CN111627286A - 一种电动车动力电池pack装调教学平台及其教学方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车动力电池PACK装调教学平台，包括用于模拟电动车动力电池充放电过程的模拟充放电模块、交互展示模块和故障诊断模块，可实现动力电池PACK的组装及调试以及故障设置与故障检测，为电动车动力电池PACK装调教学提供了便利。该教学平台采用模拟充放电模块，相比于实车上的高压供电，其输出电压不超过80V，提高了教学安全性。通过交互式触摸屏，既可以展示教学课件进行理论学习，又可以设置故障后结合故障诊断模块进行故障排查，提高学生的实际操作能力。

Description

一种电动车动力电池PACK装调教学平台及其教学方法

技术领域

本发明涉及电动车电池教学技术领域，特别是涉及一种电动车动力电池PACK装调教学平 台及其教学方法。

背景技术

动力电池作为新能源汽车的核心部件，动力电池的PACK装调测试成为从业者必须掌握的 核心技术技能，目前此领域人才缺口巨大。为适应我国智能制造背景下的产业升级，培养合 格的动力电池PACK装调测试高技能人才，推动汽车职业教育产教融合的顺利实施。

目前，国内尚不存在针对动力电池PACK装调的测试教学平台，在教学过程中需要在电动 车实体上进行演示教学。一方面，教学成本较高且不便于观察，另一方面，纯电动车动力电 池一般采用超过300V以上高压供电，在教学使用过程中存在安全隐患。

本发明研发了一种电动车动力电池装调与测试教学平台，助力职业院校技术技能人才培 养。本发明可作为新能源汽车主机厂动力电池PACK装调测试和职业院校相关专业教学使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中实车演示不便于观察且高压供电存在安全隐患的缺陷， 而提供一种电动车动力电池PACK装调教学平台。

本发明的另一目的，是提供上述电动车动力电池PACK装调教学平台的教学方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种电动车动力电池PACK装调教学平台，包括：

模拟充放电模块，用于模拟电动车动力电池充放电过程；

其中，所述模拟充放电模块包括动力电池PACK装调单元、为所述电池PACK装调单元充 电的车载充电机和用于消耗所述动力电池PACK装调单元的电量的负载；

所述动力电池PACK装调单元包括：由多个单体电池和用于安装所述单体电池的PACK框 架组成的动力电池、BMS电池管理系统、BMS采集板、用于测试所述动力电池PACK装调单元 温度的温度传感器、用于测试动力电池电流的电流传感器和线路控制器；所述BMS采集板与 每一所述单体电池电连接以采集每一所述单体电池的电压并传输至所述BMS电池管理系统； 所述线路控制器连接用于控制各单体电池、温度传感器和电流传感器线路通断状态的开关单 元；所述BMS电池管理系统通过接触器组控制所述动力电池的充放电过程并实时监测所述动 力电池PACK装调单元的状态参数，同时将所述状态参数传输至交互展示模块和故障诊断模 块；

交互展示模块接收并展示所述状态参数；和/或，所述交互展示模块进行故障设置并反馈 至BMS电池管理系统；

故障诊断模块接收所述状态参数后将其转化成电信号供学生检测诊断。

在上述技术方案中，所述BMS电池管理系统与所述交互展示模块通过数据线通讯连接；

所述数据线上连接有信号发射器，所述信号发射器与所述故障诊断模块通过WIFI无线通 讯连接。

在上述技术方案中，所述接触器组包括预充接触器、主正接触器、主负接触器和充电接 触器；

充电时，所述充电接触器和所述主负接触器先闭合，所述主正接触器再闭合；

放电时，所述预充接触器和所述主负接触器先闭合，所述主正接触器再闭合。

在上述技术方案中，所述状态参数包括：各个单体电池的电压与电量、动力电池电压、 电流传感器电压、温度传感器电压、CAN线高线电压、CAN线低线电压、测试单元温度信息、 动力电池电流信息以及主正接触器、主负接触器、充电接触器、预充接触器的工作状态。

在上述技术方案中，所述交互展示模块为交互式触摸屏。

在上述技术方案中，所述故障诊断模块包括四个故障诊断盒，每一所述故障诊断盒内集 成设置有模拟信号发生器，所述模拟信号发生器接收所述状态参数后将其转化成电信号供学 生检测诊断。

在上述技术方案中，每一所述故障诊断盒包括用于测试所述状态参数的多个测试端子。

在上述技术方案中，所述动力电池PACK装调单元与所述负载之间安装有高压分线盒，所 述高压分线盒的一个输出端口连接所述负载，另一输出端口通过DC/DC转换后为所述电池 PACK装调单元供电。

