CN111443297A - 一种动力电池循环寿命测试系统及测试方法 - Google Patents

一种动力电池循环寿命测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池循环寿命测试系统及测试方法，测试系统包括设备控制电脑、测试台架、动力电池总成和辅助测试系统，辅助测试系统包括单片机、CAN收发器、直流降压模块、继电器和电源适配器，经电源适配器转换后得到的直流电能给BMS供电，经直流降压模块降压后的电压用于给单片机、CAN收发器供电，单片机通过CAN收发器、CAN线与测试台架、BMS进行通信，测试台架通过信号线与设备控制电脑进行通信；测试方法包括单片机的执行步骤和设备控制电脑的执行步骤。本发明采用限功率的方式使动力电池循环寿命测试在一个更接近动力电池实际应用的环境中，累计行驶里程更准确，进而使测试结果更准确，从而能更合理的评价动力电池的循环寿命。

Description

一种动力电池循环寿命测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于新能源汽车动力电池总成测试领域，具体涉及一种动力电池循环寿命测试系统及测试方法。
背景技术
目前新能源汽车的动力电池总成在台架上进行循环寿命测试时，测试工况一般是基于“时间-车速”表，通过CAE仿真得到“时间-车速-功率”表，而测试台架只能静态的按照仿真工况给动力电池进行充放电，不能在整个工况放电过程中实时比较动力电池最大允许充放电功率来实现动态限功率功能；同时，测试系统不具备累计行驶里程功能，在寿命测试时不能自动根据行驶里程数跳转，容易出现实际行驶里程数超过规定值的情况。在这种情况下，一方面，每次更换动力电池时都需要重新根据整车质量、负载功率、阻尼系数、电机效率等参数进行CAE仿真，增加试验成本；另一方面，在处理数据时，根据“功率-车速”对应关系来统计累计行驶里程，得到的动力电池累计行驶里程存在误差，测试结果不够准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池循环寿命测试系统及测试方法，以提高测试结果的准确度。
本发明所述的动力电池循环寿命测试系统，包括设备控制电脑、测试台架、动力电池总成和辅助测试系统，设备控制电脑与测试台架通过信号线连接，测试台架与动力电池总成中的BMS通过CAN线连接，测试台架与动力电池总成中的动力电池通过动力线连接；所述辅助测试系统包括单片机、CAN收发器、直流降压模块、继电器和用于与供电电源连接的电源适配器，直流降压模块与电源适配器通过硬线连接，单片机、CAN收发器与直流降压模块通过硬线连接，继电器的线圈两端与单片机通过硬线连接，继电器的开关一端与电源适配器通过硬线连接、另一端与BMS通过硬线连接，单片机能与设备控制电脑连接，单片机与CAN收发器通过信号线连接，CAN收发器与测试台架、BMS通过CAN线连接。经电源适配器转换后得到的直流电能给BMS供电，经直流降压模块降压后的电压用于给单片机、CAN收发器供电，单片机通过CAN收发器、CAN线与测试台架、BMS进行通信，测试台架通过信号线与设备控制电脑进行通信。设备控制电脑能将程序烧录至单片机，初始化单片机主程序。
优选的，所述单片机的型号为F103ZET6，所述CAN收发器的型号为TJA1050T，所述直流降压模块的型号为XL4005E1，所述继电器的型号为JQC-3FF-S-Z。
本发明所述的动力电池循环寿命测试方法，采用上述动力电池循环寿命测试系统，该方法包括：
单片机的执行步骤：
S1、控制继电器的开关闭合，然后执行S2；
S2、判断动力电池是否满足工况放电条件，如果是，则执行S3，否则执行S11；
S3、获取动力电池最大允许充放电功率Pmax，查询“时间-车速”工况表得到当前车速v，并计算当前需求功率Psim，然后执行S4；
S4、判断当前需求功率Psim的绝对值是否小于或等于动力电池最大允许充放电功率Pmax的绝对值，如果是，则执行S5，否则执行S6；
S5、将当前需求功率Psim作为实际充放电功率P0，利用公式S总＝S0+v*t，计算当前累计行驶里程S总，然后执行S7；其中，S0表示前一次累计行驶里程，t表示工况间隔时间，t为存储在单片机内的已知参数；
S6、将动力电池最大允许充放电功率Pmax作为实际充放电功率P0，根据动力电池最大允许充放电功率Pmax计算当前实际车速v'，再利用公式S总＝S0+v'*t，计算当前累计行驶里程S总，然后执行S7；其中，S0表示前一次累计行驶里程，t表示工况间隔时间，t为存储在单片机内的已知参数；
