CN114199604A

CN114199604A - 一种多源动力系统的实验测试装置及测试方法

Info

Publication number: CN114199604A
Application number: CN202111522336.0A
Authority: CN
Inventors: 何海斌; 孟庆华
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Shixiang Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2041-12-14
Also published as: CN114199604B

Abstract

本发明属于新能源汽车技术领域，公开了一种多源动力系统的实验测试装置及测试方法。由“发动机系统+发电机系统+驱动电机系统+动力电池系统+测功机”组成，发动机带动发电机运转，发电机输出电流可供驱动电机工作，或给动力电池充电。电力测功机可模拟加载工况。实验中所有行为均受加载在PXI控制器中的整车模型控制。基于该测试平台，可完成发电机效率测试、系统效率测试、工况模拟测试、整车模型算法优化等实验。本发明通过合理设计与布局，可同时实现发电机效率测试、电机及电机控制器特性测试、发动机性能测试和电池充放电性能测试。本发明利用PXI控制器加载整车模型，可实现多源动力系统的整车仿真测试。

Description

一种多源动力系统的实验测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，尤其涉及一种多源动力系统的实验测试装置及测试方法。

背景技术

随着能源危机与环境污染的不断加剧，新能源汽车得到了越来越多的关注与支持，其产业也得到了蓬勃发展。目前，新能源汽车主要可分为纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力电动汽车与燃料电池电动汽车四大类，其主要结构可分为发动机系统、发电机系统、驱动电机系统与电池系统四大部分。目前，针对各个系统均已具备完善的实验平台，可进行详细的实验研究，但针对各系统分别建立实验平台存在占地面积大、投入成本高、综合利用率低等问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种多源动力系统的实验测试装置及测试方法,以解决现有的新能源汽车实验测试平台占地面积大、投入成本高、综合利用率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种多源动力系统的实验测试装置及测试方法的具体技术方案如下：

一种多源动力系统的实验测试装置，包括发动机、发电机、驱动电机和动力蓄电池，还包括油耗仪，所述油耗仪与发动机连接，所述发动机与排放分析仪和燃烧分析仪连接，燃油经油耗仪进入发动机，所述排放分析仪用于测量发动机的尾气排放量，所述燃烧分析仪用于测量发动机缸内燃烧特性；发动机控制器连接发动机，所述发动机通过第一联轴器与发电机连接，发动机通过第一联轴器带动发电机运转，发电机与电机控制器连接，所述发电机控制器将发电机的交流电转换为直流电，直流电传输到直流母线上，在直流母线上还同时挂载有电池控制器、电机控制器和电池模拟器，所述发电机控制器、电池控制器、电机控制器和电池模拟器分别与配电柜连接，配电柜内具有控制开关a和控制开关b，通过配电柜的控制开关a和控制开关b，可切换母线上连接的设备；所述电池控制器连接动力蓄电池，所述电机控制器连接驱动电机，所述驱动电机通过第二联轴器与扭矩传感器相连接，所述扭矩传感器用于测量驱动电机的输出扭矩，所述扭矩传感器经第三联轴器与电力测功机相连接，所述电力测功机与测功机控制器连接，所述电力测功机通过测功机控制器来模拟整车负载；所述测功机控制器连接电池模拟器，所述电池模拟器连接负载单元，电池模拟器与负载单元用于对电力测功机产生的电能进行消耗。

进一步的，还包括计算机、功率分析仪和PXI控制器，所述计算机连接信号采集单元、功率分析仪、电池模拟器、PXI控制器和测功机控制器；所述功率分析仪测量电路上的电压与电流参数，并将测量数据通过信号传输到计算机；所述PXI控制器连接测功机控制器、发电机控制器、发动机控制器、电机控制器和电池控制器，所述PXI控制器导入整车模型，通过采集测功机控制器中的转速与负载信号，实现对发电机控制器、发动机控制器、电机控制器以及电池控制器的联合控制。

进一步的，还包括信号采集单元，所述信号采集单元连接油耗仪、排放分析仪、燃烧分析仪和扭矩传感器，信号采集单元采集油耗仪、排放分析仪、燃烧分析仪、扭矩传感器所检测到的参数，并将其发送到计算机，计算机同时实现对测功机控制器的加载控制，对电池模拟器的电池模拟，对功率分析仪的功率检测和对PXI控制器的模型控制。

