CN105572496A - 电动汽车高压电安全动态模拟测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，包括第一断路动态模拟模块等，其中，第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块和预充电动态模拟模块均串联在一个待测高压电路中，第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块都连接在待测高压电路与车身地之间，短路动态模拟模块连接在待测高压电路的需短路模拟的两接线点。本发明可动态模拟车辆真实运行条件下的真实故障并动态注入到电动汽车相应的高压电路中，具有依实际车辆实际运行条件的故障动态模拟注入、数据管理分析功能强大、可无损反复模拟测试并对车辆无损的特点。

Description

电动汽车高压电安全动态模拟测试系统

技术领域

本发明涉及一种测试系统，具体地，涉及一种电动汽车高压电安全动态模拟测试系统。

背景技术

电动汽车已成为全球发展的重点和热点。为满足大功率电驱动的需求，汽车高压电路通过的电流高达数百安培。高压电安全已成为电力驱动汽车应用中需要首先解决的技术关键，对车辆本身的安全、驾乘人员的安全以及车辆运行环境的安全，均有十分重要的影响。目前，虽已有高压电安全控制系统用于实时检测电动汽车高压电安全状态并实施安全控制，但对其功能的检测仅限于信号级别的功能验证，缺乏依电动汽车实际功率水平的真实运行条件下的动态模拟，不能确保高压电安全控制系统在车辆实际应用中的实际性能，也不能为研究电动汽车高压电安全故障对车辆相关系统的性能影响或在安全故障发生后相关系统的性能表现，不能帮助研究人员探明高压电安全故障的演变规律及其预测方法等，从而造成对高压电系统的滥用以及由此导致的高压电安全事故频发，使电动汽车存在的高压电安全隐患难于有效解决。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其可动态模拟车辆真实运行条件下的真实故障并动态注入到电动汽车相应的高压电路中，具有依实际车辆实际运行条件的故障动态模拟注入、数据管理分析功能强大、可无损反复模拟测试并对车辆无损的特点。

根据本发明的一个方面，提供一种电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，包括第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块中的至少一个模块以及隔离采样调理模块、主控模块、数据采集与分析系统，其中，第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块和预充电动态模拟模块均串联在一个待测高压电路中，第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块都连接在待测高压电路与车身地之间，短路动态模拟模块连接在待测高压电路的需短路模拟的两接线点，电机故障动态模拟模块连接在一个电机控制器与一个电机之间，剩余电量动态模拟模块连接在直流高压电路的正、负母线之间后再通过其母线连接电子开关连接到直流高压电路中，过载动态模拟模块连接在一个直流高压电路的正负母线之间，过压欠压动态模拟模块与一个电动汽车用的动力电池系统相并联连接，交流电源品质动态模拟模块连接在所述电动汽车的充电器的交流输入端，隔离采样调理模块用于采集高压电路的电压、电流、对车身地的电压电气参数并调理后发送到数据采集与分析系统，主控模块与所述第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块、隔离采样调理模块、数据采集与分析系统、数据采集与分析系统以及测试时所用的一个电子负载和一个测功机相连接，且用于协调第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块、隔离采样调理模块、数据采集与分析系统、电子负载和测功机间的运行以及系统控制电源管理、热-电安全保护管理、高压电路电气参数监测，实现电动汽车高压电安全故障的动态模拟和动态注入到电动汽车的高压电路中。

优选地，所述数据采集与分析系统将动态模拟的指令通过CAN总线发送给所述主控模块，由主控模块协调各第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块、隔离采样调理模块、数据采集与分析系统、系统安全保护模块、电源模块间的动作。

优选地，所述第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块都包括断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器，所述断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器为并联连接，第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块都还设有一断路动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器实现高压电路断路的动态模拟和动态注入。

优选地，所述第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块都包括连接电阻模拟双向电子功率开关、功率电阻和连接电阻动态模拟控制卡，所述连接电阻模拟双向电子功率开关与功率电阻为并联连接，所述连接电阻动态模拟控制卡与所述主控模块相CAN总线连接，接收所述主控模块的需模拟的连接电阻的指令值，连接电阻动态模拟控制卡通过PWM信号控制连接电阻模拟双向电子功率开关来动态调节所述连接电阻模拟双向电子功率开关与功率电阻的并联等效电阻，从而实现对不超过功率电阻的电阻值的连接电阻的动态调节模拟和动态注入。

