
1
P1
36PIN
24路单体电压采集及4路温度采集接口
2
P4
4PIN
风扇控制输出及反馈信号接口
3
P5
12PIN
从板供电电源及风扇电源输入,从板地址线及CAN通讯接口
4
P6
从板供电电源及风扇电源输出,从板地址线及CAN通讯接口
3.2RBMS接口定义
表3-2RBMS接口定义
总电压及总电流(分流器采集方式)采集接口
P2
从板供电电源及风扇电源输出,内部CAN通讯及1路数字量输出接口
P3
外部CAN通讯及RS485通讯接口
24PIN
继电器控制输出及状态反馈接口,霍尔传感器电源输出及采集信号输入接口,风扇速度调节PWM波输出接口,2路数字量输入接口
5
RBMS供电电源输入接口
3.3MSBMS接口定义
表3-3MSBMS接口定义
MSBMS供电电源输入接口
3.4测试平台搭建步骤
a)准备好两块MBMS、两块RBMS、一块MSBMS,线束若干;
b)选择适用的线束分别插入MSBMS的P2、P3及P6接口,RBMS的P1、P2、P3、P5及P6接口,MBMS的P1及P5接口;
c)完成MSBMS的接线:
将P6接口线束中的K30及K15接至12V电源正极,GND接至12V电源负极;
将P2接口线束中的内部CAN通讯线(线号为INT_CANH及INT_CANL)与ZLG的USBCAN2进行连接;
将P3接口线束中的外部CAN通讯线(线号为EXT_CANH及EXT_CANL)与创芯的CANalyst-II进行连接。
d)完成RBMS的接线:
将P6接口线束中的K30及K15均接至12V电源正极,GND接至12V电源负极;
将P5接口线束中的K-OUT1及K-OUT2分别接至正极继电器和负极继电器的线圈的A1端子,并将正极及负极继电器状态反馈线(线号分别为RELAY_Contor01-A、RELAY_Contor01-B、RELAY_Contor02-A及RELAY_Contor02-B)分别接至相应继电器的反馈触点端子上,此外将OUT_PUT和Sensor_GND接至数字可调恒压源的正极及负极;
将P3接口线束中的CAN通讯线(线号为EXT_CANH及EXT_CANL)接至ZLG的USBCAN2,实现与MSBMS之间的CAN通讯连接;
用合适的线束将P2接口与从板P5接口连接起来(在本文档所述的测试中,每块RBMS只连接一块MBMS);
将一块二级主板P1接口线束中的内外总压采集线接至瑞能测试柜接线面板的B0端子及B48端子上,将另一块二级主板P1接口线束中的内外总压采集线接至瑞能测试柜接线面板的Z+及Z-端子上。
e)完成MBMS的接线:
将P1接口线束中的U_GND_01、U_GND_02、BAT01_01~BAT12_01、BAT01_02~BAT12_02按照图3-1单体电压采集线束接线图所示顺序地接至瑞能测试柜的BMS-A接线面板上,将RT1~4、NTC_GND_01~04分别接至4个可调电阻两端。
f)检查确认所有接线正确无误后即可闭合供电电源,按照二级主板软件测试用例进行各项测试。
图3-1单体电压采集线束接线图
最终搭建完成的测试平台实物图如图3-2所示,图中1号线圈内为MBMS,2号线圈内为RBMS,3号线圈内为MSBMS。
图3-2测试平台实物图
4测试结果及分析
4.1高压上下电管理功能测试
高压上下电测试主要测试内容包括:
RBMS在收到MSBMS的闭合正极/负极继电器指令后能否正常闭合相应继电器以及在收到下电指令后能否根据充放电状态断开继电器(充电时优先切断负极继电器,放电时优先切断正极继电器);
当RBMS检测到严重故障且未收到MSBMS下电指令时能否主动切断继电器以确保电池安全。
4.1.1高压上电测试
1测试方法
调节单体电压、温度、总电压、总电流等参数处于安全范围内,确保RBMS及MSBMS无任何告警或故障触发,通过USB_CAN_Tool向MSBMS模拟发送PCS报文。
当MSBMS收到该报文时会顺序地向RBMS发送闭合负极继电器及闭合正极继电器指令报文,监测RBMS在收到相应的指令报文后的动作流程。
2测试结果
BMS系统进行高压上电过程中,RBMS与MSBMS之间的交互报文如图4-1所示。
(a)RBMS闭合负极继电器
(b)RBMS闭合正极继电器
图4-1RBMS高压上电流程
3测试结果分析及结论
由图4-1(a)可知:
0x18d00100帧报文第0字节的数据为“0x02”,表明此时被测RBMS收到MSBMS的指令为闭合负极继电器;
0x18d00001帧报文第6字节的数据为“0x05”,表明此时RBMS已经执行闭合负极继电器指令,负极继电器的状态为闭合状态。
由图4-1(b)可知:
0x18d00100帧报文第0字节的数据为“0x03”,表明此时被测RBMS收到MSBMS的指令为闭合正极继电器;
0x18d00001帧报文第6字节的数据为“0x0d”,表明此时RBMS已经执行闭合正极继电器指令,正极继电器的状态为闭合状态。
综上所示,当RBMS收到MSBMS的闭合负极/正极继电器指令后,能正常执行相应的闭合动作,并及时将继电器的闭合/断开状态上报至MSBMS,RBMS高压上电功能正常。
4.1.2正常高压下电测试
待BMS系统高压上电完成后,停止PCS模拟报文的发送,监测MSBMS与RBMS在模拟报文停止发送后的交互报文。
高压下电测试分为充电时的高压下电及放电时的高压下电两种情况,RBMS根据收到下电指令时检测到的总电流为正或负来判断电池处于放电或充电状态。
BMS系统正常下电过程中,MSBMS与RBMS之间的报文交互过程分别如图4-2的(a)、(b)、(c)、(d)所示。
其中,(a)与(b)是RBMS检测到电池处于充电时的下电管理流程,(c)与(d)是RBMS检测到电池处于放电时的下电管理流程。
(a)RBMS充电时正常高压下电流程1
(b)RBMS充电时正常高压下电流程2
(c)RBMS放电时正常高压下电流程1
(d)RBMS放电时正常高压下电流程2
图4-2RBMS正常高压下电流程
由图4-2(a)可知:
0x18d00100帧报文第0字节的数据为“0x04”,表明此时被测RBMS收到MSBMS的指令为高压下电;
0x18d00001帧报文第2、3字节的数据为“0xb0”、“0x0c”,表明此时RBMS检测到总电流值为-25.2A,电池处于充电状态;
0x18d00001帧报文第6字节的数据为“0x0b”,表明此时正极继电器处于断开状态而负极继电器处于闭合状态。
由图4-2(b)可知:
0x18d00001帧报文第6字节的数据为“0x03”,表明此时正极继电器及负极继电器均处于断开状态。
由图4-2(c)可知:
0x18d00001帧报文第2、3字节的数据为“0x8b”、“0x11”,表明此时RBMS检测到总电流值为99.1A,电池处于放电状态;
0x18d00001帧报文第6字节的数据由“0x0d”变为“0x05”,表明此时RBMS已经执行断开正极继电器动作,正极继电器的状态由闭合变为断开。
由图4-2(d)可知:
0x18d00001帧报文第6字节的数据由“0x05”变为“0x01”,表明此时RBMS已经执行断开负极继电器动作,负极继电器的状态由闭合变为断开。
综上所示,当RBMS收到MSBMS的高压下电指令后,能根据当前电池的充放电状态优先切断负极或正极继电器,随后切断剩余继电器,并及时将继电器的闭合/断开状态上报至MSBMS,RBMS正常高压下电功能无误。
4.1.3紧急高压下电测试
待BMS系统高压上电完成后,保持RBMS收到的MSBMS指令为非下电指令,随后调节外部单体电压、总电流、温度等输入参数,使得RBMS出现三级故障,监测故障成立后MSBMS与RBMS之间的交互报文。
BMS系统紧急下电过程中,MSBMS与RBMS之间的报文交互过程分别如图4-3的(a)、(b)、(c)、(d)所示。
(a)RBMS充电时紧急高压下电流程1
(b)RBMS充电时紧急高压下电流程2
(c)RBMS放电时紧急高压下电流程1
(d)RBMS放电时紧急高压下电流程2
图4-3RBMS紧急高压下电流程
由图4-3(a)可知:
0x18d00100帧报文第0字节的数据为“0x03”,表明此时MSBMS下发的指令为非下电指令;
0x18d00001帧报文第2、3字节的数据为“0x82”、“0x0b”,表明此时RBMS检测到总电流值为-55.4A,电池处于放电状态;
0x18d10001帧报文第5字节数据为“0x01”,表明此时RBMS充电电流过大-3级故障成立;
0x18d00001帧报文第6字节的数据由“0x0f”变为“0x0d”,表明此时RBMS已经执行断开负极继电器动作,负极继电器的状态由闭合变为断开,而正极继电器仍为闭合状态。
由图4-3(b)可知:
0x18d10001帧报文第4字节数据为“0x01”,表明此时RBMS单体电压压差过大-3级故障成立;
0x18d00001帧报文第6字节的数据由“0x0d”变为“0x01”,表明此时RBMS已经执行断开正极继电器动作,正极及负极继电器均处于断开状态。
由图4-3(c)可知:
0x18d00001帧报文第6字节的数据由“0x0d”变为“0x05”,表明此时RBMS已经执行断开正极继电器动作,正极继电器的状态由闭合变为断开,而负极继电器仍为闭合状态。
由图4-3(d)可知:
0x18d00001帧报文第6字节的数据由“0x05”变为“0x01”,表明此时RBMS已经执行断开负极继电器动作,正极及负极继电器均处于断开状态。
综上所示,当RBMS检测到系统发生严重故障时,即使未收到MSBMS的高压下电指令,其仍能自行切断正极及负极继电器,完成高压下电以确保电池安全。
RBMS紧急情况下的高压下电功能正常。
4.2故障报警功能测试
故障报警功能测试主要目的在于测试当单体电压、总电压、充/放电电流等值达到设定的告警阈值时二级主板能否正确识别各报警类型及等级。
通过分别调节单体电压、总电压、总电流等参数的数值达到相应的告警阈值,满足RBMS的告警触发条件,通过对比CANTEST实际接收到的RBMS报文与RBMS告警表以判断RBMS是否正确置位相应等级及类型的告警标志位。
RBMS告警表如表4-1所示。
表4-1RBMS告警表
帧ID
字节号
位号
含义
18d10001
温度过高-1级
温度过低-1级
单体电压过高-1级
单体电压过低-1级
单体电压压差过大-1级
6
SOC过低-1级
7
SOC过高-1级
8
充电电流过大-1级
9
放电电流过大-1级
10
电池温差大-1级
11
绝缘过低-1级
12
总电压过高-1级
13
总电压过低-1级
14
温度过高-2级
15
温度过低-2级
16
单体电压过高-2级
17
单体电压过低-2级
18
单体电压压差过大-2级
19
SOC过低-2级
20
SOC过高-2级
21
充电电流过大-2级
22
放电电流过大-2级
23
电池温差大-2级
24
绝缘过低-2级
25
总电压过高-2级
26
总电压过低-2级
27
温度过高-3级
28
温度过低-3级
29
单体电压过高-3级
30
单体电压过低-3级
31
单体电压压差过大-3级
32
SOC过低-3级
33
SOC过高-3级
34
充电电流过大-3级
35
放电电流过大-3级
36
电池温差大-3级
37
绝缘过低-3级
38
总电压过高-3级
39
总电压过低-3级
4.2.1单体电压过高告警测试
1设定的单体电压过高各级告警阈值
表4-2单体电压过高告警阈值
告警级别
告警阈值
一级告警阈值
4.2V
二级告警阈值
4.35V
三级告警阈值
4.5V
2测试结果截图
当分别调节瑞能测试柜任一电芯输出电压值为4.21V、4.36V、4.51V时,监测到RBMS向MSBMS发送的报文内容分别如图4-4的a、b、c所示。
(a)单体电压过高一级告警
(b)单体电压过高二级告警
(c)单体电压过高三级告警
图4-4单体电压过高告警测试结果图
由图4-4中0x18d20001帧报文可知,RBMS接收到的最高单体电压值分别为4.209V、4.359V、4.509V,同时由0x18d10001报文可知RBMS分别置位了单体电压过高一级告警、二级告警、三级告警标志位。
故而可知当单体电压达到设定的告警阈值时,RBMS可正确地上报相应的单体电压过高告警级别。
4.2.2单体电压过低告警测试
1设定的单体电压过低各级告警阈值
表4-3单体电压过低告警阈值
3.2V
3.05V
2.9V
当分别调节瑞能测试柜任一电芯输出电压值为3.15V、3V、2.85V时,监测到向MSBMS发送的报文内容分别如图4-5的a、b、c所示。
(a)单体电压过低一级告警
(b)单体电压过低二级告警
(c)单体电压过低三级告警
图4-5单体电压过低告警测试结果图
由图4-5中0x18d20001报文可知,RBMS接收到的最低单体电压值分别为3.149V、2.998V、2.847V,同时由0x18d10001报文可知RBMS分别置位了单体电压过低一级告警、二级告警、三级告警标志位。
故而可
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