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    解决方案

    动力电池测试系统技术方案

    发布时间:2017-11-21

    一、 概述

    1.1 动力电池测试系统概述

    动力电池测试系统是由AC-DC、DC-DC电能转换,回路及数据采集与处理的实时计算机控制系统构成的网络架构。 各DC-DC模块下位机硬件(测试回路与数据采集)通过网络适配器与上位计算机相连;各组硬件之间可以通过局域网或因特网连接;各DC-DC模块设备可以共用统一的上位机操作系统,实现标准的动力电池产线批量测试。DC母线共用式电池包充放电测试系统,既提高了测试效率,还降低了产品的使用成本。

    1.2 设备适用范围
    客户需求:
    电池包容量适用范围:20-50kWh;
    电池包电压适用范围:80-450VDC;
    电池包峰值电流:300A;
    电池包极限放电电流:375A(30s)

    根据用户以上要求结合我们专业的经验,设计方案主体设备选型如下:

    序号

    设备名称

    型号

    数量(套)

    技术参数与说明

    1

    动力电池测试系统

    WLD-300-550

    1

    高压直流母线电压:550Vdc;

    双向DCDC额定电流:300Adc;

    双向DCDC超载电流:375Adc;

    2

    上位机管理系统

    WLD-Solution

    1

    动力电池测试管理软件/PC硬件

    1.3软件系统结构
    上位机软件由十几个软件模块组成,全部集成在一套上位机操作管理软件中。下位机DPS位于设备内部,将上位机指令下发给测试设备实现各种操作,同时将测试数据回传给上位机数据库。上位机软件Server与client高度一体化集成,保证测试系统长期稳定运行。同时上位机软件具有细分化的操作和功能权限,适用于不同使用者的需要。Server以TCP/IP方式与下位机通讯。


    下位机DPS实现实时监控DCDC和电池包,上位机实现人机交互、指令上传下行、本地数据库、状态识别与判断等功能;云服务器用于实现充放电管理决策以及电池自动测试工艺流程建模、远程监控等

    1.4 系统的可扩展性
    考虑到用户对动力电池测试的未来扩展要求,本方案提供的系统对于测试系统的扩展(除了额定电流/电压/功率)都具有较好的灵活性,便于用户将来可能的系统扩充和调整。
    例如:数采系统具有可扩展的特点;
    上位机软件管理系统具备管理多台测试设备的预留接口;

    1.5动力电池测试标准

    1.5.1

    国际标准

    国际标准化组织标准(ISO)

    国际电工委员会标准(IEC)

    美国汽车工程师学会标准(SAE)

    日本电动车辆学会标准(JEVA)

    欧洲标准化技术委员会(CEN)

    1.5.2

    国际标准协会

    USABC(美国先进电池联合会)

    FreedomCar(自愿合作的汽车研究计划2002~长期计划)

    PNGV(新一代汽车合作伙伴计划19942004)

    1.5.3

    满足2015年4月颁布的新国标

    QC/T 741-2014车用超级电容器

     

    GB/T 31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分:高功率应用测试规程

     

    GB/T 31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分:高能量应用测试规程

     

    GB/T 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求及测试方法


    二、技术参数介绍


    2.1 电气回路图



    2.2  动力电池测试模组:WLD-双向DC-DC技术参数


    序号

    类目

    详细类目

    参数

    1

    DC电压

    高压侧DC电压(V)

    100-800VDC  (可设置)

     

     

    低压侧DC电压(V)

    80VDC-输入侧直流电压 (可设置)

    2

    DC电流

    高压端DC电流(A)

    (0-350)A   (可超载375A60s)

     

     

    低压端DC电流(A)

    (0-350)A   (可超载375A60s)

    3

    额定功率

    输出功率(输出电压350V)

    额定60KW持续,最大80KW不持续

    4

    转换效率

    输入500V,输出300V

    95%(在测试条件下取得)

    5

    最高变比

    高压电压:低压电压

    10:1

    6

    通道电压稳定精度

    动态

    2% 满量程的±0.1%FSR(0~40)℃

     

     

    静态

    1%(满量程的±0.1%FSR(0~40)℃

    7

    通道电流稳定精度

    动态

    5%(满量程的±0.1%FSR(0~40)℃

     

     

    静态

    1%(满量程的±0.1%FSR(0~40)℃

    8

    工作模式

    设备具有斜坡充放电、恒压充放电、恒流充放电、恒功率充放电、恒负载放电功能;SOC标定具有电池内阻测量功能(按照国标配置)

