動力電池綜合性能測試系統的開發研制
近年來,由于環境污染和石油資源日益枯竭,電動汽車(包括純電動汽車和混合動力電動汽車)已成為世界汽車領域研究和發展的熱點,電動汽車的一些關鍵技術也相繼取得突破,蓄電池技術、能源管理系統、電力驅動及其控制技術和車體技術等關鍵技術已經開始進入實際應用階段。相對其它關鍵技術,蓄電池技術仍不是十分成熟且成本較高,是當前制約電動汽車應用的主要瓶頸技術。因此,選擇合適的蓄電池并加以合理的使用對電動汽車來說是十分重要的。
為了正確地評價、選擇和合理地使用蓄電池,在電動汽車的實際應用條件下對蓄電池進行試驗和研究。由于蓄電池車載試驗成本高、測試手段受限,針對電動汽車的實際使用條件,自主開發了一套適合多種蓄電池(鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫電池等)的全自動蓄電池測試評價系統。該系統利用模擬仿真技術,在實驗室模擬蓄電池車載使用的狀況,進行測試評價與試驗研究,從而以較低的成本獲得蓄電池性能評價。同時,該系統提供可為電池能量管理研究提供試驗平臺,最終實現合理地使用蓄電池,及時顯示蓄電池狀態并處理故障。經過實際使用,該系統精度高、性能穩定、可靠,完全滿足電池性能檢測要求。本文就系統的檢測原理、技術路線和測量結果等方面進行介紹。
2 動力電池檢測要求
動力電池的檢測特性主要包括:電池端電壓、充放電電流、電池表面溫度、電池內阻、容量、壽命、荷電保持能力等。一般來說,一次充放電過程可測試得到上述大部分指標。
動力電池的性能檢測一般可分為幾個階段:①充電階段。有峰值電壓、充電電流、充電模式、充電時間、充電安時數、記錄時間間隔、電壓差等設定。充電終止以先滿足的條件為依據。當充電時間、充電安時數、峰值電壓、電壓差等其中任一條件滿足時,即停止充電,避免過充電。②充放電間隔。充放電之間的自然放電狀態。③放電階段。該階段有放電模式、放電時間、電壓截止、記錄時間間隔、電壓差、等設定。電池的充放電容量、內阻等在充放電過程得到,剩余電量相應得到。④周期間隔。多周期工作時兩周期之間的時間間隔,此階段電池處于自放電狀態。
下圖是動力電池組綜合測試系統框圖。
3.1 充電工作原理
充電部分對購置的充電機進行調整和改進,利用原充電機硬件,改造相關部分軟件,加裝放電電阻箱,以消耗動力電池放電過程中放出的能量,并對原設備的電流和電壓信號進行采樣,采樣信號輸入新設計的單片機,從而對輸出的充電電壓和充電電流進行控制。使上位計算機(工控機)和新設計的單片機通過串行接口進行通訊,從而能夠控制充電系統,使充電機能夠完成可編程充電,能夠進行實現自動變電流充電,既可按標準進行充電,又可模擬電動車制動再生充電。
3.2 放電原理
3.2.1 蓄電池放電回路
整體劃分為多路單獨的放電回路,各回路之間及回路與電源之間可能存在干擾,為了防止MOSFET與MOSFET 之間干擾每個回路都采用隔離電源單獨供電。
3.2.2 驅動信號的處理
蓄電池放電部分是通過上位工控機或面板的操作鍵設定放電電流的大小或放電模式,它將信號傳送給單片機,單片機將輸出脈寬調制信號送給驅動電路。在驅動電路中采用了高速光耦進行信號隔離,防止功率MOSFET 的干擾信號進入單片機引起單片機死機或跑飛。
購置的放電負載電阻箱可以實現多個回路手動控制放電。為了實現放電的電子控制,放電部分選用了多只大功率場效應管來控制放電的多個回路,使之與手動控制的多個回路并聯,即可以實現放電的手動和自動的切換。并在放電主回路上加裝了電流傳感器,從而實現對放電電流的采樣。采樣信號送給放電部分的單片機,經過處理后,實現多個放電回路的自動控制。
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