解決方案

動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)方案

發(fā)布時(shí)間:2017-11-21

一、概述

1.1 動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)概述

動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)是由AC-DC、DC-DC電能轉(zhuǎn)換，回路及數(shù)據(jù)采集與處理的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各DC-DC模塊下位機(jī)硬件（測(cè)試回路與數(shù)據(jù)采集）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)適配器與上位計(jì)算機(jī)相連；各組硬件之間可以通過(guò)局域網(wǎng)或因特網(wǎng)連接；各DC-DC模塊設(shè)備可以共用統(tǒng)一的上位機(jī)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力電池產(chǎn)線批量測(cè)試。DC母線共用式電池包充放電測(cè)試系統(tǒng)，既提高了測(cè)試效率，還降低了產(chǎn)品的使用成本。

1.2 設(shè)備適用范圍
客戶需求：
電池包容量適用范圍：20-50kWh；
電池包電壓適用范圍：80-450VDC；
電池包峰值電流：300A；
電池包極限放電電流：375A（30s）

根據(jù)用戶以上要求結(jié)合我們專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案主體設(shè)備選型如下：

序號(hào)

設(shè)備名稱

型號(hào)

數(shù)量（套）

技術(shù)參數(shù)與說(shuō)明

動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)

WLD-300-550

高壓直流母線電壓：550Vdc；

雙向DCDC額定電流：300Adc；

雙向DCDC超載電流：375Adc；

上位機(jī)管理系統(tǒng)

WLD-Solution

動(dòng)力電池測(cè)試管理軟件/PC硬件

1.3軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上位機(jī)軟件由十幾個(gè)軟件模塊組成，全部集成在一套上位機(jī)操作管理軟件中。下位機(jī)DPS位于設(shè)備內(nèi)部，將上位機(jī)指令下發(fā)給測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)各種操作，同時(shí)將測(cè)試數(shù)據(jù)回傳給上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)。上位機(jī)軟件Server與client高度一體化集成，保證測(cè)試系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)上位機(jī)軟件具有細(xì)分化的操作和功能權(quán)限，適用于不同使用者的需要。Server以TCP/IP方式與下位機(jī)通訊。

下位機(jī)DPS實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控DCDC和電池包，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、指令上傳下行、本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、狀態(tài)識(shí)別與判斷等功能；云服務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)充放電管理決策以及電池自動(dòng)測(cè)試工藝流程建模、遠(yuǎn)程監(jiān)控等

1.4 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性
考慮到用戶對(duì)動(dòng)力電池測(cè)試的未來(lái)擴(kuò)展要求，本方案提供的系統(tǒng)對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)的擴(kuò)展（除了額定電流/電壓/功率）都具有較好的靈活性，便于用戶將來(lái)可能的系統(tǒng)擴(kuò)充和調(diào)整。
例如：數(shù)采系統(tǒng)具有可擴(kuò)展的特點(diǎn)；
上位機(jī)軟件管理系統(tǒng)具備管理多臺(tái)測(cè)試設(shè)備的預(yù)留接口；

1.5動(dòng)力電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

1.5.1	國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
	國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)（ISO）
	國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(IEC)
	美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(SAE)
	日本電動(dòng)車輛學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(JEVA)
	歐洲標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（CEN）
1.5.2	國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)
	USABC（美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)）
	FreedomCar（自愿合作的汽車研究計(jì)劃2002～長(zhǎng)期計(jì)劃）
	PNGV（新一代汽車合作伙伴計(jì)劃19942004）
1.5.3	滿足2015年4月頒布的新國(guó)標(biāo)
	QC/T 741-2014車用超級(jí)電容器
?	GB/T 31467.1-2015電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第1部分：高功率應(yīng)用測(cè)試規(guī)程
?	GB/T 31467.2-2015電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第2部分：高能量應(yīng)用測(cè)試規(guī)程
?	GB/T 31467.3-2015電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求及測(cè)試方法

二、技術(shù)參數(shù)介紹

2.1 電氣回路圖

2.2 ?動(dòng)力電池測(cè)試模組：WLD-雙向DC-DC技術(shù)參數(shù)