在上述技术方案中，还包括台架，所述台架上设置有为所述电池PACK装调单元充电的慢 充接口和为所述车载充电机与交互式触摸屏供电的220V交流电端口。

本发明的另一方面，上述电动车动力电池PACK装调教学平台的教学方法，

动力电池PACK的组装及调试，包括以下步骤：

步骤1：使用内阻检测仪，对所有单体电池进行内阻标定，并将内阻相同的单体电池安 装在PACK框架上形成动力电池；

步骤2：车载充电机对动力电池PACK装调单元进行充电，动力电池PACK装调单元实时 监测动力电池PACK装调单元的状态参数并传输至交互展示模块和故障检测模块；

步骤3：交互展示模块接收并展示所述状态参数；

步骤4：通过观察交互展示模块展示的动力电池PACK装调单元状态参数或者通过故障检 测模块检测到的状态参数，判断筛选电压和电池容量一致的单体电池，完成单体电池的分拣 和分容；

故障设置与故障检测，包括以下步骤：

步骤a：通过所述交互展示模块进行故障设置并将故障设置信息反馈给所述BMS电池管 理系统，所述故障设置信息包括故障设置点和线路状态，所述线路状态包括短路、断路和虚 接；

步骤b：所述BMS电池管理系统根据故障设置信息通过线路控制器实际控制该故障设置 点的线路状态，并将故障设置后的状态参数发送至故障检测模块；

步骤c：故障诊断模块接收故障设置后的状态参数，并进行故障判断。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的电动车动力电池PACK装调教学平台，采用模拟充放电模块模拟了动力电 池的充电、放电过程，且动力电池PACK装调单元中采用24节磷酸铁锂单体电池进行串联， 总电压不超过80V，相比于实车上超过300V的高压供电，大大提高了教学过程的安全性。

2.本发明提供的电动车动力电池PACK装调教学平台，通过交互式触摸屏，既可以展示教 学课件进行理论学习，又可以设置故障后结合故障诊断模块进行故障排查，提高学生的实际 操作能力。

附图说明

图1所示为电动车动力电池PACK装调教学平台的结构示意图；

图2所示为电动车动力电池PACK装调教学平台的模块连接示意图；

图3所示为动力电池PACK装调单元的内部结构示意图；

图4为故障诊断盒的工位测量端子示意图。

图中：2-交互式触摸屏，3-车载充电机，4-高压分线盒，5-负载，6-，7-慢充接口，8-DC/DC， 9-故障诊断盒，10-外壳，11-沉降式螺纹孔，12-单体电池，13-PACK框架，14-预充接触器，15-主正接触器，16-主负接触器，17-充电接触器，18-BMS电池管理系统，19-BMS采集板， 20-温度传感器，22-电流传感器，23-线路控制器，24-电源接口。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例 仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种电动车动力电池PACK装调教学平台，如图2所示，包括：

模拟充放电模块，用于模拟电动车动力电池充放电过程；

其中，所述模拟充放电模块包括动力电池PACK装调单元、为所述电池PACK装调单元充 电的车载充电3和用于消耗所述动力电池PACK装调单元的电量的负载5；

所述动力电池PACK装调单元，如图3所示，包括：外壳10、由多个单体电池12和用于安装所述单体电池12的PACK框架13组成的动力电池、BMS电池管理系统18、BMS采集板19、用于测试所述动力电池PACK装调单元温度的温度传感器20、用于测试动力电池电流的电流传感器22和线路控制器；所述BMS采集板19与每一所述单体电池12通过采样线电连接以采集每一所述单体电池12的电压并传输至所述BMS电池管理系统18；所述线路控制器连接用于控制各单体电池、温度传感器和电流传感器线路通断状态的开关单元；所述BMS电池管理系统18通过接触器组控制所述动力电池的充放电过程并实时监测所述动力电池PACK装调单 元的状态参数，同时，所述BMS电池管理系统18与所述交互展示模块通过数据线通讯连接将 所述状态参数传输至交互展示模块；所述数据线上连接有信号发射器，所述信号发射器与所 述故障诊断模块通过WIFI无线通讯连接，以将所述状态参数传输至故障诊断模块。

具体来说，所述接触器组包括预充接触器14、主正接触器15、主负接触器16和充电接 触器17；

所述BMS电池管理系统18控制所述单体电池12的充放电过程。充电时，所述充电接触 器17和所述主负接触器16先闭合，所述主正接触器15再闭合；放电时，所述预充接触器14和所述主负接触器16先闭合，所述主正接触器15再闭合。

