CN106092604A - 一种新能源汽车用动力总成测试系统 - Google Patents

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Abstract

一种新能源汽车用动力总成测试系统，属于新能源汽车技术领域。本发明包括动力总成测试台架、动力电池、电池管理器、电机控制器、整车控制器、测功机控制平台、安全监测平台、直流电源；动力总成测试台架包括电机、减速器、以及检测电机和减速器的测试组件；动力电池分别连接电机控制器和电池管理器；电机控制器分别连接电机和整车控制器；整车控制器分别连接电池管理器、测功机控制平台和安全监测平台、以及直流电源。本发明把三电系统进行联合调试，不仅能实现测试各零部件的独立功能，而且考虑了实车综合路况的复杂性，无需搭载整车，通过在本台架的测试，动力核心系统的安全性、可靠性提前得到充分验证。

Description

一种新能源汽车用动力总成测试系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种新能源汽车用动力总成测试系统。
背景技术
节能与新能源汽车基于驱动技术的重大升级和转型，是汽车产业应对能源安全、气候变化和结构升级问题的重要突破口，将成为推动世界经济增长的重要新兴产业之一。随着新能源汽车的成熟发展及日益普及，新能源汽车整车及零部件的测试问题越来越受到人们的关注。
电机、电池、整车控制器是新能源汽车的核心零部件，统称为三电系统。因此，其测试对新能源汽车的安全可靠性尤为重要。各新能源汽车公司及三电系统供应商也投入了大量的精力进行整车及零部件的测试。例如，新能源汽车公司建立了整车的NVH、轮毂测试系统，以及电机测试台架，电池电性能测试系统、整车控制器HILL测试台架等。
然而，目前针对三电系统的测试平台都是独立的，例如，实用新型专利CN201520379338.2公开了一种新能源汽车电机性能测试分析系统，该专利仅为驱动电机搭建了测试台架，仅能测试电机的空载-负载特性；实用新型专利CN201420707499.5公开了一种新能源汽车整车控制器和电池控制器联合测试系统，仅能完成两个控制器内部程序的逻辑验证，而功能性验证、接口输入输出是否正常验证、CAN通信验证，没有与整车的动力系统进行有效的结合，不能模拟出实际电池的运行情况，测试不了三电系统之间的综合性能。并且建立整车轮毂试验室，费用昂贵。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种既解决了三电系统联合测试的问题且成本低廉的新能源汽车用动力总成测试系统。
本发明提供一种新能源汽车用动力总成测试系统，包括动力总成测试台架、动力电池、电池管理器、电机控制器、整车控制器、测功机控制平台、安全监测平台、直流电源；所述动力总成测试台架包括电机、减速器、以及检测所述电机和减速器的测试组件；所述动力电池分别连接所述电机控制器和所述电池管理器；所述电机控制器分别连接所述电机和所述整车控制器；所述整车控制器分别连接所述电池管理器、测功机控制平台和安全监测平台、以及所述直流电源。
在新能源汽车上，电机、电池和整车控制器不是各自独立的系统，各系统性能息息相关，只有综合测试才能提早发现可能在整车中遇到的问题，本发明动力总成测试系统能全面进行检测，为整车策略以及整车安全开发保驾护航。
本发明与传统独立的电机测试台架，电池测试台架和整车控制器测试台架不同，本发明把三个台架综合在一个台架系统，不仅能实现测试各零部件的独立功能，而且考虑了实车综合路况的复杂性，利用特有的测功机模拟整车道路负载，可以输入任何工况需求，把三电系统进行联合调试，三电系统无需搭载整车，通过在本台架的测试，动力核心系统的安全性、可靠性提前得到充分验证。
作为优选，所述测试组件包括在电机与减速器连接轴上配置的第一扭矩/转速传感器。
作为优选，所述测试组件还包括分别与减速器两个传动轴连接的第一、第二测功机；所述减速器分别与所述第一、第二测功机的连接轴上配置第二、第三扭矩/转速传感器。
作为优选，所述电机、所述减速器、所述测试组件设于T型槽台面。
作为优选，所述第一、第二测功机为模拟整车道路负载的负载电机。
作为优选，所述动力电池和所述电池管理器两者由电池模拟器替代。
作为优选，该新能源汽车用动力总成测试系统还包括用于测试整车的上下电管理的钥匙开关。
作为优选，该新能源汽车用动力总成测试系统还包括模拟整车的油门踏板和刹车踏板。
