一种电动汽车动力电池测试装置及测试方法

摘要

本发明涉及一种电动汽车动力电池测试装置及测试方法，包括用于采集被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号采集模块、用于处理被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号处理模块、用于控制被测动力电池输入输出状态的动力电池管理系统模块、用于模拟电动汽车实际工况的整车等效转动惯量模拟模块以及用于控制驱动电机运行状态的驱动电机控制模块；本发明弥补了传统动力测试平台的弊端，能够分别完成被测电动机或者动力电池的动态性能以及静态性能。

权利要求

1.一种电动汽车动力电池的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，模拟车辆实际工况，整车等效转动惯量模拟模块提供负载阻力矩阻碍驱动电机的转动，从而模拟电动车辆实际工况；

第二步，采集电池测试信号，根据参考的速度曲线以及所模拟的车辆实际工况信息调节电动汽车动力电池测试装置的运行状态，整车等效转动惯量模拟模块进行驱动电机运行转速和测功机的模拟阻力；

第三步，处理显示被测参数，动力电池测试信号采集模块采集动力电池测试信号，其中电池组测得的电压经过降压处理之后，电压信号输入到V/F转换器，生成的频率信号经过光电隔离器传递到多路模拟开关，再传递给电机控制器进行处理；通过霍尔传感器把被测的较大电流转化为弱电流后采用放大器、稳压器把信号传递到A/D数模转化器；利用热敏元件与被测电池直接接触，通过与被测电池直接接触的热交换测得被测电池的温度；被测电池单体两端的电压接入到多路模拟开关，之后分别进入到差分放大器和窗口比较器，得到的电压信号与窗口比较器的设置的Vref比较，如果电压值处在Vref设置的范围内，电压信号进入A/D转化器测量，如果两者相差很大，二者的差值输入到电机控制器，电机控制器计算出需要的调节值通过D/A转换器传递到调整浮动地调整电路改变参考电位的数值最终使测量值处在Vref范围内；

第四步，调节装置运行状态，根据参考的速度曲线以及所模拟的道路状况信息调节电动汽车动力电池测试装置的运行状态；

第五步，重复上述步骤，直至整个动力电池测试过程结束；

基于的测试装置包括用于采集被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号采集模块、用于处理被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号处理模块、用于控制被测动力电池输入输出状态的动力电池管理系统模块、用于模拟电动汽车实际工况的整车等效转动惯量模拟模块以及用于控制驱动电机运行状态的驱动电机控制模块；

其中，动力电池管理系统模块同时向驱动电机控制模块、动力电池测试信号采集模块进行信号传递，驱动电机控制模块同时与整车等效转动惯量模拟模块相连通，整车等效转动惯量模拟模块向动力电池测试信号处理模块进行信号传递，动力电池测试信号采集模块向动力电池测试信号处理模块进行信号传递；

前述的动力电池测试信号采集模块包括电流测试单元、电压测试单元、温度测试单元、电池单体电压测试单元、转矩传感器和转速传感器；

前述的动力电池测试信号处理模块包括主控单元和工控机，其中主控单元包括主控制器、隔离元件、光电耦合器、放大器；

前述的动力电池管理系统模块包括动力电池和电池管理系统；

前述的整车等效转动惯量模拟模块包括测功机单元和飞轮组单元，其中测功机单元包括交流电力测功机、四象限变频控制器、测功机控制器和测功机冷却系统；飞轮组单元包括飞轮组、飞轮组控制器、联轴器和台架；