优选地，所述预充电动态模拟模块包括一个预充电电阻旁路继电器和一个适当结构的电阻值动态可调的电阻器；预充电动态模拟模块还设有一预充电动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述预充电模拟继电器或所述变阻器的电机来实现对预充电电阻值的动态调节模拟和动态注入。

优选地，所述第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块都包括一个由多个绝缘模拟继电器和多个电阻采用适当结构的可调电阻矩阵；通过控制其中的部分绝缘模拟继电器接通而另一部分绝缘模拟继电器断开来实现不同的绝缘电阻的动态模拟调节，控制所有绝缘模拟继电器断开来模拟高压电路正常运行工况；第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块都还设有一个绝缘短路继电器来模拟高压电路对车身地直接短接的故障；第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块还设有一绝缘电阻动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述绝缘模拟继电器、绝缘短路继电器来实现对绝缘电阻电阻值的动态调节模拟和动态注入。

优选地，所述短路动态模拟模块包括短路模拟双向功率电子开关、短路模拟电流传感器、短时间精确控制器、短路电阻、短路电阻调节器，短时间精确控制器通过CAN总线接收到来自所述主控模块的指令后，首先通过短路电阻调节器来调节短路电阻以设置最大短路电流、再控制短路模拟双向功率电子开关接通、同时开始精确计时，当计时结束或所述短路模拟电流传感器反馈电流超过预设值时自动控制所述短路模拟双向功率电子开关断开，实现对高压电路短路的动态模拟和动态注入；通过控制短路模拟双向功率电子开关断开，模拟高压电路正常运行的工况；当用于对交流电机三相线进行短路动态模拟时还包括合闸角控制器和相电压过零检测电路，所述相电压过零检测电路检测相电压正过零时刻，所述合闸角控制器用于计算相对于某相电压正过零时刻的电压相位角并判断是否已经达到该电压相位角，并在上述短路动态模拟和动态注入的过程中，控制所述短路模拟双向功率电子开关接通的时刻为所述短时间精确控制器通过所述相电压过零检测电路检测相电压过零时刻与合闸角控制器判断已达相对于某相电压正过零时刻的电压相位角时。

优选地，所述电机故障动态模拟模块包括按电机故障模拟要求而调整参数调整后的三个所述第一断路动态模拟模块、三个所述第一连接电阻动态模拟模块、三个所述第一绝缘动态模拟模块、三个所述短路动态模拟模块，三个所述第一断路动态模拟模块、三个第一连接电阻动态模拟模块均分别串联在电机的U相、V相和W相的线路中，三个所述第一绝缘动态模拟模块分别连接在电机的U相、V相和W相的线路和车身地之间，三个所述短路动态模拟模块分别连接在电机的U相与V相的线路之间、U相与W相的线路之间和V相与W相的线路之间。

优选地，所述剩余电量动态模拟模块包括多个电容支路和多个电阻支路，各所述电容支路均为电容支路电子开关与电容的串联电路，各所述电阻支路为电阻支路电子开关与电阻的串联，各所述电容支路并联后连接在其正母线接线点、负母线接线点之间，各所述电阻支路并联后也连接在其正母线接线点、负母线接线点之间，正母线接线点连接到高电路的正母线、负母线接线点连接到高电路的负母线，高压电路经正母线节点或负母线节点后再通过其母线连接电子开关连接到电机侧的直流高压电路中，所述电容支路电子开关、电阻支路电子开关和母线连接电子开关均为继电器；剩余电量动态模拟模块还设有一剩余电量动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述电容支路电子开关、电阻支路电子开关和母线连接电子开关，通过使不同的电容并联来实现对剩余电量的动态调节模拟和动态注入，通过使不同的电阻并联来实现对剩余电量释放故障的动态模拟和动态注入。

优选地，所述过载动态模拟模块包括可动态调节的电阻器和功率电子开关，过载动态模拟模块还设有一过载动态模拟控制卡用于接收所述主控模块控制的指令来调节该电阻器的电阻值并控制该功率电子开关来接入或断开该电阻器，实现过载的动态模拟和动态注入。