S7、将实际充放电功率P0和当前累计行驶里程S总发送给测试台架，然后执行S8；
S8、判断是否收到测试台架发送的测试结束信息，如果是，则执行S9，否则执行S10；
S9、控制继电器的开关断开，然后结束；
S10、判断动力电池是否满足工况放电条件，如果是，则返回执行S3，否则执行S11；
S11、向BMS发送将动力电池状态标志位修改为充电标志指令，然后执行S12；
S12、判断BMS发出的充电需求电流I是否小于或等于0，如果是，则执行S13，否则继续执行S12；
S13、向BMS发送将动力电池状态标志位修改为放电标志指令，然后返回执行S2；
设备控制电脑的执行步骤：
P1、判断是否收到测试台架发送的实际充放电功率P0和当前累计行驶里程S总，如果是，则执行P2，否则继续执行P1；
P2、控制测试台架以实际充放电功率P0对动力电池进行充放电，并显示当前累计行驶里程S总，然后执行P3；
P3、判断当前前累计行驶里程S总是否大于或等于预设里程目标阈值S0，如果是，则执行P4，否则执行P5；
P4、控制测试台架停止对动力电池进行充放电，并向测试台架发送测试结束信息，然后结束；
P5、判断动力电池状态标志位是否为充电标志，如果是，则执行P6，否则返回执行P1；
P6、通过测试台架获取BMS发出的充电需求电流I，然后执行P7；
P7、控制测试台架输出充电需求电流I给动力电池充电，然后执行P8；
P8、判断动力电池的电量是否已经充到预设电量阈值，如果是，则返回执行P1，否则返回执行P6。
优选的，所述当前需求功率Psim通过公式：
Figure BDA0002516250850000031
计算得到；
所述当前实际车速v'通过公式：
Figure BDA0002516250850000032
计算得到；其中，a1表示第一加速度，a2表示第二加速度，v0表示前一次工况时间对应的车速，P负载表示整车负载功率，M表示整车质量，A、B、C分别表示阻尼系数，η表示电机效率，P负载、M、A、B、C、η为存储在单片机内的已知参数。
优选的，如果动力电池的SOC值大于预设SOC阈值，则表示动力电池满足工况放电条件。
本发明在测试中增加了限功率判断，如果当前需求功率Psim的绝对值大于动力电池最大允许充放电功率Pmax的绝对值，则将Pmax作为实际充放电功率P0，并根据Pmax计算当前实际车速v'，再利用公式S总＝S0+v'*t，计算当前累计行驶里程S总，从而使得到的累计行驶里程更准确，进而使测试结果更准确；并且限功率的方式使动力电池循环寿命测试在一个更接近动力电池实际应用的环境中，从而能够更合理的评价动力电池的循环寿命，具有操作便捷、性能可靠、节约成本、实用性强等优点。
附图说明
图1为本发明的动力电池循环寿命测试系统的电路原理框图。
图2为本发明的动力电池循环寿命测试方法中单片机的执行流程图。
图3为本发明的动力电池循环寿命测试方法中设备控制电脑的执行流程图。
图4为采用本发明进行测试前的准备工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示的动力电池循环寿命测试系统，包括设备控制电脑1、测试台架2、动力电池总成3和辅助测试系统，设备控制电脑1与测试台架2通过信号线连接，测试台架2与动力电池总成3中的BMS(即电池管理系统)通过CAN线连接，测试台架2与动力电池总成3中的动力电池通过动力线连接；辅助测试系统包括单片机4、CAN收发器5、直流降压模块6、继电器7和用于与供电电源连接的电源适配器8(电源适配器8将220V交流电转换为12V直流电)，单片机4的型号为F103ZET6，CAN收发器5的型号为TJA1050T，直流降压模块6的型号为XL4005E1，继电器7的型号为JQC-3FF-S-Z。直流降压模块6与电源适配器8通过硬线连接，单片机4、CAN收发器5与直流降压模块6通过硬线连接，继电器7的线圈两端与单片机4通过硬线连接，继电器7的开关一端与电源适配器8通过硬线连接，继电器7的开关另一端与BMS通过硬线连接，单片机4能通过串口线与设备控制电脑1连接，单片机4与CAN收发器5通过信号线连接，CAN收发器5与测试台架2、BMS通过CAN线连接。单片机4控制继电器7的开关闭合，使电源适配器8转换后得到的12V直流电给BMS供电，BMS工作，单片机4控制继电器7的开关断开，经电源适配器8转换后得到的12V直流电停止给BMS供电，BMS停止工作，经直流降压模块6降压后的5V电压用于给单片机4、CAN收发器5供电，单片机4通过CAN收发器5、CAN线与测试台架2、BMS进行通信，测试台架2通过信号线与设备控制电脑1进行通信。设备控制电脑1能通过串口将程序烧录至单片机4，初始化单片机4主程序。
