一種動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)及控制方法，所述系統(tǒng)包括：動力電池、電池充放電設(shè)備、計算機、穩(wěn)壓電源、電池管理系統(tǒng)、主控單元和冷卻風(fēng)扇。所述控制方法包括功率限制和溫度控制，所述功率限制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的最大允許充放電功率，將該最大允許充放電功率與壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況功率進(jìn)行實時比較，取兩者中的小值作為實際功率發(fā)送至電池充放電設(shè)備，所述溫度控制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的電池溫度信號，根據(jù)相應(yīng)的動力電池溫度控制策略計算出冷卻風(fēng)扇的PWM值。通過本發(fā)明能獲得更加準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在試驗臺架上合理考核動力電池壽命的目的。
【專利說明】一種動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車部件測試領(lǐng)域，具體為一種針對汽車動力電池總成的試驗系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]動力電池總成是混合動力以及純電動汽車的關(guān)鍵零部件之一，其壽命的長短將直接影響整車的使用年限，而且由于其在整車的成本中占據(jù)較大的比重，故消費者對該指標(biāo)的重視度也是非常高的。目前，在國內(nèi)，還沒有能夠?qū)恿﹄姵乜偝蓧勖M(jìn)行有效考核的試驗臺架的相關(guān)專利。
[0003]現(xiàn)在國內(nèi)還缺乏對動力電池總成壽命進(jìn)行試驗的專用系統(tǒng)和方法方法，目前的常規(guī)做法是僅對動力電池進(jìn)行恒定DOD (放電深度)的循環(huán)充放，或通過采集整車道路試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行一定處理后用于電池總成的壽命試驗，在壽命試驗過程使用風(fēng)機進(jìn)行風(fēng)力一致的強制風(fēng)冷，但這類做法往往忽略了動力電池本身的狀態(tài)，因為在不同的狀態(tài)下(如溫度、荷電狀態(tài)S0C、電壓等)，動力電池所允許的充放電功率以及對散熱的要求都是不一樣的，如果不考慮動力電池本身的狀態(tài)，一味按照既定工況測試，則動力電池極可能工作在其允許的充放電功率外，這將加速動力電池的老化，而風(fēng)力一致的強制風(fēng)冷也使動力電池工作在比較狹窄的溫度范圍，從而導(dǎo)致對動力電池總成壽命的錯誤評估。由于動力電池的成本較高，對其壽命的錯誤評價將直接影響研發(fā)和設(shè)計成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)及控制方法，在試驗中根據(jù)動力電池的即時狀態(tài)，通過對壽命工況進(jìn)行實時功率限制，保證動力電池始終工作在當(dāng)前允許的充放電功率范圍內(nèi)，同時根據(jù)動力電池總成熱管理控制策略自動控制散熱系統(tǒng)工作，從而獲得更加準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在試驗臺架上合理考核其壽命的目的。
[0005]本發(fā)明所述的動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)，包括:動力電池、電池充放電設(shè)備、計算機、穩(wěn)壓電源、電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM-BMS)、主控單元和冷卻風(fēng)扇，所述電池充放電設(shè)備通過動力線與動力電池連接，對所述動力電池充放電；所述計算機通過通訊線與所述電池充放電設(shè)備連接，以監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)并記錄試驗數(shù)據(jù)；所述穩(wěn)壓電源為所述主控單元、冷卻風(fēng)扇及電池管理系統(tǒng)供電；所述電池管理系統(tǒng)監(jiān)控動力電池工作狀態(tài)并通過CAN總線與主控單元和電池充放電設(shè)備連接；所述主控單元通過CAN總線與電池管理系統(tǒng)和電池充放電設(shè)備連接，通過控制線與冷卻風(fēng)扇連接；所述冷卻風(fēng)扇通過附屬管道對動力電池進(jìn)行風(fēng)冷散熱。
[0006]本發(fā)明所述控制方法，包括功率限制和溫度控制，所述功率限制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的最大允許充放電功率，將該最大允許充放電功率與壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況功率進(jìn)行實時比較，取兩者中的小值作為實際功率發(fā)送至電池充放電設(shè)備，計算機控制電池充放電設(shè)備以實際功率對動力電池進(jìn)行充放電；所述溫度控制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的電池溫度信號，根據(jù)相應(yīng)的動力電池溫度控制策略計算出冷卻風(fēng)扇的PWM值，以改變冷卻風(fēng)扇的開度。
