CN103513189B - 一种动力电池总成寿命试验系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动力电池总成寿命试验系统及控制方法，所述系统包括：动力电池、电池充放电设备、计算机、稳压电源、电池管理系统、主控单元和冷却风扇。所述控制方法包括功率限制和温度控制，所述功率限制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的最大允许充放电功率，将该最大允许充放电功率与寿命试验工况中当前段的工况功率进行实时比较，取两者中的小值作为实际功率发送至电池充放电设备，所述温度控制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的电池温度信号，根据相应的动力电池温度控制策略计算出冷却风扇的PWM值。通过本发明能获得更加准确的试验数据，实现在试验台架上合理考核动力电池寿命的目的。
Description
技术领域
本发明涉及汽车部件测试领域，具体为一种针对汽车动力电池总成的试验系统及控制方法。
背景技术
动力电池总成是混合动力以及纯电动汽车的关键零部件之一，其寿命的长短将直接影响整车的使用年限，而且由于其在整车的成本中占据较大的比重，故消费者对该指标的重视度也是非常高的。目前，在国内，还没有能够对动力电池总成寿命进行有效考核的试验台架的相关专利。
现在国内还缺乏对动力电池总成寿命进行试验的专用系统和方法方法，目前的常规做法是仅对动力电池进行恒定DOD（放电深度）的循环充放，或通过采集整车道路试验数据，进行一定处理后用于电池总成的寿命试验，在寿命试验过程使用风机进行风力一致的强制风冷，但这类做法往往忽略了动力电池本身的状态，因为在不同的状态下（如温度、荷电状态SOC、电压等），动力电池所允许的充放电功率以及对散热的要求都是不一样的，如果不考虑动力电池本身的状态，一味按照既定工况测试，则动力电池极可能工作在其允许的充放电功率外，这将加速动力电池的老化，而风力一致的强制风冷也使动力电池工作在比较狭窄的温度范围，从而导致对动力电池总成寿命的错误评估。由于动力电池的成本较高，对其寿命的错误评价将直接影响研发和设计成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力电池总成寿命试验系统及控制方法，在试验中根据动力电池的即时状态，通过对寿命工况进行实时功率限制，保证动力电池始终工作在当前允许的充放电功率范围内，同时根据动力电池总成热管理控制策略自动控制散热系统工作，从而获得更加准确的试验数据，实现在试验台架上合理考核其寿命的目的。
本发明所述的动力电池总成寿命试验系统，包括：动力电池、电池充放电设备、计算机、稳压电源、电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM-BMS）、主控单元和冷却风扇，所述电池充放电设备通过动力线与动力电池连接，对所述动力电池充放电；所述计算机通过通讯线与所述电池充放电设备连接，以监控系统工作状态并记录试验数据；所述稳压电源为所述主控单元、冷却风扇及电池管理系统供电；所述电池管理系统监控动力电池工作状态并通过CAN总线与主控单元和电池充放电设备连接；所述主控单元通过CAN总线与电池管理系统和电池充放电设备连接，通过控制线与冷却风扇连接；所述冷却风扇通过附属管道对动力电池进行风冷散热。
本发明所述控制方法，包括功率限制和温度控制，所述功率限制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的最大允许充放电功率，将该最大允许充放电功率与寿命试验工况中当前段的工况功率进行实时比较，取两者中的小值作为实际功率发送至电池充放电设备，计算机控制电池充放电设备以实际功率对动力电池进行充放电；所述温度控制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的电池温度信号，根据相应的动力电池温度控制策略计算出冷却风扇的PWM值，以改变冷却风扇的开度。
进一步的，所述主控单元通过倒计时器对寿命试验工况中当前段的工况功率进行倒计时，当寿命试验工况中的工况功率被限制时，则将该段工况的剩余运行时间应用于被限制后的实际功率；当寿命试验工况中的工况功率被限制时，主控单元内将生成Step标识，用于表示该段工况时间的更新，被更新后的工况时间用实际时间表示，Step标识和实际时间均发送至CAN总线上；在当前整段工况步骤运行完毕后，生成计时完成标识，用于更新寿命试验工况的下一段运行步骤。
本发明的有益效果在于：结合了动力电池散热系统及整车对动力电池使用功率的要求，使动力电池在一个更接近实际的环境中，始终工作在其自身状态允许的充放电功率范围内，从而能够更合理的评价动力电池总成的寿命，不仅节约了研发设计成本，更为考核动力电池寿命提出了新的思路。
附图说明
图1是本动力电池总成寿命试验系统的示意图；
图2是主控单元信号线连接图；
图3是主控单元对电池寿命工况的控制示意图；
图4是主控单元对冷却风扇的控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述：
如图1所示，动力电池总成寿命试验系统，包括：动力电池3、电池充放电设备1、计算机2、稳压电源8、电池管理系统6、主控单元7和冷却风扇5。