前述的驱动电机控制模块包括驱动电机和电机控制器；

前述的电流测试单元包括霍尔传感器、放大器、稳压器和A/D数模转化器；

前述的电压测试单元包括V/F转换器、多路模拟开关、光电隔离器和变压器；

前述的温度测试单元包括，热敏元件和导热元件；

前述的电池单体电压测试单元包括差分放大器、窗口比较器和A/D数模转化器；

前述的动力电池测试信号采集模块用于采集被测动力电池目标状态量信息，其包括驱动电机转矩、驱动电机转速、被测电池电流、被测电池电压和被测电池单体电压；

前述的动力电池测试信号处理模块用于处理被测动力电池目标状态量信息，其包括驱动电机转矩、驱动电机转速、被测电池电流、被测电池电压、被测电池单体电压。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池的测试方法，其特征在于，前述的第一步模拟车辆实际工况，进一步细分为如下步骤：整车等效转动惯量模拟模块通过飞轮组单元模拟车辆的惯量；

整车等效转动惯量模拟模块通过测功机单元模拟车辆其余阻力。

说明书

一种电动汽车动力电池测试装置及测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电动汽车动力电池测试装置及测试方法，属于电动汽车动力电池测试技术领域。

背景技术

[0002] 现阶段，能源短缺以及环境日益恶化问题已经成为世界性难题，为了缓解这些问题，全球各国都在积极研究各种对策，其中各大汽车公司投入大量资金研发的更加节能环保的新能源电动汽车无疑让人们看到了一丝曙光；纯电动汽车技术是《中国制造2025》中提出要优先发展的主题之一，纯电动汽车可以实现低排放乃至零排放、低散热、低噪音等环保的特点，因此，纯电动汽车的市场占有率也在逐年增加。

[0003] 动力电池、驱动电机、电气控制是构成电动汽车动力系统的三大组成部分，然而，相较于传统的燃油汽车，电动汽车的技术尚不成熟，存在自身的缺陷；续航里程短、充电慢、充电难等问题可以说是制约电动汽车快速发展的最为关键的几点因素；而电动汽车以上几点缺点恰恰都与汽车的动力电池的性能密切相关，汽车的经济性、安全性、动力性都与动力电池息息相关；所以，要想从根本上解决这些缺陷，必须对动力电池的性能充分了解；电池方面存在的技术问题主要有：电池的比能量较低、循环寿命有限、电池组的质量过大、续航里程有限等；在现有动力电池的技术下，若是能够正确使用动力电池，便可以最大化动力电池的价值。想要对动力电池有全面的性能了解，最好的方式是在电动汽车工况行驶下对动力电池的相关参数进行测试记录下它们的变化规律，然而电动汽车整体系统过于复杂，在对电池测试时，被测信号不可避免的会受到车上其他各种通信信号的干扰，因此很难准确地检测出动力电池的各项真实数据。

[0004] 动力电池作为电动汽车的动力来源是核心部分，电动汽车的动力性直接取决于动力电池性能的好坏，所以一直以来全球的研究学者一直致力于动力电池的研究和开发。检测测试作为动力电池开发过程中的重要一环，其重要性不言而喻，所以对动力电池各种参数性能的测试必不可少。

发明内容

[0005] 本发明提供一种电动汽车动力电池测试装置及测试方法，弥补了传统动力测试平台的弊端，能够分别完成被测电动机或者动力电池的动态性能以及静态性能。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 一种电动汽车动力电池测试装置，包括用于采集被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号采集模块、用于处理被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号处理模块、用于控制被测动力电池输入输出状态的动力电池管理系统模块、用于模拟电动汽车实际工况的整车等效转动惯量模拟模块以及用于控制驱动电机运行状态的驱动电机控制模块；

[0008] 其中，动力电池管理系统模块同时向驱动电机控制模块、动力电池测试信号采集模块进行信号传递，驱动电机控制模块同时与整车等效转动惯量模拟模块相连通，整车等效转动惯量模拟模块向动力电池测试信号处理模块进行信号传递，动力电池测试信号采集模块向动力电池测试信号处理模块进行信号传递；

