CN114200193A - 一种电动汽车负极母线冲击电流测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车负极母线冲击电流测试装置及方法。它包括控制器、动力电池包、负极接触器、高压电缆、分流组件、电压检测器件、共模电感和安规电容板，所述动力电池包的的外壳接地，动力电池包的负极、负极接触器、高压电缆、分流组件、共模电感和安规电容板依次串联，安规电容板另一端接地，所述负极接触器的控制端连接控制器的控制端，所述电压检测器件输入端连接分流组件的两端，电压检测器件的输出端连接控制器输入端。本发明能对该负极母线是否会造成动力电池负极接触器粘连风险进行预判，提高安全性。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车驱动技术及高压安全技术领域，具体涉及一种电动汽车负极母线冲击电流测试装置及方法。
背景技术
新能源整车高压部件包括动力电池、高压连接电缆、高压用电设备(如主驱电机系统、整车高压配电系统、DCDC转换控制器、电动空压机电机系统、电动转向电机系统等)。一方面，这些高压部件按照设计的电气原理形成主工作回路，以满足整车动力需求；另一方面，这些高压部件的寄生电容和电感、以及为抑制整车EMI引入的共模电感、安规电容(X/Y电容)通过车架地形成多个副回路，在某些工况下产生瞬时大脉冲电压/电流，对高压部件内部的元器件如接触器造成冲击和损坏。
本专利涉及动力电池对地分布电容、动力电池负极接触器、主驱电机母线输入侧的共模电感、Y电容及高压电缆及车架大地构成的回路。在动力电池负极闭合瞬间，负极母线会产生上千安培持续时间数微秒的脉冲电流，造成动力电池负极接触器损坏或失效。因此有必要对动力电池负极接触器闭合瞬间，负极母线冲击电流进行评估与测试。
针对电动汽车在负极接触器闭合时负极母线冲击电流的评估，目前主要有2种技术方案：
方案1：对电路中高压部件的寄生参数进行测试，并建立主负接触器闭合瞬间的电路简化模型，采用仿真软件进行分析。
方案2：运用高带宽的电流钳及示波器对实际电流进行实车测试。
现有技术方案存在以下缺点：
方案1：高压部件的寄生参数很难准确测试，电路模型简化也很难反馈真实电路实际情况。因此采用仿真分析方式只能做负极母线冲击电流的趋势判断，不能反映负极母线冲击电流的真实值。
方案2：该方案只能测试实车电流，不能在高压系统设计之初对负极母线上是冲击电流进行评估。而且，对测试用的电流钳带宽要求高，当电流钳带宽较低时，测试值相对于真实值是有衰减的。根据负极母线冲击电流的频谱特性，只有当电流钳的带宽超过100MHz以上，量程在±2000A以上才能准确测出负极母线冲击电流的真实值。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种电动汽车负极母线冲击电流测试装置及方法。
本发明采用的技术方案是：一种电动汽车负极母线冲击电流测试装置，包括控制器、动力电池包、负极接触器、高压电缆、分流组件、电压检测器件、共模电感和安规电容板，所述动力电池包的的外壳接地，动力电池包的负极、负极接触器、高压电缆、分流组件、共模电感和安规电容板依次串联，安规电容板另一端接地，所述负极接触器的控制端连接控制器的控制端，所述电压检测器件输入端连接分流组件的两端，电压检测器件的输出端连接控制器输入端。
进一步地，所述动力电池包的电池包串联数量为实车动力电池的电池包串联数量的1/N2。
进一步地，所述高压电缆的电阻为5-20mΩ。
进一步地，所述分流组件为精密分流器。
进一步地，所述分流器的工作电流为50～300A。
进一步地，所述分流器的工作电压为50-100mV。
进一步地，所述分流组件为微欧级的精密电阻。
更进一步地，所述电压检测器件为示波器。
一种基于上述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置实现负极母线冲击电流测试的方法，控制器控制负极接触器闭合，电压检测器件检测分流组件两端的电压输出至控制器，控制器根据电压检测器件检测的数据及动力电池包的参数确定实车冲击电流。
进一步地，通过以下公式确定实车冲击电流I实车
I实车＝I测试*N1*N2
I测试＝U0max/0.075*I分流