本实施例中的电池充放电设备使用美国Arbin EVTS，其通过动力线与动力电池连接，对所述动力电池充放电。
计算机，其通过通讯线与所述电池充放电设备连接，实现与电池充放电设备的相互通讯，以监控系统工作状态并记录试验数据，计算机通过电池充放电设备向电池管理系统BMS发送信号，控制动力电池的充电和放电，同时计算机还通过电池充放电设备接收电池管理系统BMS发送的电池电压、电流、温度以及主控单元发送的实际功率、实际时间和Step标识等信号，在计算机显示界面上实时显示，以监控动力电池以及寿命工况运行的状态并记录试验数据。
12V稳压电源为所述主控单元、冷却风扇及电池管理系统供电。
电池管理系统BMS，监控动力电池工作状态并通过CAN总线与主控单元和电池充放电设备连接。
本实施中的主控单元使用dSPACE产品MircoAutobox DS1401/DS1501，其具备CAN通讯功能以及编程功能，倒计时器是主控单元的整个控制程序中的一个子程序，该子程序具备倒计时的功能。
主控单元通过CAN总线与电池管理系统和电池充放电设备连接，通过控制线与冷却风扇连接，以调节冷却风扇的开度，如图2所示，其中主控单元的V5和V6通道分别与电池充放电设备以及电池管理系统BMS的CANL和CANH连接，冷却风扇的开度通过PWM信号控制，其PWM引脚与主控单元的B6通道连接。
所述冷却风扇开度可调，其通过附属管道4对动力电池进行风冷散热，所述动力电池、电池管理系统BMS、冷却风扇及附属管道构成一个散热系统，以模拟整车上动力电池的散热系统的工作状态。
参见图3，利用上述系统的控制方法，包括功率限制和温度控制，所述功率限制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的最大允许充放电功率，将该最大允许充放电功率与寿命试验工况中当前段的工况功率进行实时比较（其中所述的寿命试验工况根据整车实际使用需求总结而来，由一系列充放电功率及对应功率的运行时间组成，如第一段为以10KW充电10S，第二段为以5KW放电15S，第三段为以15KW放电5S，……），取两者中的小值作为实际功率发送至电池充放电设备，计算机控制电池充放电设备以该实际功率对动力电池进行充放电，当动力电池发生故障时，主控单元直接将实际功率限制为0，本实施例采用最高故障等级，所述主控单元通过倒计时器对寿命试验工况中当前段的工况功率进行倒计时，当寿命试验工况中的工况功率被限制时，则将该段工况的剩余运行时间应用于被限制后的实际功率；当寿命试验工况中的工况功率被限制时，主控单元内将生成Step标识，用于表示该段工况时间的更新，被更新后的工况时间用实际时间表示，Step标识和实际时间均发送至CAN总线上；在当前整段工况步骤运行完毕后，生成计时完成标识，用于更新寿命试验工况的下一段运行步骤。
例如，寿命试验工况中当前段的工况为以10KW充电10S，当电池充放电设备以10KW向动力电池已经充电5S时，主控单元接收到了电池管理系统BMS所发出的此时最大允许充放电功率为6KW，则主控单元将6KW作为实际功率通过CAN发送模块发送至电池充放电设备，计算机控制电池充放电设备以该实际功率6KW对动力电池进行充电，同时将剩余的5S运行时间应用于6KW的功率，即整段工况为先以10KW充电5S，再以6KW充电5S，总时间仍为10S。
参见图4，所述温度控制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的电池温度信号，本实施例接收的是动力电池的最高温度和最低温度，根据相应的动力电池温度控制策略计算出冷却风扇的PWM值，并通过其B6通道输出（本实例中PWM信号周期设为0.01s），以改变冷却风扇的开度。
Claims (1)
1.一种动力电池总成寿命试验系统，其特征在于，包括：
动力电池；
电池充放电设备，通过动力线与动力电池连接，对所述动力电池充放电；
计算机，其通过通讯线与所述电池充放电设备连接，以监控系统工作状态并记录试验数据；
电池管理系统，监控动力电池工作状态并通过CAN总线与主控单元和电池充放电设备连接；
主控单元，通过CAN总线与电池管理系统和电池充放电设备连接，通过控制线与冷却风扇连接；
冷却风扇，其通过附属管道对动力电池进行风冷散热；
稳压电源，其为所述主控单元、冷却风扇及电池管理系统供电；
还包括功率限制和温度控制，所述功率限制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的最大允许充放电功率，将该最大允许充放电功率与寿命试验工况中当前段的工况功率进行实时比较，取两者中的小值作为实际功率发送至电池充放电设备，计算机控制电池充放电设备以实际功率对动力电池进行充放电；
所述温度控制是利用主控单元接收电池管理系统所发出的电池温度信号，根据相应的动力电池温度控制策略计算出冷却风扇的PWM值，以改变冷却风扇的开度；
所述主控单元通过倒计时器对寿命试验工况中当前段的工况功率进行倒计时，当寿命试验工况中的工况功率被限制时，则将该段工况的剩余运行时间应用于被限制后的实际功率；
当寿命试验工况中的工况功率被限制时，主控单元内将生成Step标识，用于表示该段工况时间的更新，被更新后的工况时间用实际时间表示，Step标识和实际时间均发送至CAN总线上；
在当前整段工况步骤运行完毕后，生成计时完成标识，用于更新寿命试验工况的下一段运行步骤。
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