[0007]進(jìn)一步的，所述主控單元通過倒計時器對壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況功率進(jìn)行倒計時，當(dāng)壽命試驗工況中的工況功率被限制時，則將該段工況的剩余運行時間應(yīng)用于被限制后的實際功率；當(dāng)壽命試驗工況中的工況功率被限制時，主控單元內(nèi)將生成Step標(biāo)識，用于表示該段工況時間的更新，被更新后的工況時間用實際時間表示，Step標(biāo)識和實際時間均發(fā)送至CAN總線上；在當(dāng)前整段工況步驟運行完畢后，生成計時完成標(biāo)識，用于更新壽命試驗工況的下一段運行步驟。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:結(jié)合了動力電池散熱系統(tǒng)及整車對動力電池使用功率的要求，使動力電池在一個更接近實際的環(huán)境中，始終工作在其自身狀態(tài)允許的充放電功率范圍內(nèi)，從而能夠更合理的評價動力電池總成的壽命，不僅節(jié)約了研發(fā)設(shè)計成本，更為考核動力電池壽命提出了新的思路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)的示意圖；
圖2是主控單元信號線連接圖；
圖3是主控單元對電池壽命工況的控制示意圖；
圖4是主控單元對冷卻風(fēng)扇的控制示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述:
如圖1所示，動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)，包括:動力電池3、電池充放電設(shè)備1、計算機
2、穩(wěn)壓電源8、電池管理系統(tǒng)6、主控單兀7和冷卻風(fēng)扇5。
[0011]本實施例中的電池充放電設(shè)備使用美國Arbin EVTS，其通過動力線與動力電池連接，對所述動力電池充放電。
[0012]計算機，其通過通訊線與所述電池充放電設(shè)備連接，實現(xiàn)與電池充放電設(shè)備的相互通訊，以監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)并記錄試驗數(shù)據(jù)，計算機通過電池充放電設(shè)備向電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)送信號，控制動力電池的充電和放電，同時計算機還通過電池充放電設(shè)備接收電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)送的電池電壓、電流、溫度以及主控單元發(fā)送的實際功率、實際時間和Step標(biāo)識等信號，在計算機顯示界面上實時顯示，以監(jiān)控動力電池以及壽命工況運行的狀態(tài)并記錄試驗數(shù)據(jù)。
[0013]12V穩(wěn)壓電源為所述主控單元、冷卻風(fēng)扇及電池管理系統(tǒng)供電。
[0014]電池管理系統(tǒng)BMS，監(jiān)控動力電池工作狀態(tài)并通過CAN總線與主控單元和電池充放電設(shè)備連接。
[0015]本實施中的主控單元使用dSPACE產(chǎn)品MircoAutobox DS1401/DS1501，其具備CAN通訊功能以及編程功能，倒計時器是主控單元的整個控制程序中的一個子程序，該子程序具備倒計時的功能。
[0016]主控單元通過CAN總線與電池管理系統(tǒng)和電池充放電設(shè)備連接，通過控制線與冷卻風(fēng)扇連接，以調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇的開度，如圖2所示，其中主控單元的V5和V6通道分別與電池充放電設(shè)備以及電池管理系統(tǒng)BMS的CANL和CANH連接，冷卻風(fēng)扇的開度通過PWM信號控制，其PWM引腳與主控單元的B6通道連接。
[0017]所述冷卻風(fēng)扇開度可調(diào)，其通過附屬管道4對動力電池進(jìn)行風(fēng)冷散熱，所述動力電池、電池管理系統(tǒng)BMS、冷卻風(fēng)扇及附屬管道構(gòu)成一個散熱系統(tǒng)，以模擬整車上動力電池的散熱系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