本发明还公开了一种多源动力系统的实验测试方法，包括综合实验测试步骤：

燃油经油耗仪进入发动机，发动机工作，通过第一联轴器带动发电机运转，经发电机控制器转换为直流电，配电柜控制开关a断开，控制开关b闭合，此时，根据动力蓄电池的SOC值以及电力测功机的载荷工况，直流电可经过电池控制器给动力蓄电池充电，或经电机控制器，供驱动电机工作；扭矩传感器可测量驱动电机的输出扭矩，测功机控制器模拟整车负载，通过电池模拟器与负载单元对电力测功机产生的电能进行消耗；

PXI控制器导入整车模型，通过采集测功机控制器中的转速与负载信号，对发电机控制器、发动机控制器、电机控制器以及电池控制器进行联合控制；信号采集单元采集油耗仪、排放分析仪、燃烧分析仪、扭矩传感器所测结果；功率分析仪测量电路上的电压与电流参数；计算机同时实现对信号采集单元的数据处理，测功机控制器的加载控制，对电池模拟器的电池模拟，对功率分析仪的功率检测和对PXI控制器的模型控制。

进一步地，包括发动机实验测试步骤：

燃油经油耗仪进入发动机，发动机工作，通过第二联轴器与扭矩传感器相连接，后又经第三联轴器与电力测功机相连接，并通过测功机控制器模拟整车负载；通过连接电池模拟器与负载单元对电力测功机产生的电能进行消耗；PXI控制器导入整车模型，通过采集测功机控制器中的转速与负载信号，实现对发动机控制器的控制；信号采集单元可采集油耗仪、排放分析仪、燃烧分析仪、扭矩传感器所测结果；计算机同时实现对信号采集单元的数据处理，测功机控制器的加载控制，对电池模拟器的电池模拟，以及对PXI控制器的模型控制。

进一步地，包括电机实验测试步骤：

配电柜中，控制开关a闭合，控制开关b断开，外部电路中交流电经电池模拟器转变为直流电，经电机控制器，供驱动电机使用，驱动电机通过第二联轴器与扭矩传感器相连接，后又经第三联轴器与电力测功机相连接，并通过测功机控制器模拟整车负载；PXI控制器导入整车模型，通过采集测功机控制器中的转速与负载信号，实现对电机控制器的控制；信号采集单元采集扭矩传感器的测量数据，计算机同时实现对信号采集单元的数据处理，对测功机控制器的加载控制，对电池模拟器的电池模拟，以及对PXI控制器的模型控制。

进一步地，包括电池充放电实验测试步骤：

配电柜中，控制开关a闭合，控制开关b断开；当电池充电时，外部电路中交流电经电池模拟器转变为直流电，经电池控制器，供动力蓄电池充电；当电池放电时，动力蓄电池经电池控制器，连接电池模拟器与负载单元来消耗电能；PXI控制器对电池控制器进行控制，计算机实现对电池模拟器的电池模拟，以及对PXI控制器的模型控制。

本发明的一种多源动力系统的实验测试装置及测试方法具有以下优点：（1）本发明通过合理设计与布局，可同时实现发电机效率测试、电机及电机控制器特性测试、发动机性能测试和电池充放电性能测试。

（2）本发明利用PXI控制器加载整车模型，可实现多源动力系统的整车仿真测试。

附图说明

图1为多源动力系统测试装置总体布置图。

图2为综合实验原理图。

图3为发动机实验原理图。

图4为电机实验原理图。

图5为电池充放电实验原理图。

附图标记说明：1-油耗仪、2-发动机、3-排放分析仪、41-第一联轴器、42-第二联轴器、43-第三联轴器、5-发电机、6-燃烧分析仪、7-发电机控制器、8-发动机控制器、9-配电柜、10-电机控制器、11-驱动电机、12-扭矩传感器、13-电力测功机、14-测功机控制器、15-电池模拟器、16-负载单元、17-动力蓄电池、18-电池控制器、19-功率分析仪、20-PXI控制器、21-计算机、22-信号采集单元。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种多源动力系统的实验测试装置做进一步详细的描述。

一种多源动力系统的实验测试装置，包括综合实验测试平台、发动机实验测试平台、电机实验测试平台和电池充放电实验测试平台。

（1）综合实验测试平台

由“发动机系统+发电机系统+驱动电机系统+动力电池系统+电力测功机”组成，发动机2带动发电机5运转，发电机5输出电流可供驱动电机11工作，或给动力蓄电池17充电。电力测功机13可模拟加载工况。实验中所有行为均受加载在PXI控制器20中的整车模型控制。基于该测试平台，可完成发电机效率测试、系统效率测试、工况模拟测试、整车模型算法优化等实验。