[0009] 作为本发明的进一步优选，

[0010] 前述的动力电池测试信号采集模块包括电流测试单元、电压测试单元、温度测试单元、电池单体电压测试单元、转矩传感器和转速传感器；

[0011] 前述的动力电池测试信号处理模块包括主控单元和工控机，其中主控单元包括主控制器、隔离元件、光电耦合器、放大器；

[0012] 前述的动力电池管理系统模块包括动力电池和电池管理系统；

[0013] 前述的整车等效转动惯量模拟模块包括测功机单元和飞轮组单元，其中测功机单元包括交流电力测功机、四象限变频控制器、测功机控制器和测功机冷却系统；飞轮组单元包括飞轮组、飞轮组控制器、联轴器和台架；

[0014] 前述的驱动电机控制模块包括驱动电机和电机控制器；

[0015] 作为本发明的进一步优选，

[0016] 前述的电流测试单元包括霍尔传感器、放大器、稳压器和A/D数模转化器；

[0017] 前述的电压测试单元包括V/F转换器、多路模拟开关、光电隔离器和变压器；

[0018] 前述的温度测试单元包括，热敏元件和导热元件；

[0019] 前述的电池单体电压测试单元包括差分放大器、窗口比较器和A/D数模转化器；

[0020] 作为本发明的进一步优选，

[0021] 前述的动力电池测试信号采集模块用于采集被测动力电池目标状态量信息，其包括驱动电机转矩、驱动电机转速、被测电池电流、被测电池电压和被测电池单体电压；

[0022] 前述的动力电池测试信号处理模块用于处理被测动力电池目标状态量信息，其包括驱动电机转矩、驱动电机转速、被测电池电流、被测电池电压、被测电池单体电压；

[0023] 一种电动汽车动力电池的测试方法，包括以下步骤：

[0024] 第一步，模拟车辆实际工况，整车等效转动惯量模拟模块提供负载阻力矩阻碍驱动电机的转动，从而模拟电动车辆实际工况；

[0025] 第二步，采集电池测试信号，根据参考的速度曲线以及所模拟的车辆实际工况信息调节电动汽车动力电池测试装置的运行状态，整车等效转动惯量模拟模块进行驱动电机运行转速和测功机的模拟阻力；

[0026] 第三步，处理显示被测参数，动力电池测试信号采集模块采集动力电池测试信号，其中电池组测得的电压经过降压处理之后，电压信号输入到V/F转换器，生成的频率信号经过光电隔离器传递到多路模拟开关，再传递给电机控制器进行处理；通过霍尔传感器把被测的较大电流转化为弱电流后采用放大器、稳压器把信号传递到A/D数模转化器；利用热敏元件与被测电池直接接触，通过与被测电池直接接触的热交换测得被测电池的温度；被测电池单体两端的电压接入到多路模拟开关，之后分别进入到差分放大器和窗口比较器，得到的电压信号与窗口比较器的设置的Vref比较，如果电压值处在Vref设置的范围内，电压信号进入A/D转化器测量，如果两者相差很大，二者的差值输入到电机控制器，电机控制器计算出需要的调节值通过D/A转换器传递到调整浮动地调整电路改变参考电位的数值最终使测量值处在Vref范围内；

[0027] 第四步，调节装置运行状态，根据参考的速度曲线以及所模拟的道路状况信息调节电动汽车动力电池测试装置的运行状态；

[0028] 第五步，重复上述步骤，直至整个动力电池测试过程结束；

[0029] 作为本发明的进一步优选，

[0030] 前述的第一步模拟车辆实际工况，进一步细分为如下步骤：

[0031] 整车等效转动惯量模拟模块通过飞轮组单元模拟车辆的惯量；

[0032] 整车等效转动惯量模拟模块通过测功机单元模拟车辆其余阻力。

[0033] 通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

[0034] 本发明考虑到电动汽车工况十分复杂，试验台架的非线性、多因素特点，加之很难精准地模拟车辆的惯量等一系列的问题，所设计的测试装置能够实现动态加载，能够对动力电池的动态运行情况进行测试，并且具有足够的鲁棒性和一定的过载能力，保证测试平台能够平稳地运行，这也是本测试装置的意义所在；