其中，I实车——实车冲击电流；N1——实车动力电池电量与测试装置动力电池包电量之比；N2——实车动力电池的电池包串联数量与动力电池包的电池包串联数量之比；UOmax——精密分流器端电压峰值；I分流器——分流器件电流规格。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用动力电池负极接触器闭合时的副回路构成元件搭建负极母线冲击电流测试装置；测试纯电动车型或混动车型动力电池负极接触器闭合瞬间，动力电池至五合一控制器之间负极母线冲击电流，进而对该负极母线是否会造成动力电池负极接触器粘连风险进行预判，为高压系统零部件设计选型提供依据，从而减少设计浪费，降低设计成本。
2、本发明利用紧密分流器将高频电流信号测试转换为电压信号测试，提高了测试结果的准确性，且无需投资高带宽电流测试设备，降低了测试费用。
3、本发明利用负极母线冲击电流测试装置分流器规格选型；针对不同数量级的负极母线冲击电流，可以根据精密分流器规格选型方法，准确选择合适的分流器规格，以保证测试装置达到合适测量量程，从而提高测试的准确性。
4、本发明利用负极母线冲击电流测试装置采用部分实车动力电池进行实际冲击电流测试，不需要采用实车动力电池就能准确测试母线负极冲击电流，降低测试装置搭建成本和搭建难度，同时也可以进一步降低测试成本。
附图说明
图1为本发明测试装置的原理示意图。
图2为本发明测试装置的等效示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。
在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。
本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。
新能源车高压配电采用动力电池高压盒与整车高压配电控制模块(PDU)共同实现：通常直流母线负极的接触器放置在动力电池高压盒内，其通断由动力电池管理系统BMS控制；高压负载供电回路的正极接触器放置整车高压配电控制模块(PDU)内，其通断由PDU控制。通常系统高压上电时，BMS会控制电池附件接触器先闭合，然后根据PDU根据整车控制器HCU发出的指令，接通或断开各回路的正极接触器。
一方面，主驱电机及其控制器由于其工作原理，通常会在供电回路上产生较强的传导辐射，是新能源整车上主要的电磁辐射骚扰源。通常会在主驱电机控制器的母线输入侧接入共模电感和Y电容，增加主回路的感抗和减小对地阻抗，达到抑制EMI干扰的效果。
另一方面，由于电池对地分布电容的存在，在BMS控制电池负极接触器闭合瞬间，构成了一个电池对地分布电容(数微法)作为电源、高压电缆电阻与主驱电控控制器内母线负极Y电容为负载的充放电回路；同时由于高压电缆电阻很小，一般在主驱控制器共模电感引入的差模电感，与前述Y电容又构成了一个近似LC振荡电路。因此，当负极接触器闭合瞬间，将在负极母线上产生幅值为上千安培、持续时间数微秒的高频冲击电流，该冲击电流频率为LC振荡电路的谐振频率。
本专利提出了一种电动汽车在负极接触器闭合时负极母线冲击电流的测试装置及测试方法。其技术解决方案如下：采用动力电池(通常只实车动力电池的一部分)、电池高压盒负极接触器、负极母线高压电缆(动力电池负极至高压配电系统负极)、主驱电机控制器母线输入侧共模电感(电感匝数参照实际电机控制器内部设计)、主驱电机控制器安规电容板、精密分流器(可以微欧级的精密电阻代替)、高压隔离探头及示波器搭建负极母线冲击电流测试装置，通过上位机控制器动力电池负极接触器闭合与断开，用示波器记录接触器吸合过程中，分流器两端电压的变化波形，读取电压波形的峰值，并根据分流器的规格换算成电流，即为负极接触器闭合时负极母线冲击电流的实际值。
对于精密分流器的规格选择，需遵循下述原则：当仿真分析计算的冲击电流峰值不超过1000A时，可选择50A/75mV规格分流器；当仿真分析计算的冲击电流峰值大于1000A小于2000A时，选择不低于100A/75mV规格的分流器,当仿真分析计算的冲击电流峰值大于2000A小于3000A时，选择不低于200A/75mV规格的分流器，其余依次类推。
如图1所示，本发明提供的一种电动汽车负极母线冲击电流测试装置，包括控制器、动力电池包101、负极接触器103、高压电缆104、分流组件105、电压检测器件106、共模电感107和安规电容板108，所述动力电池包101的的外壳接地102，动力电池包101的负极、负极接触器103、高压电缆104、分流组件105、共模电感107和安规电容板108依次串联，安规电容板108另一端接地109，所述负极接触器103的控制端连接控制器的控制端，所述电压检测器件106输入端连接分流组件105的两端，电压检测器件106的输出端连接控制器输入端。由于仅测试负极接触器闭合时负极母线冲击电流，故正极不需要用高压电缆连接。