作为优选，该新能源汽车用动力总成测试系统还包括为电机和电机控制器提供冷却的冷却柜。
作为优选，所述整车控制器分别与所述电池管理器、所述电机控制器、所述监测平台双向通信。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种新能源汽车用动力总成测试系统能完成以下测试需求：
1、完成新能源汽车动力总成的功能性联合调试（包括整车控制器VMS，电机及控制器MCU以及电池与电池管理系统BMS以及变速器的测试），和综合性能（动力性、经济性）匹配试验。
2、整车控制策略（扭矩分配、上下电管理、制动能量回收、故障诊断等）的研究以及开发试验。
3、整车动力总成模拟试验。
4、特定循环工况下的能量消耗试验。
5、电机和变速器总成的耐久试验和子系统的优化试验，在开发阶段及早发现为题、解决问题，为整车项目开发节约了时间成本。
6、电机性能试验。
7、特定情况下减速器的效率测试。
该测试系统能全面检测三电系统，安全可靠，且成本低廉。
附图说明
图1为本发明一种新能源汽车用动力总成测试系统的结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，一种新能源汽车用动力总成测试系统包括动力总成测试台架、动力电池、电池管理器（BMS）、电机控制器（MCU）、整车控制器（VCU）、测功机控制平台、安全监测平台、直流电源。
所述动力总成测试台架包括电机、减速器、以及检测所述电机和减速器的测试组件。所述测试组件包括第一扭矩/转速传感器、第一测功机、第二测功机、第二扭矩/转速传感器、第三扭矩/转速传感器。为了测试电机效率和外特性和特定环境下的减速器的效率特性，在电机与减速器连接轴上配置一台高精度的第一扭矩/转速传感器，用于实时监测电机输出扭矩和转速。为了测试电机和减速器整个动力总成效率特性，两台测功机和测功机控制器与减速器通过传动轴机械连接，同时在减速器与测功机两个连接轴上各配置一个扭矩/转速传感器，即在减速器与第一测功机之间配置第二扭矩/转速传感器，在减速器与第二测功机之间配置第三扭矩/转速传感器，用于实时监测减速器输出的扭矩及转速，此扭矩和转速在整车上即为轮胎的转速和扭矩。其中，减速器在实验前要加入厂家规定牌号的变速箱油量，油温和油量对减速器的传递效率影响较大，因此需要严格按照实车状态执行。第一、第二测功机可以高精度模拟整车道路负载，使得台架可以模拟整车动力性、经济性的测试，为动力总成的优化标定提供依据。上述动力总成测试台架的各个部件通过安装支架固定于T型槽台面，如采用T型槽结构的铁地板。
所述电池管理器为动力电池控制单元，电池管理器功能为：实时监测电压、电流、温度等电池物理参数，电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。动力电池为电机提供动力输出，一般选用为高压电池。所述电机控制器对电机进行控制。所述动力电池与所述电机控制器之间，所述电机控制器与所述电机之间通过高压线电连接。所述动力电池及电池管理器可以用电池模拟器替代，电池模拟器可以模拟出实际电池和电池管理器的性能，采用电池模拟器的方案同样适用于本专利。
所述电机为执行机构，接收所述电机控制器的指令，电机控制器接收整车控制器的的指令，控制电机转向及转速，并随时反馈给监测平台关于电机的电压、电流、位置等信息。
整车控制器是整个动力系统的调控中心，是整个系统能量协调控制中心，与电池管理器和电机控制器之间为12V系统低压连接，各控制器之间通过CAN信号进行相互之间的交互传输。
全监控平台监控整个测试系统的运行情况，当系统出现紧急故障时，将系统引入到安全模式或者对监控人员进行警示。测功机控制平台和安全监测平台用于设定驾驶工况及整车道路负载，并且能监测并显示各被测系统的实时状态。通过CAN线与整车控制器、电池管理器、整车控制器进行交互通信。
为了模拟整车的实际需求，在测试系统里加入油门踏板和制动踏板，信号通过CAN输入给整车控制器，旨在进行扭矩分配、制动能量回收等整车策略的开发。为了模拟整车的上下电情况，测试整车的上下电管理策略，在系统加入钥匙开关，信号通过CNA输入给整车控制器。整车控制器接收钥匙开关、油门踏板、刹车踏板的驾驶员需求，转化为触发、扭矩、转速等信号通过CAN发送给MCU和BMS，同时接收MCU和BMS反馈的电机和电池状态，管理调控整个台架系统的正常运行。
直流电源可采用12V直流电源，为台架所有的低压设备VCU、MCU、BMS、传感器、开关、踏板等提供稳定电压输入。