[0035] 在设计测试装置的过程中，对于电动汽车行驶过程中来自路面的摩擦阻力、空气阻力、爬坡阻力、以及车辆的加速阻力通过采用飞轮组和交流电力测功机共同模拟实现；本申请考虑了利用测功机和飞轮组共同模拟负载，其中飞轮组模拟电动汽车的等效转动惯量，剩余的部分由测功机来实现，通过测功机加飞轮组的结合的方式效果更好，系统更稳定；对于驱动电机的控制，按照参考速度曲线，依据测试平台的物理模型得到所需要的转速，对电机的控制要求稳定、快速，保证驱动电机在一定的过载情况下能够安全地工作；

[0036] 研发电动汽车动力电池测试平台意义非凡，可以更好地用于研究分析电动汽车以及动力电池的性能，解决限制动力电池发展的难题；目前，对于动力电池的研究还不够充分，动力电池的内部充放电时各种化学反应受到环境影响较大，真实的电路模型十分复杂，想要精确的构建出电池模型十分困难，计算机仿真效果不够令人满意；基于测试平台试验的方式可以有效的通过测试动力电池实际工作时各个参数的变化分析动力电池的性能，本测试装置及方法的最主要创新点是，将单纯的对动力电池的相关参数的测试与传统动力测试平台对电动机或者发动机动力性的测试相结合，创造性的设计出通过使被测动力电池对传统测试平台上的驱动电机供给电能，同时让测功机按照电动汽车工况负载运行，模拟电动车辆实际行驶工况，测试动力电池的消耗以及各性能参数指标。

附图说明

[0037] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0038] 图1为本发明的动力电池模拟电动汽车实时工况测试装置的整体结构图；

[0039] 图2为本发明的动力电池模拟电动汽车实时工况测试方法的流程图。

具体实施方式

[0040] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

[0041] 目前已有的测试系统大多只是对动力电池静态性能的测评，然而只是对静态性能的测评难以满足人们的需求，因为在车辆实际运行时，车的速度、驱动电机的功率等都是实时变动的，单纯地测试电动机或者发动机某一项指标的静态性能并不能全面地反应其综合能力；因此，一个好的动力电池测试平台必须具有卓越的动静态加载测试能力，能够分别完成被测电动机或者动力电池的动态性能以及静态性能；为了弥补传统动力测试平台的弊端，本发明设计了新型的电动汽车动力电池测试装置及测试方法。

[0042] 如图1所示，本发明的一种电动汽车动力电池测试装置，包括用于采集被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号采集模块、用于处理被测动力电池目标状态量信息的动力电池测试信号处理模块、用于控制被测动力电池输入输出状态的动力电池管理系统模块、用于模拟电动汽车实际工况的整车等效转动惯量模拟模块以及用于控制驱动电机运行状态的驱动电机控制模块；

[0043] 其中，动力电池管理系统模块同时向驱动电机控制模块、动力电池测试信号采集模块进行信号传递，驱动电机控制模块同时与整车等效转动惯量模拟模块相连通，整车等效转动惯量模拟模块向动力电池测试信号处理模块进行信号传递，动力电池测试信号采集模块向动力电池测试信号处理模块进行信号传递；

[0044] 作为本发明的进一步优选，

[0045] 前述的动力电池测试信号采集模块包括电流测试单元、电压测试单元、温度测试单元、电池单体电压测试单元、转矩传感器和转速传感器；

[0046] 前述的动力电池测试信号处理模块包括主控单元和工控机，其中主控单元包括主控制器、隔离元件、光电耦合器、放大器；

[0047] 前述的动力电池管理系统模块包括动力电池和电池管理系统；

[0048] 前述的整车等效转动惯量模拟模块包括测功机单元和飞轮组单元，其中测功机单元包括交流电力测功机、四象限变频控制器、测功机控制器和测功机冷却系统；飞轮组单元包括飞轮组、飞轮组控制器、联轴器和台架；