优选地，所述过压欠压动态模拟模块包括高压电路电源切换电路，通过主控模块切断所述电动汽车用的动力电池系统并通过对实验用的电子负载的控制来实现高压电路的过压或欠压动态模拟与动态注入。

优选地，所述交流电源品质动态模拟模块包括交流电源干扰发生器，用于产生不同频率和幅值的电流、电压干扰波并注入到车载充电器的交流侧，来实现对交流电源品质的动态模拟与动态注入。

优选地，所述数据采集与分析系统对来自所述隔离采样调理模块的信号采用同步采样。

优选地，所述电动汽车高压电安全动态模拟测试系统还设有上位机，用于人机交互和数据管理，并与所述数据采集与分析系统为CAN总线或其它有线或无线网络通信连接。

优选地，所述第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块和交流电源品质动态模拟模块中的一些同类部件被适当地合理共用来减少所述电动汽车高压电安全动态模拟测试系统中的部件数量从而降低其成本。

优选地，所述数据采集与分析系统还通过网络与电子负载和一个测功机或车载子系统进行通信，实现对电子负载和一个测功机的协调控制和对车载子系统的监听以丰富测试数据和保护所涉及的车载系统。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明可动态模拟车辆真实运行条件下的真实故障并动态注入到电动汽车相应的高压电路中，具有依实际车辆实际运行条件的故障动态模拟注入、数据管理分析功能强大、可无损反复模拟测试并对车辆无损的特点。可用于：研究相关故障发生前后的高压电相关参数的演变规律，为故障预测和控制策略的制定提供依据；通过电动汽车的故障注入，验证电动汽车相关控制器的故障诊断与保护功能是否完备；通过高速多路的同步采样，研究相关故障发生时，整车电气回路参数的瞬态及稳态响应；对先进的高压电系统进行benchmark分析。本发明通过动态模拟车辆真实运行条件下的真实故障并动态注入到电动汽车相应的高压电路中，基于对数据的分析为研究电动汽车高压电安全及其涉及的各子系统的性能表现和预测方法提供重要的技术支撑。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施本发明电动汽车高压电安全动态模拟测试系统的结构框图。

图2为实施本发明电动汽车高压电安全动态模拟测试系统的网络连接图。

其中，虚线为硬线连接、双向箭头线为网络连接、在粗实线上的圆圈为电流传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明电动汽车高压电安全动态模拟测试系统包括第一断路动态模拟模块101、第二断路动态模拟模块102、第一连接电阻动态模拟模块201、第二连接电阻动态模拟模块202、预充电动态模拟模块3、第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402、短路动态模拟模块5、电机故障动态模拟模块6、剩余电量动态模拟模块7、过载动态模拟模块8、过压欠压动态模拟模块9、交流电源品质动态模拟模块11、隔离采样调理模块12、主控模块13、数据采集与分析系统14、系统安全保护模块15、电源模块17，其中，第一断路动态模拟模块101、第二断路动态模拟模块102、第一连接电阻动态模拟模块201、第二连接电阻动态模拟模块202和预充电动态模拟模块3均串联在一个待测高压电路中，第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402都连接在待测高压电路与车身地之间，短路动态模拟模块5连接在待测高压电路的需短路模拟的两接线点，电机故障动态模拟模块6连接在一个电机控制器19与一个电机20之间，剩余电量动态模拟模块7连接在直流高压电路的正、负母线之间后再通过其母线连接电子开关连接到直流高压电路中，过载动态模拟模块8连接在一个直流高压电路的正负母线之间，过压欠压动态模拟模块9与一个电动汽车用的动力电池系统21相并联连接，交流电源品质动态模拟模块11连接在所述电动汽车的充电器10的交流输入端，隔离采样调理模块12用于采集高压电路的电压、电流、对车身地18的电压等电气参数并调理后发送到数据采集与分析系统14，系统安全保护模块15串联在高压电路中并与急停操控面板24、防止人员操作触电部件25连接，用于避免系统受损的急停操控、防止人员操作时触电、系统安全保护等；电源模块17用于为所述各模块提供控制电源，主控模块13与所述第一断路动态模拟模块101、第二断路动态模拟模块102、第一连接电阻动态模拟模块201、第二连接电阻动态模拟模块202、预充电动态模拟模块3、第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402、短路动态模拟模块5、电机故障动态模拟模块6、剩余电量动态模拟模块7、过载动态模拟模块8、过压欠压动态模拟模块9、交流电源品质动态模拟模块11、隔离采样调理模块12、数据采集与分析系统14、系统安全保护模块15、电源模块17、数据采集与分析系统14以及测试时所用的一个电子负载22和一个测功机23相连接，且用于协调第一断路动态模拟模块101、第二断路动态模拟模块102、第一连接电阻动态模拟模块201、第二连接电阻动态模拟模块202、预充电动态模拟模块3、第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402、短路动态模拟模块5、电机故障动态模拟模块6、剩余电量动态模拟模块7、过载动态模拟模块8、过压欠压动态模拟模块9、交流电源品质动态模拟模块11、隔离采样调理模块12、数据采集与分析系统14、系统安全保护模块15、电源模块17、电子负载22和测功机23间的运行以及系统控制电源管理、热-电安全保护管理、高压电路电气参数监测等，实现电动汽车高压电安全故障的动态模拟和动态注入到电动汽车的高压电路中。