序號(hào)	類目	詳細(xì)類目	參數(shù)
1	DC電壓	高壓側(cè)DC電壓（V）	100-800VDC ?(可設(shè)置)
?	?	低壓側(cè)DC電壓（V）	80VDC-輸入側(cè)直流電壓 (可設(shè)置)
2	DC電流	高壓端DC電流（A）	（0-350）A???(可超載375A≥60s)
?	?	低壓端DC電流（A）	（0-350）A ??(可超載375A≥60s)
3	額定功率	輸出功率（輸出電壓350V）	額定60KW持續(xù)，最大80KW不持續(xù)
4	轉(zhuǎn)換效率	輸入500V，輸出300V	≥95%（在測(cè)試條件下取得）
5	**變比	高壓電壓：低壓電壓	10:1
6	通道電壓穩(wěn)定精度	動(dòng)態(tài)	2%?（≤滿量程的±0.1%FSR（0～40）℃）
?	?	靜態(tài)	1%（≤滿量程的±0.1%FSR（0～40）℃）
7	通道電流穩(wěn)定精度	動(dòng)態(tài)	5%（≤滿量程的±0.1%FSR（0～40）℃）
?	?	靜態(tài)	1%（≤滿量程的±0.1%FSR（0～40）℃）
8	工作模式	設(shè)備具有斜坡充放電、恒壓充放電、恒流充放電、恒功率充放電、恒負(fù)載放電功能；SOC標(biāo)定；具有電池內(nèi)阻測(cè)量功能（按照國(guó)標(biāo)配置）
9	保護(hù)	過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱
10	方向轉(zhuǎn)換	雙向DCDC接受RS485或CAN指令在線轉(zhuǎn)換充電、放電狀態(tài)
11	通信接口	RS485，全隔離		Modbus,RTU協(xié)議
?	?	CAN2.0A/B，全隔離		**1M/S
12	通信功能	通過(guò)通訊功能能夠控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、工作模式、電壓、電流值等的設(shè)定
13	數(shù)據(jù)采集間隔	10ms
14	可持續(xù)的數(shù)據(jù)采集間隔	999HRS:59M:59.99S
15	程序步數(shù)	≤9999
16	程序步數(shù)設(shè)置時(shí)間	999HRS:59M:59.99S
17	程序循環(huán)次數(shù)	≤99999
18	動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力(電池負(fù)載，電流無(wú)超調(diào)，可接受電壓為限制條件)	0到充電或放電（100%滿量程設(shè)定）：≤20ms 充電到放電（100%滿量程設(shè)定）：≤40ms 放電到充電（100%滿量程設(shè)定）：≤40ms
19	安時(shí)數(shù)	* 9999.9
20	瓦時(shí)數(shù)	* 99999
21	能量回收	能量在DC母線均衡循環(huán)使用，避免電網(wǎng)污染及逆變損耗
22	外部CAN通訊	外部CAN變量參與系統(tǒng)工作控制，含CAN卡及標(biāo)配CAN通訊線1根，接受.dbc文件導(dǎo)入，接受客戶手動(dòng)添加CAN變量，所有接收CAN變量可以作為限定條件并存儲(chǔ)到上位機(jī)軟件中，上位機(jī)軟件系統(tǒng)變量可以傳送給客戶端；
23	絕緣電阻	輸入—機(jī)殼≥200MΩ/500VDC
24	抗電強(qiáng)度	輸入—機(jī)殼≤20mA 1.5kVDC/1min
25	接地導(dǎo)通電阻	外殼與安全接地線之間≤0.1Ω/10A
26	尺寸	WLD-DC200A:390360270（mm）（長(zhǎng)寬高）
?	?	WLD-DC350A:390540270（mm）（長(zhǎng)寬高）
27	重量	WLD-DC200A:30KG
?	?	WLD-DC350A:50KG

三、軟件系統(tǒng)功能介紹

3.1 ?動(dòng)力電池充放電模組DC-DC 工作原理

1) DC-DC可以通過(guò)上位機(jī)通信總線下達(dá)指令至下位機(jī)控制DC-DC模組狀態(tài)設(shè)置為充、放電模式

2) 上位機(jī)設(shè)定模式后，DC-DC從DC母線取電按設(shè)定的模式，對(duì)電池進(jìn)行充放電，例如：電池充電時(shí)，首先先恒流值對(duì)電池進(jìn)行充電，恒流階段結(jié)束后可以設(shè)定自動(dòng)進(jìn)入恒壓充階段，恒壓值應(yīng)預(yù)先設(shè)置，電池充滿自動(dòng)結(jié)束，完成充電的一個(gè)流程