以分流组件为精密分流器、电压检测器件为示波器为例，当通过控制器控制负极接触器去闭合时，该测试装置的等效电路如图2所示：201为动力电池对地分布电容CBattery，202为动力电池负极对地绝缘电阻Rins-，203为负极接触器K1，204精密分流器R1，205高压线缆等效电阻抗Zm，206为动力电池负极接触器闭合时主驱电机控制器母线输入侧共模电感引入的母线负极差模电感L1 207为主驱电机控制器负极Y电容CY，208为车架大地。
通过示波器获取精密分流器两端的电压UO的变化曲线，读取示波器上UO的峰值UOmax，并根据精密分流器的规格将电压值换算为电流值I测试。换算公式为
I测试＝UOmax/0.075*I分流器
其中，I测试——冲击电流测试值；
UOmax——精密分流器端电压峰值；
I分流器——分流器电流规格。
受试验场地限制，为减小测试装置搭建难度，通常测试装置只采用实车动力电池的一部分，所以通过该测试装置测试的冲击电流并不等于实车的冲击电流，同时跟实车动力电池的电池包串联支路数有关。假设测试装置电量采用实车动力电池电量的N1分之一，测试装置动力电池包的电池包串联数为实车动力电池电池包串联数的为N 2分之一，则电池包分布电容C Battery测试为CBattery实车的1/N1，U测试为U实车的1/N2，,则冲击电流的I测试为I实车的1/(N1*N2)。即实车冲击电流为：
I实车＝I测试*N1*N2
其中，I实车——实车冲击电流；
N1——实车动力电池电量与测试装置动力电池包电量之比；
N2——实车动力电池的电池包串联数量与测试装置动力电池包的电池包串联数量之比。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，上文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：包括控制器、动力电池包、负极接触器、高压电缆、分流组件、电压检测器件、共模电感和安规电容板，所述动力电池包的的外壳接地，动力电池包的负极、负极接触器、高压电缆、分流组件、共模电感和安规电容板依次串联，安规电容板另一端接地，所述负极接触器的控制端连接控制器的控制端，所述电压检测器件输入端连接分流组件的两端，电压检测器件的输出端连接控制器输入端。
2.根据权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：所述动力电池包的电池包串联数量为实车动力电池的电池包串联数量的1/N2。
3.根据权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：所述高压电缆的电阻为5-20mΩ。
4.根据权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：所述分流组件为精密分流器。
5.根据权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：所述分流器的工作电流为50～300A。
6.根据权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：所述分流器的工作电压为50-100mV。
7.根据权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：所述分流组件为微欧级的精密电阻。
8.根据权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置，其特征在于：所述电压检测器件为示波器。
9.一种基于权利要求1所述的电动汽车负极母线冲击电流测试装置实现负极母线冲击电流测试的方法，其特征在于：控制器控制负极接触器闭合，电压检测器件检测分流组件两端的电压输出至控制器，控制器根据电压检测器件检测的数据及动力电池包的参数确定实车冲击电流。
10.根据权利要求9所述的电动汽车负极母线冲击电流测试的方法，其特征在于：通过以下公式确定实车冲击电流I实车
I实车＝I测试*N1*N2
I测试＝UOmax/0.075*I分流
其中，I实车——实车冲击电流；N1——实车动力电池电量与测试装置动力电池包电量之比；N2——实车动力电池的电池包串联数量与测试装置动力电池包的电池包串联数量之比；UOmax——精密分流器端电压峰值；I分流器——分流器件电流规格。
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