所述数据采集与分析系统14将动态模拟的指令通过CAN总线发送给所述主控模块13，由主控模块13协调各第一断路动态模拟模块101、第二断路动态模拟模块102、第一连接电阻动态模拟模块201、第二连接电阻动态模拟模块202、预充电动态模拟模块3、第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402、短路动态模拟模块5、电机故障动态模拟模块6、剩余电量动态模拟模块7、过载动态模拟模块8、过压欠压动态模拟模块9、交流电源品质动态模拟模块11、隔离采样调理模块12、数据采集与分析系统14、系统安全保护模块15、电源模块17间的动作。

所述第一断路动态模拟模块101、第二断路动态模拟模块102都包括断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器，所述断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器为并联连接，还设有一断路动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块13的指令控制所述断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器实现高压电路断路的动态模拟和动态注入。在模拟断路故障时，首先控制所述断路模拟双向电子功率开关接通，再控制所述断路模拟继电器断开，最后在控制所述断路模拟双向电子功率开关断开，从而避免对所述断路模拟继电器的损伤。在实现高压电路正常运行工况时，首先控制断路模拟双向电子功率开关接通，然后控制断路模拟继电器接通，从而避免对所述断路模拟继电器的损伤。所述断路模拟双向电子功率开关可以为两个均集成有FWD二极管的电子功率管按共集电极或共发射极的反向串联电路。

所述第一连接电阻动态模拟模块201、第二连接电阻动态模拟模块202都包括连接电阻模拟双向电子功率开关、功率电阻和连接电阻动态模拟控制卡，所述连接电阻模拟双向电子功率开关与功率电阻为并联连接，所述连接电阻动态模拟控制卡与所述主控模块13相CAN总线连接，接收所述主控模块13的需模拟的连接电阻的指令值，连接电阻动态模拟控制卡通过PWM信号控制连接电阻模拟双向电子功率开关来动态调节所述连接电阻模拟双向电子功率开关与功率电阻的并联等效电阻，从而实现对不超过功率电阻的电阻值的连接电阻的动态调节模拟和动态注入。所述连接电阻模拟双向电子功率开关可以为两个均集成有FWD二极管的电子功率管按共集电极或共发射极的反向串联电路。还设有一个连接电阻旁路继电器，用于高压电路模拟正常连接的情况。

所述预充电动态模拟模块3包括一个预充电电阻旁路继电器和一个适当结构的电阻值动态可调的电阻器，如，所述电阻值动态可调电阻器为多个由预充电模拟继电器和电阻的串联支路构成的并联电路或由电机驱动的变阻器；还设有一预充电动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块13的指令控制所述预充电模拟继电器或所述变阻器的电机来实现对预充电电阻值的动态调节模拟和动态注入。其中，预充电模拟继电器为继电器或电子开关，预充电模拟继电器和电阻的串联支路的个数由拟模拟的预充电电阻的电阻值范围和分辨率来确定。