[0018]參見圖3，利用上述系統(tǒng)的控制方法，包括功率限制和溫度控制，所述功率限制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的最大允許充放電功率，將該最大允許充放電功率與壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況功率進(jìn)行實時比較(其中所述的壽命試驗工況根據(jù)整車實際使用需求總結(jié)而來，由一系列充放電功率及對應(yīng)功率的運行時間組成，如第一段為以IOKW充電10S，第二段為以5KW放電15S，第三段為以15KW放電5S，……)，取兩者中的小值作為實際功率發(fā)送至電池充放電設(shè)備，計算機控制電池充放電設(shè)備以該實際功率對動力電池進(jìn)行充放電，當(dāng)動力電池發(fā)生故障時，主控單元直接將實際功率限制為0，本實施例采用最高故障等級，所述主控單元通過倒計時器對壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況功率進(jìn)行倒計時，當(dāng)壽命試驗工況中的工況功率被限制時，則將該段工況的剩余運行時間應(yīng)用于被限制后的實際功率；當(dāng)壽命試驗工況中的工況功率被限制時，主控單元內(nèi)將生成Step標(biāo)識，用于表示該段工況時間的更新，被更新后的工況時間用實際時間表示，Step標(biāo)識和實際時間均發(fā)送至CAN總線上；在當(dāng)前整段工況步驟運行完畢后，生成計時完成標(biāo)識，用于更新壽命試驗工況的下一段運行步驟。
[0019]例如，壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況為以IOKW充電10S，當(dāng)電池充放電設(shè)備以IOKff向動力電池已經(jīng)充電5S時，主控單元接收到了電池管理系統(tǒng)BMS所發(fā)出的此時最大允許充放電功率為6KW，則主控單元將6KW作為實際功率通過CAN發(fā)送模塊發(fā)送至電池充放電設(shè)備，計算機控制電池充放電設(shè)備以該實際功率6KW對動力電池進(jìn)行充電，同時將剩余的5S運行時間應(yīng)用于6KW的功率，即整段工況為先以IOKW充電5S，再以6KW充電5S，總時間仍為IOS0
[0020]參見圖4，所述溫度控 制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的電池溫度信號，本實施例接收的是動力電池的最高溫度和最低溫度，根據(jù)相應(yīng)的動力電池溫度控制策略計算出冷卻風(fēng)扇的PWM值，并通過其B6通道輸出(本實例中PWM信號周期設(shè)為0.01s)，以改變冷卻風(fēng)扇的開度。
【權(quán)利要求】
1.一種動力電池總成壽命試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括: 動力電池； 電池充放電設(shè)備，通過動力線與動力電池連接，對所述動力電池充放電； 計算機，其通過通訊線與所述電池充放電設(shè)備連接，以監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)并記錄試驗數(shù)據(jù)； 穩(wěn)壓電源，其為所述主控單元、冷卻風(fēng)扇及電池管理系統(tǒng)供電； 電池管理系統(tǒng)，監(jiān)控動力電池工作狀態(tài)并通過CAN總線與主控單元和電池充放電設(shè)備連接； 主控單元，通過CAN總線與電池管理系統(tǒng)和電池充放電設(shè)備連接，通過控制線與冷卻風(fēng)扇連接； 冷卻風(fēng)扇，其通過附屬管道對動力電池進(jìn)行風(fēng)冷散熱。
2.利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:包括功率限制和溫度控制，所述功率限制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的最大允許充放電功率，將該最大允許充放電功率與壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況功率進(jìn)行實時比較，取兩者中的小值作為實際功率發(fā)送至電池充放電設(shè)備，計算機控制電池充放電設(shè)備以實際功率對動力電池進(jìn)行充放電； 所述溫度控制是利用主控單元接收電池管理系統(tǒng)所發(fā)出的電池溫度信號，根據(jù)相應(yīng)的動力電池溫度控制策略計算出冷卻風(fēng)扇的PWM值，以改變冷卻風(fēng)扇的開度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于: 所述主控單元通過倒計時器對壽命試驗工況中當(dāng)前段的工況功率進(jìn)行倒計時，當(dāng)壽命試驗工況中的工況功率被限制時，則將該段工況的剩余運行時間應(yīng)用于被限制后的實際功率； 當(dāng)壽命試驗工況中的工況功率被限制時，主控單元內(nèi)將生成Step標(biāo)識，用于表示該段工況時間的更新，被更新后的工況時間用實際時間表示，Step標(biāo)識和實際時間均發(fā)送至CAN總線上； 在當(dāng)前整段工況步驟運行完畢后，生成計時完成標(biāo)識，用于更新壽命試驗工況的下一段運行步驟。
【文檔編號】G05B19/418GK103513189SQ201310488186
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】李海洋, 蒲江, 金維, 韓婧, 瞿毅, 余小紅 申請人:重慶長安汽車股份有限公司, 重慶長安新能源汽車有限公司