3) 放電模式下會(huì)將電能回到DC母線，此時(shí)回到DC母線的電能可以立即為另外一個(gè)正在充電的電池包提供電能，DC母線電壓高于設(shè)定的安全值后會(huì)通過(guò)電阻消耗掉，而不是回饋到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，避免的電源的污染；如果DC母線電能不足時(shí)，DC母線會(huì)通過(guò)電網(wǎng)AC-DC取電，達(dá)到動(dòng)力電池產(chǎn)線批量測(cè)試過(guò)程中DC母線的一種動(dòng)態(tài)平衡。

4) 每個(gè)通道DC-DC模組都可獨(dú)立使能與否。

3.2 測(cè)試系統(tǒng)介紹

測(cè)試管理軟件是測(cè)試系統(tǒng)的不可分割的一部分，它可在Windows XP或Windows 7專業(yè)版環(huán)境下操作配合系統(tǒng)軟件的上位計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)工藝程序、測(cè)試流程、數(shù)據(jù)采集以及結(jié)果分析一體化服務(wù)；用戶友好型、集成化設(shè)計(jì)理念，便于用戶操作；采用成熟的軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)，具有良好的可拓展性，便于升級(jí)和維護(hù)。

3.3 測(cè)試系統(tǒng)功能

1) 上位機(jī)軟件

a) 實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與處理

b) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制與數(shù)據(jù)采集

c) 指示燈控制

d) 程序編寫、數(shù)據(jù)記錄

e) 電池容量測(cè)試

f) 電池內(nèi)阻測(cè)試

g) 電池標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)試

h) 恒電流充放電、恒電壓充放電、恒功率充放電、恒負(fù)載放電

i) SOP模擬測(cè)試；

j) SOC模擬測(cè)試；

k) SOH模擬測(cè)試；

l) 電池故障管理；

2) FaceView軟件

a) 人機(jī)交互

b) 數(shù)據(jù)庫(kù)功能與數(shù)據(jù)顯示

c) PACK參數(shù)與狀態(tài)識(shí)別

d) 與MES系統(tǒng)通訊

e) 本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)

f) 充放電策略控制，基于路徑最短的設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)定電池包的充放電條件，擬采用Dijkstra算法求取最優(yōu)解

g) 電池自動(dòng)測(cè)試工藝建模

h) 云端數(shù)據(jù)庫(kù)功能

3.4測(cè)試程序控制

? 限制條件

? 時(shí)間，電流，電壓，功率，溫度，電池總成單體電壓

? 數(shù)字信號(hào)值的輸入及清零

? 安時(shí)/瓦時(shí)（累積值，充電，放電） ? ? 外循環(huán)數(shù)和內(nèi)循環(huán)

3.5 數(shù)據(jù)采集

采集的數(shù)據(jù)存放于下位機(jī)緩存區(qū)，具有斷點(diǎn)續(xù)測(cè)功能，即使突發(fā)斷電也能保持試驗(yàn)的完整性和連貫性。數(shù)據(jù)采集與程序的執(zhí)行同步，采集的數(shù)據(jù)存可以輸出到EXCEL格式文件，且可以根據(jù)一定條件，如時(shí)間、數(shù)據(jù)名等進(jìn)行查詢，支持批量導(dǎo)數(shù)據(jù)功能

四、測(cè)試系統(tǒng)升級(jí)方案

根據(jù)安全需要，可以加裝防反接功能，為了電池包能更友好的接入，附加預(yù)充系統(tǒng)，系統(tǒng)圖如下：

圖2：帶防反接功能電池包測(cè)試系統(tǒng)圖

? ? 加裝防反接功能后，當(dāng)電池包推入測(cè)試系統(tǒng)后，測(cè)試系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)電池包電壓正負(fù)極是否正確，如果接反了，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警信號(hào)提示，正負(fù)極接入正確后測(cè)試系統(tǒng)先預(yù)充，預(yù)充完成后用直流繼電器將電池包接入DCDC低壓端。

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