所第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402都包括一个由多个绝缘模拟继电器和多个电阻采用适当结构的可调电阻矩阵，如，所述各电阻为串联连接，所述各绝缘模拟继电器分别与其中的一个电阻并联连接，所述绝缘模拟继电器为光电继电器，各电阻按最小值为1Ω、公比为2Ω的等比级数来设置，所述绝缘模拟继电器和电阻的个数为按2ⁿ¹＝R_max+1的n1取整后的自然数来设置(R_max为拟模拟的绝缘电阻的最大量程值)；通过控制其中的部分绝缘模拟继电器接通而另一部分绝缘模拟继电器断开来实现不同的绝缘电阻的动态模拟调节，控制所有绝缘模拟继电器断开来模拟高压电路正常运行工况；第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402都还设有一个绝缘短路继电器来模拟高压电路对车身地18直接短接的故障；还设有一绝缘电阻动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块13的指令控制所述绝缘模拟继电器、绝缘短路继电器来实现对绝缘电阻电阻值的动态调节模拟和动态注入。

所述短路动态模拟模块5包括短路模拟双向功率电子开关、短路模拟电流传感器、短时间精确控制器、短路电阻、短路电阻调节器，短时间精确控制器通过CAN总线接收到来自所述主控模块13的指令后，首先通过短路电阻调节器来调节短路电阻以设置最大短路电流、再控制短路模拟双向功率电子开关接通、同时开始精确计时，当计时结束或所述短路模拟电流传感器反馈电流超过预设值时自动控制所述短路模拟双向功率电子开关断开，实现对高压电路短路的动态模拟和动态注入；通过控制短路模拟双向功率电子开关断开，模拟高压电路正常运行的工况；当用于对交流电机三相线进行短路动态模拟时还包括合闸角控制器和相电压过零检测电路，所述相电压过零检测电路检测相电压正过零时刻，所述合闸角控制器用于计算相对于某相电压正过零时刻的电压相位角并判断是否已经达到该电压相位角，并在上述短路动态模拟和动态注入的过程中，控制所述短路模拟双向功率电子开关接通的时刻为所述短时间精确控制器通过所述相电压过零检测电路检测相电压过零时刻与合闸角控制器判断已达相对于某相电压正过零时刻的电压相位角时。所述短路模拟双向功率电子开关由多个IGBT功率管支路或IPM模块支路并联构成，每个所述IGBT功率管支路或IPM模块支路分别由两个均集成有FWD二极管的IGBT功率管或IPM模块按共集电极或共发射极的反向串联并附加上均流电阻的电路；所述短路模拟电流传感器可以采用分流器或霍尔电流传感器；所述短时间精确控制器至少包括一个主处理器和协处理器，该协处理器专门用于对所述短路模拟双向功率电子开关的指令控制和短路时间的精确控制，合闸角控制器功能亦可设置在该协处理器中；所述短时间精确控制器对所述短路模拟双向功率电子开关中的各IGBT功率管或IPM模块采用同步指令控制的方式，以避免各IGBT功率管或IPM模块工作不同步带来的不均流问题。

所述电机故障动态模拟模块6包括按电机故障模拟要求而调整参数调整后的三个所述第一断路动态模拟模块101、三个所述第一连接电阻动态模拟模块201、三个所述第一绝缘动态模拟模块401、三个所述短路动态模拟模块5，三个所述第一断路动态模拟模块101、三个第一连接电阻动态模拟模块201均分别串联在电机20的U相、V相和W相的线路中，三个所述第一绝缘动态模拟模块401分别连接在电机的U相、V相和W相的线路和车身地18之间，三个所述短路动态模拟模块5分别连接在电机的U相与V相的线路之间、U相与W相的线路之间和V相与W相的线路之间，从而实现对电机三相的任意相断路、任意相间电阻不平衡、任意相绝缘不良、任意相间短路等的动态模拟与动态注入。

所述剩余电量动态模拟模块7包括多个电容支路和多个电阻支路，各所述电容支路均为电容支路电子开关与电容的串联电路，各所述电阻支路为电阻支路电子开关与电阻的串联，各所述电容支路并联后连接在其正母线接线点、负母线接线点之间，各所述电阻支路并联后也连接在其正母线接线点、负母线接线点之间，正母线接线点连接到高电路的正母线、负母线接线点连接到高电路的负母线，高压电路经正母线节点或负母线节点后再通过其母线连接电子开关连接到电机侧的直流高压电路中，所述电容支路电子开关、电阻支路电子开关和母线连接电子开关均为继电器；还设有一剩余电量动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块13的指令控制所述电容支路电子开关、电阻支路电子开关和母线连接电子开关，通过使不同的电容并联来实现对剩余电量的动态调节模拟和动态注入，通过使不同的电阻并联来实现对剩余电量释放故障的动态模拟和动态注入。