具体来说，所述状态参数包括：各个单体电池的电压与电量、动力电池电压、电流传感 器电压、温度传感器电压、CAN线高线电压、CAN线低线电压、测试单元温度信息、动力电池 电流信息以及主正接触器、主负接触器、充电接触器、预充接触器的工作状态。其中单体电 池的电压由BMS采集板采集后传输至BMS电池管理系统，单体电池的电量由BMS电池管理系 统实时监测，电流传感器电压、温度传感器电压、CAN线高线电压、CAN线低线电压以及主正 接触器、主负接触器、充电接触器、预充接触器的工作状态由BMS电池管理系统实时监测， 测试单元温度信息由温度传感器采集后传输至BMS电池管理系统，动力电池电流信息由电流 传感器采集后传输至BMS电池管理系统。

交互展示模块接收并展示所述状态参数，同时将其发送至故障诊断模块；和/或，所述交 互展示模块进行故障设置并发送至BMS电池管理系统；

故障诊断模块接收所述状态参数后将其转化成电信号供学生检测诊断。

国标充电桩通过台架上的慢充接口7与车载充电机3电连接，所述车载充电机3将国标 充电桩提供的220V交流电转化成60V直流电向所述动力电池PACK装调单元充电；所述动力 电池PACK装调单元输出74.4—79.2V直流电后经高压分线盒4分流后驱动所述负载5运转， 以消耗所述动力电池PACK装调单元提供的电能。车载充电机3和高压分线盒4之间通过CAN 线连接，所述模拟充放电模块模拟了动力电池的充电、放电过程，且动力电池PACK装调单元 中采用24节磷酸铁锂单体电池进行串联，总电压不超过80V，相比于实车上超过300V的高 压供电，大大提高了教学过程的安全性。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上介绍其硬件设备。

电动车动力电池PACK装调教学平台的硬件设备如图1所示，包括：台架、安装在所述台 架上的交互式触摸屏2和可与所述台架分离使用的四个故障诊断盒9。

所述交互展示模块的硬件设备为交互式触摸屏2，既可以用于教学展示，又可以用于故 障设置及动力电池PACK装调单元的状态参数显示。

所述故障诊断模块包括四个故障诊断盒9，可供学生分组使用，每一所述故障诊断盒9 内集成设置有模拟信号发生器，所述模拟信号发生器接收所述状态参数后将其转化成电信号 供学生检测诊断。

每一所述故障诊断盒包括用于测试所述状态参数的37个测试端子，如图4所示，其中端 子DC-、A1-A23、DC+共计25个端子，分别穿插于B1-B24共计24个单体电池的正负两极，相邻两个端子之间的电压为对应该单体电池的电压，正常范围为3.1-3.3V，DC-和DC+为动力 电池总电压，正常范围为74.4—79.2V，其余12个端子信息如下表：

每一所述故障诊断盒上设置有电源接口24。

所述动力电池PACK装调单元与所述负载之间安装有高压分线盒4，所述高压分线盒4的 一个输出端口连接所述负载5，另一输出端口通过DC/DC 8转换后输出12V电压为所述电池 PACK装调单元内的低压部件进行供电，所述低压部件包括BMS电池管理系统18、BMS采集板 19、温度传感器20、电流传感器22、预充接触器14、主正接触器15、主负接触器16和充电 接触器17。本实施例中，所述负载为大功率放电电阻。

所述台架上设置有为所述电池PACK装调单元充电的慢充接口7和为所述车载充电机3与 交互式触摸屏2供电的220V交流电端口6。

实施例3

上述电动车动力电池PACK装调教学平台的教学方法，

动力电池PACK的组装及调试，包括以下步骤：

步骤1：使用内阻检测仪，对所有单体电池进行内阻标定，并将内阻相同的单体电池安 装在PACK框架上形成动力电池；

本实施例中采用24个磷酸铁锂单体电池，每4个分为一组，安装在一个所述PACK框架 上。所述PACK框架13内相邻单体电池12之间采用沉降式螺纹孔11连接，以防止短路发生。

步骤2：车载充电机对动力电池PACK装调单元进行充电，动力电池PACK装调单元实时 监测动力电池PACK装调单元的状态参数并传输至交互展示模块；

步骤3：交互展示模块接收并展示所述状态参数，并传输至故障检测模块供学生检测；

步骤4：通过观察交互展示模块展示的动力电池PACK装调单元状态参数或者通过故障检 测模块检测到的状态参数，判断筛选电压和电池容量一致的单体电池，完成单体电池的分拣 和分容；

故障设置与故障检测，包括以下步骤：

步骤a：通过所述交互展示模块进行故障设置并将故障设置信息发送至所述BMS电池管 理系统，所述故障设置信息包括故障设置点和线路状态，所述线路状态包括短路、断路和虚 接；