如图4所示，在测试前，试验人员需要判断即将进行测试的动力电池是否为新项目电池；如果是新项目电池，则需要在设备控制电脑1中输入整车负载功率P负载，整车质量M，阻尼系数A、B、C，电机效率η，工况间隔时间t，加载与动力电池对应的“时间-车速”工况表；然后运行设备控制电脑1中的测试程序，并将与单片机相关的程序烧录至单片机4，初始化单片机主程序，而后完成测试准备；单片机初始化之后，已知的参数P负载、M、A、B、C、η、t就存储在单片机内，当前累计行驶里程S总的初始值为0，前一次累计行驶里程S0的初始值为0，当前车速v的初始值为0，当前实际车速v'的初始值为0，前一次工况时间对应的车速v0的初始值为0。如果不是新项目电池，则不需要进行参数设置和程序烧录。
如图2、图3所示的动力电池循环寿命测试方法，采用如图1所示的动力电池循环寿命测试系统，该方法包括：单片机4的执行步骤和设备控制电脑1的执行步骤。
单片机4的执行步骤为：
S1、单片机4控制继电器7的开关闭合，然后执行S2；
S2、单片机4判断动力电池是否满足工况放电条件(即动力电池的SOC值是否大于预设SOC阈值)，如果是，则执行S3，否则执行S11；
S3、单片机4获取动力电池最大允许充放电功率Pmax，查询“时间-车速”工况表得到当前车速v，并利用公式
Figure BDA0002516250850000051
计算当前需求功率Psim，然后执行S4；
S4、单片机4判断当前需求功率Psim的绝对值是否小于或等于动力电池最大允许充放电功率Pmax的绝对值，如果是，则执行S5，否则执行S6；
S5、单片机4将当前需求功率Psim作为实际充放电功率P0，利用公式S总＝S0+v*t，计算当前累计行驶里程S总，然后执行S7；
S6、单片机4将动力电池最大允许充放电功率Pmax作为实际充放电功率P0，根据动力电池最大允许充放电功率Pmax，利用公式
Figure BDA0002516250850000052
计算当前实际车速v'，再利用公式S总＝S0+v'*t，计算当前累计行驶里程S总，然后执行S7；
S7、单片机4将实际充放电功率P0和当前累计行驶里程S总发送给测试台架2，然后执行S8；
S8、单片机4判断是否收到测试台架2发送的测试结束信息(测试结束信息由设备控制电脑1发出)，如果是，则执行S9，否则执行S10；
S9、单片机4控制继电器7的开关断开，然后结束；
S10、单片机4判断动力电池是否满足工况放电条件(即动力电池的SOC值是否大于预设SOC阈值)，如果是，则返回执行S3，否则执行S11；
S11、单片机4向BMS发送将动力电池状态标志位修改为充电标志指令，然后执行S12；
S12、单片机4判断BMS发出的充电需求电流I是否小于或等于0，如果是，则执行S13，否则继续执行S12；
S13、单片机4向BMS发送将动力电池状态标志位修改为放电标志指令，然后返回执行S2；
其中，S0表示前一次累计行驶里程，t表示工况间隔时间，a1表示第一加速度，a2表示第二加速度，v0表示前一次工况时间对应的车速，P负载表示整车负载功率，M表示整车质量，A、B、C分别表示阻尼系数，η表示电机效率，P负载、M、A、B、C、η、t为存储在单片机内的已知参数。
设备控制电脑1的执行步骤为：
P1、设备控制电脑1判断是否收到测试台架发送的实际充放电功率P0和当前累计行驶里程S总，如果是，则执行P2，否则继续执行P1；
P2、设备控制电脑1控制测试台架2以实际充放电功率P0对动力电池进行充放电，并显示当前累计行驶里程S总，然后执行P3；
P3、设备控制电脑1判断当前前累计行驶里程S总是否大于或等于预设里程目标阈值S0，如果是，则执行P4，否则执行P5；
P4、设备控制电脑1控制测试台架2停止对动力电池进行充放电，并向测试台架2发送测试结束信息，然后结束；
P5、设备控制电脑1判断动力电池状态标志位(动力电池状态标志位由BMS发出)是否为充电标志，如果是，则执行P6，否则返回执行P1；
P6、设备控制电脑1通过测试台架获取BMS发出的充电需求电流I，然后执行P7；
P7、设备控制电脑1控制测试台架2输出充电需求电流I给动力电池充电，然后执行P8；
P8、设备控制电脑1判断动力电池的电量是否已经充到预设电量阈值，如果是，则返回执行P1，否则返回执行P6。

Claims (5)