所述过载动态模拟模块8包括可动态调节的电阻器和功率电子开关，还设有一过载动态模拟控制卡用于接收所述主控模块13控制的指令来调节该电阻器的电阻值并控制该功率电子开关来接入或断开该电阻器，实现过载的动态模拟和动态注入。

所述过压欠压动态模拟模块9包括高压电路电源切换电路，通过主控模块13切断所述电动汽车用的动力电池系统21并通过对实验用的电子负载22的控制来实现高压电路的过压或欠压动态模拟与动态注入。

所述交流电源品质动态模拟模块11包括交流电源干扰发生器，用于产生不同频率和幅值的电流、电压干扰波并注入到车载充电器的交流侧，来实现对交流电源品质的动态模拟与动态注入。

所述数据采集与分析系统13对来自所述隔离采样调理模块12的信号采用同步采样，以确保后续对数据分析的准确性。

所述电动汽车高压电安全动态模拟测试系统还设有上位机26，用于人机交互和数据管理，并与所述数据采集与分析系统为CAN总线或其它有线或无线网络通信连接。

所述第一断路动态模拟模块101、第二断路动态模拟模块102、第一连接电阻动态模拟模块201、第二连接电阻动态模拟模块202、预充电动态模拟模块3、第一绝缘动态模拟模块401、第二绝缘动态模拟模块402、短路动态模拟模块5、电机故障动态模拟模块6、剩余电量动态模拟模块7、过载动态模拟模块8、过压欠压动态模拟模块9和交流电源品质动态模拟模块11中的一些同类部件被适当地合理共用来减少所述电动汽车高压电安全动态模拟测试系统中的部件数量从而降低其成本，如，当电动汽车高压电安全动态模拟测试系统包括所述第二断路动态模拟模块102和预充电动态模拟模块3时，将所述第二断路动态模拟模块102和预充电动态模拟模块3并联，从而所述断路模拟继电器和预充电电阻旁路继电器只用其中的一个即可，该二个继电器的控制在所述断路动态模拟控制卡、预充电动态模拟控制卡或主控制器通过CAN总线进行控制协调后由主控制器来实施控制。

所述数据采集与分析系统14还通过网络与其它各实验设备(电子负载22和一个测功机23)或车载子系统(电池管理系统BMS、电机控制器19、整车控制器VCU等)进行通信，实现对其它各实验设备(电子负载22和一个测功机23)的协调控制和对车载子系统(电池管理系统BMS、电机控制器19、整车控制器VCU等)的监听以丰富测试数据和保护所涉及的车载系统(电池管理系统BMS、电机控制器19、整车控制器VCU等)。

本发明提供了一种电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，可动态模拟车辆真实运行条件下的真实故障并动态注入到电动汽车相应的高压电路中，具有依实际车辆实际运行条件的故障动态模拟注入、数据管理分析功能强大、可无损反复模拟测试并对车辆无损的特点，可用于研究相关故障发生前后的高压电相关参数的演变规律，为故障预测和控制策略的制定提供依据；通过电动汽车的故障注入，验证电动汽车相关控制器的故障诊断与保护功能是否完备；通过高速多路的同步采样，研究相关故障发生时，整车电气回路参数的瞬态及稳态响应；对先进的高压电系统进行benchmark分析。所述高压电安全故障的动态模拟和动态注入，采用通过电动汽车三相交流电机的相电压过零检测进行按合闸角的相电压相位进行精确定时的模拟和注入，来实现故障模拟与注入时刻和电机工作相序与电角度之间的对应。

本发明可动态模拟车辆真实运行条件下的真实故障并动态注入到电动汽车相应的高压电路中，具有依实际车辆实际运行条件的故障动态模拟注入、数据管理分析功能强大、可无损反复模拟测试并对车辆无损的特点。可用于：研究相关故障发生前后的高压电相关参数的演变规律，为故障预测和控制策略的制定提供依据；通过电动汽车的故障注入，验证电动汽车相关控制器的故障诊断与保护功能是否完备；研究相关故障发生时，整车电气回路参数的瞬态及稳态响应；对先进的高压电系统进行测试分析。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (16)