[0049] 前述的驱动电机控制模块包括驱动电机和电机控制器；

[0050] 作为本发明的进一步优选，

[0051] 前述的电流测试单元包括霍尔传感器、放大器、稳压器和A/D数模转化器；

[0052] 前述的电压测试单元包括V/F转换器、多路模拟开关、光电隔离器和变压器；

[0053] 前述的温度测试单元包括，热敏元件和导热元件；

[0054] 前述的电池单体电压测试单元包括差分放大器、窗口比较器和A/D数模转化器；

[0055] 作为本发明的进一步优选，

[0056] 前述的动力电池测试信号采集模块用于采集被测动力电池目标状态量信息，其包括驱动电机转矩、驱动电机转速、被测电池电流、被测电池电压和被测电池单体电压；

[0057] 前述的动力电池测试信号处理模块用于处理被测动力电池目标状态量信息，其包括驱动电机转矩、驱动电机转速、被测电池电流、被测电池电压、被测电池单体电压；

[0058] 图2所示，一种电动汽车动力电池的测试方法，包括以下步骤：

[0059] 第一步，模拟车辆实际工况，整车等效转动惯量模拟模块提供负载阻力矩阻碍驱动电机的转动，从而模拟电动车辆实际工况；

[0060] 第二步，采集电池测试信号，根据参考的速度曲线以及所模拟的车辆实际工况信息调节电动汽车动力电池测试装置的运行状态，整车等效转动惯量模拟模块进行驱动电机运行转速和测功机的模拟阻力；

[0061] 第三步，处理显示被测参数，动力电池测试信号采集模块采集动力电池测试信号，其中电池组测得的电压经过降压处理之后，电压信号输入到V/F转换器，生成的频率信号经过光电隔离器传递到多路模拟开关，再传递给电机控制器进行处理；通过霍尔传感器把被测的较大电流转化为弱电流后采用放大器、稳压器把信号传递到A/D数模转化器；利用热敏元件与被测电池直接接触，通过与被测电池直接接触的热交换测得被测电池的温度；被测电池单体两端的电压接入到多路模拟开关，之后分别进入到差分放大器和窗口比较器，得到的电压信号与窗口比较器的设置的Vref比较，如果电压值处在Vref设置的范围内，电压信号进入A/D转化器测量，如果两者相差很大，二者的差值输入到电机控制器，电机控制器计算出需要的调节值通过D/A转换器传递到调整浮动地调整电路改变参考电位的数值最终使测量值处在Vref范围内；

[0062] 第四步，调节装置运行状态，根据参考的速度曲线以及所模拟的道路状况信息调节电动汽车动力电池测试装置的运行状态；

[0063] 第五步，重复上述步骤，直至整个动力电池测试过程结束；

[0064] 作为本发明的进一步优选，

[0065] 前述的第一步模拟车辆实际工况，进一步细分为如下步骤：

[0066] 整车等效转动惯量模拟模块通过飞轮组单元模拟车辆的惯量；

[0067] 整车等效转动惯量模拟模块通过测功机单元模拟车辆其余阻力。

[0068] 在具体实施例中，飞轮组和测功机作为负载阻力矩阻碍驱动电机的转动，其中飞轮模拟车辆的惯量，测功机模拟车辆的其余阻力，电动汽车的行驶工况模拟试验是在设计的测试平台上实现的，工控机控制监控并显示测试平台上每项被测参数的变化曲线和数值，信息采集及通信系统通过转速传感器获取到驱动电机的转速信号，通过转矩传感器采集到测功机的扭矩信号，并将它们实时传递到测试平台的主控单元，根据参考的速度曲线以及所模拟的道路状况信息调节测试平台的驱动电机运行转速和测功机的模拟阻力。

[0069] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0070] 本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

[0071] 本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

[0072] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。