（2）发动机实验测试平台

由“发动机系统+电力测功机”组成，由电力测功机13模拟负载，产生的电能通过电池模拟器15与负载单元消耗。利用油耗仪1、排放分析仪3、燃烧分析仪6、扭矩传感器12、电力测功机13等设备，可测量发动机的动力性、经济性与排放性，完成冷启动实验、怠速实验、负荷特性实验、万有特性实验、机械损失功率实验等的测试。

（3）电机实验测试平台

由“驱动电机系统+电力测功机”组成，由电池模拟器15提供直流电源，由电力测功机13提供负载，通过功率分析仪测定驱动电机11及控制器效率，可完成电机转矩特性及效率实验、最高工作转速实验、控制器过载能力实验、电机温升实验等的测试。

（4）电池充放电实验测试平台

由“动力电池系统”组成。充电时，由电池模拟器15提供充电电源；放电时，有电池模拟器15和负载单元16来消耗电池能。可完成电池充/放电性能实验、电池循环寿命实验、电池容量测定实验等的测试。

如图1所示，为本发明的多源动力系统测试平台总体布置图。油耗仪1与发动机2连接，发动机2与排放分析仪3和燃烧分析仪6连接，燃油经油耗仪1进入发动机2，发动机2工作时，尾气排放通过排放分析仪3测量，缸内燃烧特性通过燃烧分析仪6测量。发动机控制器8连接发动机2，发动机2通过第一联轴器41与发电机5连接，发动机2通过第一联轴器41带动发电机5运转，发电机5与电机控制器7连接，发电机控制器7将发电机5的交流电转换为直流电，直流电传输到直流母线上，在直流母线上还同时挂载有电池控制器18、电机控制器10和电池模拟器15，发电机控制器7、电池控制器18、电机控制器10和电池模拟器15分别与配电柜9连接，配电柜9内具有控制开关a和控制开关b，通过配电柜9的控制开关a和控制开关b，可切换母线上连接的设备。电池控制器18连接动力蓄电池17，电机控制器10连接驱动电机11，驱动电机11通过第二联轴器42与扭矩传感器12相连接，扭矩传感器12可测量驱动电机11的输出扭矩，扭矩传感器12经第三联轴器43与电力测功机13相连接，电力测功机13与测功机控制器14连接，电力测功机13通过测功机控制器14来模拟整车负载。由于实验室电网不能进行能量反馈，测功机控制器14连接电池模拟器15，电池模拟器15连接负载单元16，通过连接电池模拟器15与负载单元16对电力测功机13产生的电能进行消耗。

此外，计算机21连接信号采集单元22、功率分析仪19、电池模拟器15、PXI控制器20和测功机控制器14。通过功率分析仪19可测量电路上的电压与电流参数，并将测量数据通过信号传输到计算机21。PXI控制器20连接测功机控制器14、发电机控制器7、发动机控制器8、电机控制器10和电池控制器18，PXI控制器20可导入整车模型，通过采集测功机控制器14中的转速与负载信号，实现对发电机控制器7、发动机控制器8、电机控制器10以及电池控制器18的联合控制。

信号采集单元22连接油耗仪1、排放分析仪3、燃烧分析仪6和扭矩传感器12，信号采集单元22可采集油耗仪1、排放分析仪3、燃烧分析仪6、扭矩传感器12所检测到的参数，并将其发送到计算机21。计算机21同时可实现对测功机控制器14的加载控制，对电池模拟器15的电池模拟，对功率分析仪19的功率检测，对PXI控制器20的模型控制。

参见图2为综合实验原理图。

燃油经油耗仪1进入发动机2，发动机2工作，通过第一联轴器41带动发电机5运转，经发电机控制器7转换为直流电，配电柜9控制开关a断开，控制开关b闭合，此时，根据动力蓄电池17的SOC值以及电力测功机13的载荷工况，直流电可经过电池控制器18给动力蓄电池17充电，或经电机控制器10，供驱动电机11工作。扭矩传感器12可测量驱动电机11的输出扭矩，测功机控制器14模拟整车负载。由于实验室电网不能进行能量反馈，因此通过电池模拟器15与负载单元16对电力测功机13产生的电能进行消耗。

实验过程中，PXI控制器20可导入整车模型，通过采集测功机控制器14中的转速与负载信号，实现对发电机控制器7、发动机控制器8、电机控制器10以及电池控制器18的联合控制。信号采集单元22可采集油耗仪1、排放分析仪3、燃烧分析仪6、扭矩传感器12所测结果。功率分析仪19可测量电路上的电压与电流参数。计算机21可同时实现对信号采集单元22的数据处理，测功机控制器14的加载控制，对电池模拟器15的电池模拟，对功率分析仪19的功率检测，对PXI控制器20的模型控制。