1.一种电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，包括第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块中的至少一个模块以及隔离采样调理模块、主控模块、数据采集与分析系统，其中，第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块和预充电动态模拟模块均串联在一个待测高压电路中，第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块都连接在待测高压电路与车身地之间，短路动态模拟模块连接在待测高压电路的需短路模拟的两接线点，电机故障动态模拟模块连接在一个电机控制器与一个电机之间，剩余电量动态模拟模块连接在直流高压电路的正、负母线之间后再通过其母线连接电子开关连接到直流高压电路中，过载动态模拟模块连接在一个直流高压电路的正负母线之间，过压欠压动态模拟模块与一个电动汽车用的动力电池系统相并联连接，交流电源品质动态模拟模块连接在所述电动汽车的充电器的交流输入端，隔离采样调理模块用于采集高压电路的电压、电流、对车身地的电压电气参数并调理后发送到数据采集与分析系统，主控模块与所述第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块、隔离采样调理模块、数据采集与分析系统、数据采集与分析系统以及测试时所用的一个电子负载和一个测功机相连接，且用于协调第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块、隔离采样调理模块、数据采集与分析系统、电子负载和测功机间的运行以及系统控制电源管理、热-电安全保护管理、高压电路电气参数监测，实现电动汽车高压电安全故障的动态模拟和动态注入到电动汽车的高压电路中。

2.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述数据采集与分析系统将动态模拟的指令通过CAN总线发送给所述主控模块，由主控模块协调各第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块、交流电源品质动态模拟模块、隔离采样调理模块、数据采集与分析系统、系统安全保护模块、电源模块间的动作。

3.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块都包括断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器，所述断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器为并联连接，第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块都还设有一断路动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述断路模拟双向电子功率开关与断路模拟继电器实现高压电路断路的动态模拟和动态注入。

4.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块都包括连接电阻模拟双向电子功率开关、功率电阻和连接电阻动态模拟控制卡，所述连接电阻模拟双向电子功率开关与功率电阻为并联连接，所述连接电阻动态模拟控制卡与所述主控模块相CAN总线连接，接收所述主控模块的需模拟的连接电阻的指令值，连接电阻动态模拟控制卡通过PWM信号控制连接电阻模拟双向电子功率开关来动态调节所述连接电阻模拟双向电子功率开关与功率电阻的并联等效电阻，从而实现对不超过功率电阻的电阻值的连接电阻的动态调节模拟和动态注入。

5.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述预充电动态模拟模块包括一个预充电电阻旁路继电器和一个适当结构的电阻值动态可调的电阻器；预充电动态模拟模块还设有一预充电动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述预充电模拟继电器或所述变阻器的电机来实现对预充电电阻值的动态调节模拟和动态注入。

6.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块都包括一个由多个绝缘模拟继电器和多个电阻采用适当结构的可调电阻矩阵；通过控制其中的部分绝缘模拟继电器接通而另一部分绝缘模拟继电器断开来实现不同的绝缘电阻的动态模拟调节，控制所有绝缘模拟继电器断开来模拟高压电路正常运行工况；第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块都还设有一个绝缘短路继电器来模拟高压电路对车身地直接短接的故障；第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块还设有一绝缘电阻动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述绝缘模拟继电器、绝缘短路继电器来实现对绝缘电阻电阻值的动态调节模拟和动态注入。