1.一种动力电池循环寿命测试系统，包括设备控制电脑(1)、测试台架(2)、动力电池总成(3)和辅助测试系统，设备控制电脑(1)与测试台架(2)通过信号线连接，测试台架(2)与动力电池总成(3)中的BMS通过CAN线连接，测试台架(2)与动力电池总成(3)中的动力电池通过动力线连接；其特征在于：所述辅助测试系统包括单片机(4)、CAN收发器(5)、直流降压模块(6)、继电器(7)和用于与供电电源连接的电源适配器(8)，直流降压模块(6)与电源适配器(8)通过硬线连接，单片机(4)、CAN收发器(5)与直流降压模块(6)通过硬线连接，继电器(7)的线圈两端与单片机(4)通过硬线连接，继电器(7)的开关一端与电源适配器(8)通过硬线连接、另一端与BMS通过硬线连接，单片机(4)能与设备控制电脑(1)连接，单片机(4)与CAN收发器(5)通过信号线连接，CAN收发器(5)与测试台架(2)、BMS通过CAN线连接。
2.根据权利要求1所述的动力电池循环寿命测试系统，其特征在于：所述单片机(4)的型号为F103ZET6，所述CAN收发器(5)的型号为TJA1050T，所述直流降压模块(6)的型号为XL4005E1，所述继电器(7)的型号为JQC-3FF-S-Z。
3.一种动力电池循环寿命测试方法，采用如权利要求1或2所述的测试系统，其特征在于，该方法包括：
单片机(4)的执行步骤：
S1、控制继电器(7)的开关闭合，然后执行S2；
S2、判断动力电池是否满足工况放电条件，如果是，则执行S3，否则执行S11；
S3、获取动力电池最大允许充放电功率Pmax，查询“时间-车速”工况表得到当前车速v，并计算当前需求功率Psim，然后执行S4；
S4、判断当前需求功率Psim的绝对值是否小于或等于动力电池最大允许充放电功率Pmax的绝对值，如果是，则执行S5，否则执行S6；
S5、将当前需求功率Psim作为实际充放电功率P0，利用公式S总＝S0+v*t，计算当前累计行驶里程S总，然后执行S7；其中，S0表示前一次累计行驶里程，t表示工况间隔时间，t为存储在单片机内的已知参数；
S6、将动力电池最大允许充放电功率Pmax作为实际充放电功率P0，根据动力电池最大允许充放电功率Pmax计算当前实际车速v'，再利用公式S总＝S0+v'*t，计算当前累计行驶里程S总，然后执行S7；
S7、将实际充放电功率P0和当前累计行驶里程S总发送给测试台架(2)，然后执行S8；
S8、判断是否收到测试台架发送的测试结束信息，如果是，则执行S9，否则执行S10；
S9、控制继电器(7)的开关断开，然后结束；
S10、判断动力电池是否满足工况放电条件，如果是，则返回执行S3，否则执行S11；
S11、向BMS发送将动力电池状态标志位修改为充电标志指令，然后执行S12；
S12、判断BMS发出的充电需求电流I是否小于或等于0，如果是，则执行S13，否则继续执行S12；
S13、向BMS发送将动力电池状态标志位修改为放电标志指令，然后返回执行S2；
设备控制电脑(1)的执行步骤：
P1、判断是否收到测试台架(2)发送的实际充放电功率P0和当前累计行驶里程S总，如果是，则执行P2，否则继续执行P1；
P2、控制测试台架以实际充放电功率P0对动力电池进行充放电，并显示当前累计行驶里程S总，然后执行P3；
P3、判断当前前累计行驶里程S总是否大于或等于预设里程目标阈值S0，如果是，则执行P4，否则执行P5；
P4、控制测试台架停止对动力电池进行充放电，并向测试台架发送测试结束信息，然后结束；
P5、判断动力电池状态标志位是否为充电标志，如果是，则执行P6，否则返回执行P1；
P6、通过测试台架获取BMS发出的充电需求电流I，然后执行P7；
P7、控制测试台架输出充电需求电流I给动力电池充电，然后执行P8；
P8、判断动力电池的电量是否已经充到预设电量阈值，如果是，则返回执行P1，否则返回执行P6。
4.根据权利要求3所述的动力电池循环寿命测试方法，其特征在于：
所述当前需求功率Psim通过公式：
Figure FDA0002516250840000021
计算得到；
所述当前实际车速v'通过公式：
Figure FDA0002516250840000022
计算得到；其中，a1表示第一加速度，a2表示第二加速度，v0表示前一次工况时间对应的车速，P负载表示整车负载功率，M表示整车质量，A、B、C分别表示阻尼系数，η表示电机效率，P负载、M、A、B、C、η为存储在单片机内的已知参数。
5.根据权利要求3或4所述的动力电池循环寿命测试方法，其特征在于：如果动力电池的SOC值大于预设SOC阈值，则表示动力电池满足工况放电条件。
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