参见图3为发动机实验原理图。

燃油经油耗仪1进入发动机2，发动机2工作，通过第二联轴器42与扭矩传感器12相连接，后又经第三联轴器43与电力测功机13相连接，并通过测功机控制器14模拟整车负载。由于实验室电网不能进行能量反馈，因此通过连接电池模拟器15与负载单元16对电力测功机13产生的电能进行消耗。

实验过程中，PXI控制器20可导入整车模型，通过采集测功机控制器14中的转速与负载信号，实现对发动机控制器8的控制。信号采集单元22可采集油耗仪1、排放分析仪3、燃烧分析仪6、扭矩传感器12所测结果。计算机21可同时实现对信号采集单元22的数据处理，测功机控制器14的加载控制，对电池模拟器15的电池模拟，以及对PXI控制器20的模型控制。

参见图4为电机实验原理图。

配电柜9中，控制开关a闭合，控制开关b断开，外部电路中交流电经电池模拟器15转变为直流电，经电机控制器10，供驱动电机11使用。驱动电机11通过第二联轴器42与扭矩传感器12相连接，后又经第三联轴器43与电力测功机13相连接，并通过测功机控制器14模拟整车负载。

实验过程中，PXI控制器20可导入整车模型，通过采集测功机控制器14中的转速与负载信号，实现对电机控制器10的控制。信号采集单元22可采集扭矩传感器12的测量数据。计算机21可同时实现对信号采集单元22的数据处理，对测功机控制器14的加载控制，对电池模拟器15的电池模拟，以及对PXI控制器20的模型控制。

参见图5为电池充放电实验原理图。

配电柜9中，控制开关a闭合，控制开关b断开。当电池充电时，外部电路中交流电经电池模拟器15转变为直流电，经电池控制器18，供动力蓄电池17充电。当电池放电时，动力蓄电池17经电池控制器18，连接电池模拟器15与负载单元16来消耗电能。

实验过程中，PXI控制器20可对电池控制器18进行控制。计算机21可实现对电池模拟器15的电池模拟，以及对PXI控制器20的模型控制。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims

1.一种多源动力系统的实验测试装置，包括发动机（2）、发电机（5）、驱动电机（11）和动力蓄电池（17），其特征在于，还包括油耗仪（1），所述油耗仪（1）与发动机（2）连接，所述发动机（2）与排放分析仪（3）和燃烧分析仪（6）连接，燃油经油耗仪（1）进入发动机（2），所述排放分析仪（3）用于测量发动机（2）的尾气排放量，所述燃烧分析仪（6）用于测量发动机缸内燃烧特性；发动机控制器（8）连接发动机（2），所述发动机（2）通过第一联轴器（41）与发电机（5）连接，发动机（2）通过第一联轴器（41）带动发电机（5）运转，发电机（5）与电机控制器（7）连接，所述发电机控制器（7）将发电机（5）的交流电转换为直流电，直流电传输到直流母线上，在直流母线上还同时挂载有电池控制器（18）、电机控制器（10）和电池模拟器（15），所述发电机控制器（7）、电池控制器（18）、电机控制器（10）和电池模拟器（15）分别与配电柜（9）连接，配电柜（9）内具有控制开关a和控制开关b，通过配电柜（9）的控制开关a和控制开关b，可切换母线上连接的设备；所述电池控制器（18）连接动力蓄电池（17），所述电机控制器（10）连接驱动电机（11），所述驱动电机（11）通过第二联轴器（42）与扭矩传感器（12）相连接，所述扭矩传感器（12）用于测量驱动电机（11）的输出扭矩，所述扭矩传感器（12）经第三联轴器（43）与电力测功机（13）相连接，所述电力测功机（13）与测功机控制器（14）连接，所述电力测功机（13）通过测功机控制器（14）来模拟整车负载；所述测功机控制器（14）连接电池模拟器（15），所述电池模拟器（15）连接负载单元（16），电池模拟器（15）与负载单元（16）用于对电力测功机（13）产生的电能进行消耗。

2.根据权利要求1所述的多源动力系统的实验测试装置，其特征在于，还包括计算机（21）、功率分析仪（19）和PXI控制器（20），所述计算机（21）连接信号采集单元（22）、功率分析仪（19）、电池模拟器（15）、PXI控制器（20）和测功机控制器（14）；所述功率分析仪（19）测量电路上的电压与电流参数，并将测量数据通过信号传输到计算机（21）；所述PXI控制器（20）连接测功机控制器（14）、发电机控制器（7）、发动机控制器（8）、电机控制器（10）和电池控制器（18），所述PXI控制器（20）导入整车模型，通过采集测功机控制器（14）中的转速与负载信号，实现对发电机控制器（7）、发动机控制器（8）、电机控制器（10）以及电池控制器（18）的联合控制。