7.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述短路动态模拟模块包括短路模拟双向功率电子开关、短路模拟电流传感器、短时间精确控制器、短路电阻、短路电阻调节器，短时间精确控制器通过CAN总线接收到来自所述主控模块的指令后，首先通过短路电阻调节器来调节短路电阻以设置最大短路电流、再控制短路模拟双向功率电子开关接通、同时开始精确计时，当计时结束或所述短路模拟电流传感器反馈电流超过预设值时自动控制所述短路模拟双向功率电子开关断开，实现对高压电路短路的动态模拟和动态注入；通过控制短路模拟双向功率电子开关断开，模拟高压电路正常运行的工况；当用于对交流电机三相线进行短路动态模拟时还包括合闸角控制器和相电压过零检测电路，所述相电压过零检测电路检测相电压正过零时刻，所述合闸角控制器用于计算相对于某相电压正过零时刻的电压相位角并判断是否已经达到该电压相位角，并在上述短路动态模拟和动态注入的过程中，控制所述短路模拟双向功率电子开关接通的时刻为所述短时间精确控制器通过所述相电压过零检测电路检测相电压过零时刻与合闸角控制器判断已达相对于某相电压正过零时刻的电压相位角时。

8.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述电机故障动态模拟模块包括按电机故障模拟要求而调整参数调整后的三个所述第一断路动态模拟模块、三个所述第一连接电阻动态模拟模块、三个所述第一绝缘动态模拟模块、三个所述短路动态模拟模块，三个所述第一断路动态模拟模块、三个第一连接电阻动态模拟模块均分别串联在电机的U相、V相和W相的线路中，三个所述第一绝缘动态模拟模块分别连接在电机的U相、V相和W相的线路和车身地之间，三个所述短路动态模拟模块分别连接在电机的U相与V相的线路之间、U相与W相的线路之间和V相与W相的线路之间。

9.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述剩余电量动态模拟模块包括多个电容支路和多个电阻支路，各所述电容支路均为电容支路电子开关与电容的串联电路，各所述电阻支路为电阻支路电子开关与电阻的串联，各所述电容支路并联后连接在其正母线接线点、负母线接线点之间，各所述电阻支路并联后也连接在其正母线接线点、负母线接线点之间，正母线接线点连接到高电路的正母线、负母线接线点连接到高电路的负母线，高压电路经正母线节点或负母线节点后再通过其母线连接电子开关连接到电机侧的直流高压电路中，所述电容支路电子开关、电阻支路电子开关和母线连接电子开关均为继电器；剩余电量动态模拟模块还设有一剩余电量动态模拟控制卡用于通过CAN总线接收所述主控模块的指令控制所述电容支路电子开关、电阻支路电子开关和母线连接电子开关，通过使不同的电容并联来实现对剩余电量的动态调节模拟和动态注入，通过使不同的电阻并联来实现对剩余电量释放故障的动态模拟和动态注入。

10.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述过载动态模拟模块包括可动态调节的电阻器和功率电子开关，过载动态模拟模块还设有一过载动态模拟控制卡用于接收所述主控模块控制的指令来调节该电阻器的电阻值并控制该功率电子开关来接入或断开该电阻器，实现过载的动态模拟和动态注入。

11.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述过压欠压动态模拟模块包括高压电路电源切换电路，通过主控模块切断所述电动汽车用的动力电池系统并通过对实验用的电子负载的控制来实现高压电路的过压或欠压动态模拟与动态注入。

12.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述交流电源品质动态模拟模块包括交流电源干扰发生器，用于产生不同频率和幅值的电流、电压干扰波并注入到车载充电器的交流侧，来实现对交流电源品质的动态模拟与动态注入。

13.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述数据采集与分析系统对来自所述隔离采样调理模块的信号采用同步采样。

14.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述电动汽车高压电安全动态模拟测试系统还设有上位机，用于人机交互和数据管理，并与所述数据采集与分析系统为CAN总线或其它有线或无线网络通信连接。

15.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述第一断路动态模拟模块、第二断路动态模拟模块、第一连接电阻动态模拟模块、第二连接电阻动态模拟模块、预充电动态模拟模块、第一绝缘动态模拟模块、第二绝缘动态模拟模块、短路动态模拟模块、电机故障动态模拟模块、剩余电量动态模拟模块、过载动态模拟模块、过压欠压动态模拟模块和交流电源品质动态模拟模块中的一些同类部件被适当地合理共用来减少所述电动汽车高压电安全动态模拟测试系统中的部件数量从而降低其成本。

16.根据权利要求1所述的电动汽车高压电安全动态模拟测试系统，其特征在于，所述数据采集与分析系统还通过网络与电子负载和一个测功机或车载子系统进行通信，实现对电子负载和一个测功机的协调控制和对车载子系统的监听以丰富测试数据和保护所涉及的车载系统。