步骤b：所述BMS电池管理系统根据故障设置信息通过线路控制器实际控制该故障设置 点的线路状态，并将故障设置后的状态参数发送至故障检测模块；

步骤c：故障诊断模块接收故障设置后的状态参数，并进行故障判断。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视 为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，包括：

模拟充放电模块，用于模拟电动车动力电池充放电过程；

其中，所述模拟充放电模块包括动力电池PACK装调单元、为所述电池PACK装调单元充电的车载充电机和用于消耗所述动力电池PACK装调单元的电量的负载；

所述动力电池PACK装调单元包括：由多个单体电池和用于安装所述单体电池的PACK框架组成的动力电池、BMS电池管理系统、BMS采集板、用于测试所述动力电池PACK装调单元温度的温度传感器、用于测试动力电池电流的电流传感器和线路控制器；所述BMS采集板与每一所述单体电池电连接以采集每一所述单体电池的电压并传输至所述BMS电池管理系统；所述线路控制器连接用于控制各单体电池、温度传感器和电流传感器线路通断状态的开关单元；所述BMS电池管理系统通过接触器组控制所述动力电池的充放电过程并实时监测所述动力电池PACK装调单元的状态参数，同时将所述状态参数传输至交互展示模块和故障诊断模块；

交互展示模块接收并展示所述状态参数；和/或，所述交互展示模块进行故障设置并发送至BMS电池管理系统；

故障诊断模块接收所述状态参数后将其转化成电信号供学生检测诊断。

2.如权利要求1所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，所述BMS电池管理系统与所述交互展示模块通过数据线通讯连接；

所述数据线上连接有信号发射器，所述信号发射器与所述故障诊断模块通过WIFI无线通讯连接。

3.如权利要求2所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，所述接触器组包括预充接触器、主正接触器、主负接触器和充电接触器；

充电时，所述充电接触器和所述主负接触器先闭合，所述主正接触器再闭合；

放电时，所述预充接触器和所述主负接触器先闭合，所述主正接触器再闭合。

4.如权利要求3所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，所述状态参数包括：各个单体电池的电压与电量、动力电池电压、电流传感器电压、温度传感器电压、CAN线高线电压、CAN线低线电压、测试单元温度信息、动力电池电流信息以及主正接触器、主负接触器、充电接触器、预充接触器的工作状态。

5.如权利要求1所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，所述交互展示模块为交互式触摸屏。

6.如权利要求1所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，所述故障诊断模块包括四个故障诊断盒，每一所述故障诊断盒内集成设置有模拟信号发生器，所述模拟信号发生器接收所述状态参数后将其转化成电信号供学生检测诊断。

7.如权利要求6所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，每一所述故障诊断盒包括用于测试所述状态参数的多个测试端子。

8.如权利要求1所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，所述动力电池PACK装调单元与所述负载之间安装有高压分线盒，所述高压分线盒的一个输出端口连接所述负载，另一输出端口通过DC/DC转换后为所述电池PACK装调单元供电。

9.如权利要求1所述的电动车动力电池PACK装调教学平台，其特征在于，还包括台架，所述台架上设置有为所述电池PACK装调单元充电的慢充接口和为所述车载充电机与交互式触摸屏供电的220V交流电端口。

10.如权利要求1-9任一项所述的电动车动力电池PACK装调教学平台的教学方法，其特征在于，

动力电池PACK的组装及调试，包括以下步骤：

步骤1：使用内阻检测仪，对所有单体电池进行内阻标定，并将内阻相同的单体电池安装在PACK框架上形成动力电池；

步骤2：车载充电机对动力电池PACK装调单元进行充电，动力电池PACK装调单元实时监测动力电池PACK装调单元的状态参数并传输至交互展示模块和故障检测模块；

步骤3：交互展示模块接收并展示所述状态参数；

步骤4：通过观察交互展示模块展示的动力电池PACK装调单元状态参数或者通过故障检测模块检测到的状态参数，判断筛选电压和电池容量一致的单体电池，完成单体电池的分拣和分容；

故障设置与故障检测，包括以下步骤：

步骤a：通过所述交互展示模块进行故障设置并将故障设置信息发送至所述BMS电池管理系统，所述故障设置信息包括故障设置点和线路状态，所述线路状态包括短路、断路和虚接；

步骤b：所述BMS电池管理系统根据故障设置信息通过线路控制器实际控制该故障设置点的线路状态，并将故障设置后的状态参数发送至故障检测模块；

步骤c：故障诊断模块接收故障设置后的状态参数，并进行故障判断。

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