3.根据权利要求2所述的多源动力系统的实验测试装置，其特征在于，还包括信号采集单元（22），所述信号采集单元（22）连接油耗仪（1）、排放分析仪（3）、燃烧分析仪（6）和扭矩传感器（12），信号采集单元（22）采集油耗仪（1）、排放分析仪（3）、燃烧分析仪（6）、扭矩传感器（12）所检测到的参数，并将其发送到计算机（21），计算机（21）同时实现对测功机控制器（14）的加载控制，对电池模拟器（15）的电池模拟，对功率分析仪（19）的功率检测和对PXI控制器（20）的模型控制。

4.一种利用如权利要求3所述的多源动力系统的实验测试装置进行实验测试的方法，其特征在于，包括综合实验测试步骤：

燃油经油耗仪（1）进入发动机（2），发动机（2）工作，通过第一联轴器（41）带动发电机（5）运转，经发电机控制器（7）转换为直流电，配电柜（9）控制开关a断开，控制开关b闭合，此时，根据动力蓄电池（17）的SOC值以及电力测功机（13）的载荷工况，直流电可经过电池控制器（18）给动力蓄电池（17）充电，或经电机控制器（10），供驱动电机（11）工作；扭矩传感器（12）可测量驱动电机（11）的输出扭矩，测功机控制器（14）模拟整车负载，通过电池模拟器（15）与负载单元（16）对电力测功机（13）产生的电能进行消耗；

PXI控制器（20）导入整车模型，通过采集测功机控制器（14）中的转速与负载信号，对发电机控制器（7）、发动机控制器（8）、电机控制器（10）以及电池控制器（18）进行联合控制；信号采集单元（22）采集油耗仪（1）、排放分析仪（3）、燃烧分析仪（6）、扭矩传感器（12）所测结果；功率分析仪（19）测量电路上的电压与电流参数；计算机（21）同时实现对信号采集单元（22）的数据处理，测功机控制器（14）的加载控制，对电池模拟器（15）的电池模拟，对功率分析仪（19）的功率检测和对PXI控制器（20）的模型控制。

5.根据权利要求4所述的多源动力系统的实验测试方法，其特征在于，包括发动机实验测试步骤：

燃油经油耗仪（1）进入发动机（2），发动机（2）工作，通过第二联轴器（42）与扭矩传感器（12）相连接，后又经第三联轴器（43）与电力测功机（13）相连接，并通过测功机控制器（14）模拟整车负载；通过连接电池模拟器（15）与负载单元（16）对电力测功机（13）产生的电能进行消耗；PXI控制器（20）导入整车模型，通过采集测功机控制器（14）中的转速与负载信号，实现对发动机控制器（8）的控制；信号采集单元（22）可采集油耗仪（1）、排放分析仪（3）、燃烧分析仪（6）、扭矩传感器（12）所测结果；计算机（21）同时实现对信号采集单元（22）的数据处理，测功机控制器（14）的加载控制，对电池模拟器（15）的电池模拟，以及对PXI控制器（20）的模型控制。

6.根据权利要求4所述的多源动力系统的实验测试方法，其特征在于，包括电机实验测试步骤：

配电柜（9）中，控制开关a闭合，控制开关b断开，外部电路中交流电经电池模拟器（15）转变为直流电，经电机控制器（10），供驱动电机（11）使用，驱动电机（11）通过第二联轴器（42）与扭矩传感器（12）相连接，后又经第三联轴器（43）与电力测功机（13）相连接，并通过测功机控制器（14）模拟整车负载；PXI控制器（20）导入整车模型，通过采集测功机控制器（14）中的转速与负载信号，实现对电机控制器（10）的控制；信号采集单元（22）采集扭矩传感器（12）的测量数据，计算机（21）同时实现对信号采集单元（22）的数据处理，对测功机控制器（14）的加载控制，对电池模拟器（15）的电池模拟，以及对PXI控制器（20）的模型控制。

7.根据权利要求4所述的多源动力系统的实验测试方法，其特征在于，包括电池充放电实验测试步骤：

配电柜（9）中，控制开关a闭合，控制开关b断开；当电池充电时，外部电路中交流电经电池模拟器（15）转变为直流电，经电池控制器（18），供动力蓄电池（17）充电；当电池放电时，动力蓄电池（17）经电池控制器（18），连接电池模拟器（15）与负载单元（16）来消耗电能；PXI控制器（20）对电池控制器（18）进行控制，计算机（21）实现对电池模拟器（15）的电池模拟，以及对PXI控制器（20）的模型控制。