整个测试系统需要尽量模拟整车实际运行形态，当实车电机和电机控制器、电池为水冷系统时，本测试台架的被测系统也必须为水冷系统，冷却流量和冷却温度需要与实车一致。该测试系统还包括为驱动电机和电机控制器提供冷却的冷却柜，为了模拟整车冷却系统，冷却柜的流量、压力和温度以及冷却管路的尺寸需要与实际整车状态一致。
根据本测试系统，可以精确测试在不同环境、不同工况下动力性经济性测试、整车策略开发、电池充放电效率，电机和电机控制器的电动发电效率以及减速器的传动效率测试等。
以电池放电过程为例。当电池放电时，能量的流动方向为：电池—电机控制器—电机—减速器—测功机。
1、 首先记录测试的室温环境温度，湿度，减速器油温。因为电池的放电性能与环境温湿度相关，而减速器的效率与环境温度和减速器油温相关；
2、 为了与国家测试标准一致，开始测试前，高压电池保持充满电的状态为佳，充电和放电过程中，电池管理器实时监测各电池单体的状态，当单体出现突发问题时，电池管理器触发紧急报警和保护功能。
3、 通过测功机设置实际运行工况，如NEDC工况等，输入整车道路负载，模拟整车实际情况；
4、 电池母线上有电压传感器和电流传感器对电压U和电流I实时监测记录，母线功率为P1，。此功率即为电机控制器的输入功率；
5、 电机控制器逆变成三相电输入给电机，三相线上分别连接电压、电流传感器，通过功率分析仪计算出电机的输入功率P2；
6、 电机把电能转化成机械能输入给减速器，此过程中，电机的输出功率通过第一扭矩/转速传感器输入给功率分析仪，计算得到减速器的输入功率P3，;其中，—电机输出扭矩；—电机输出转速。
7、 减速器两传动轴分别与第一、第二测功机连接处放置第二、第三扭矩/转速传感器，减速器的输出功率；其中，—减速器输出扭矩，—减速器输出转速。
8、 根据各级功率计算出各零部件或动力总成的效率。
9、 同时，当测试完成设定工况后，测试电池的容量，可以计算出整车的能量消耗率、续驶里程等。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，包括动力总成测试台架、动力电池、电池管理器、电机控制器、整车控制器、测功机控制平台、安全监测平台、直流电源；所述动力总成测试台架包括电机、减速器、以及检测所述电机和减速器的测试组件；所述动力电池分别连接所述电机控制器和所述电池管理器；所述电机控制器分别连接所述电机和所述整车控制器；所述整车控制器分别连接所述电池管理器、测功机控制平台和安全监测平台、以及所述直流电源。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，所述测试组件包括在电机与减速器连接轴上配置的第一扭矩/转速传感器。
3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，所述测试组件还包括分别与减速器两个传动轴连接的第一、第二测功机；所述减速器分别与所述第一、第二测功机的连接轴上配置第二、第三扭矩/转速传感器。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，所述电机、所述减速器、所述测试组件设于T型槽台面。
5.根据权利要求3所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，所述第一、第二测功机为模拟整车道路负载的负载电机。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，所述动力电池和所述电池管理器两者由电池模拟器替代。
7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，还包括用于测试整车的上下电管理的钥匙开关。
8.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，还包括模拟整车的油门踏板和刹车踏板。
9.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，还包括为电机和电机控制器提供冷却的冷却柜。
10.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用动力总成测试系统，其特征在于，所述整车控制器分别与所述电池管理器、所述电机控制器、所述监测平台双向通信。
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