    9

    保护

    过压、欠压、过流、过热

    10

    方向转换

    双向DCDC接受RS485或CAN指令在线转换充电、放电状态

    11

    通信接口

    RS485,全隔离

    Modbus,RTU协议

     

     

    CAN2.0A/B,全隔离

    最高1M/S

    12

    通信功能

    通过通讯功能能够控制系统的启动、停止、工作模式、电压、电流值等的设定

    13

    数据采集间隔

    10ms

    14

    可持续的数据采集间隔

    999HRS:59M:59.99S

    15

    程序步数

    ≤9999

    16

    程序步数设置时间

    999HRS:59M:59.99S

    17

    程序循环次数

    99999

    18

    动态响应能力(电池负载,电流无超调,可接受电压为限制条件)

    0到充电或放电(100%满量程设定):20ms

    充电到放电100%满量程设定):≤40ms

    放电到充电100%满量程设定):≤40ms

    19

    安时数

    * 9999.9

    20

    瓦时数

    * 99999

    21

    能量回收

    能量在DC母线均衡循环使用,避免电网污染及逆变损耗

    22

    外部CAN通讯

    外部CAN变量参与系统工作控制,含CAN卡及标配CAN通讯线1根,接受.dbc文件导入,接受客户手动添加CAN变量,所有接收CAN变量可以作为限定条件并存储到上位机软件中,上位机软件系统变量可以传送给客户端;

    23

    绝缘电阻

    输入机壳≥200MΩ/500VDC

    24

    抗电强度

    输入机壳≤20mA 1.5kVDC/1min

    25

    接地导通电阻

    外壳与安全接地线之间≤0.1Ω/10A

    26

    尺寸

    WLD-DC200A:390*360*270(mm)(长*宽*高)

     

     

    WLD-DC350A:390*540*270(mm)(长*宽*高)

    27

    重量

    WLD-DC200A:30KG

     

     

    WLD-DC350A:50KG



    三、软件系统功能介绍



    3.1  动力电池充放电模组DC-DC 工作原理
    1) DC-DC可以通过上位机通信总线下达指令至下位机控制DC-DC模组状态设置为充、放电模式
    2) 上位机设定模式后,DC-DC从DC母线取电按设定的模式,对电池进行充放电,例如:电池充电时,首先先恒流值对电池进行充电,恒流阶段结束后可以设定自动进入恒压充阶段,恒压值应预先设置,电池充满自动结束,完成充电的一个流程
    3) 放电模式下会将电能回到DC母线,此时回到DC母线的电能可以立即为另外一个正在充电的电池包提供电能,DC母线电压高于设定的安全值后会通过电阻消耗掉,而不是回馈到企业内网,避免的电源的污染;如果DC母线电能不足时,DC母线会通过电网AC-DC取电,达到动力电池产线批量测试过程中DC母线的一种动态平衡。
    4) 每个通道DC-DC模组都可独立使能与否。

    3.2 测试系统介绍
    测试管理软件是测试系统的不可分割的一部分,它可在Windows XP或Windows 7专业版环境下操作配合系统软件的上位计算机,实现工艺程序、测试流程、数据采集以及结果分析一体化服务;用户友好型、集成化设计理念,便于用户操作;采用成熟的软件设计架构,具有良好的可拓展性,便于升级和维护。

    3.3 测试系统功能
    1) 上位机软件
    a) 实时故障检测与处理
    b) 现场总线控制与数据采集
    c) 指示灯控制
    d) 程序编写、数据记录
    e) 电池容量测试
    f) 电池内阻测试
    g) 电池标准动态测试
    h) 恒电流充放电、恒电压充放电、恒功率充放电、恒负载放电
    i) SOP模拟测试;
    j) SOC模拟测试;
    k) SOH模拟测试;
    l) 电池故障管理;
    2) FaceView软件
    a) 人机交互
    b) 数据库功能与数据显示
    c) PACK参数与状态识别
    d) 与MES系统通讯
    e) 本地数据库
    f) 充放电策略控制,基于路径最短的设计目标,设定电池包的充放电条件,拟采用Dijkstra算法求取最优解
    g) 电池自动测试工艺建模
    h) 云端数据库功能

    3.4测试程序控制
    ? 限制条件
    ? 时间,电流,电压,功率,温度,电池总成单体电压
    ? 数字信号值的输入及清零
    ? 安时/瓦时(累积值,充电,放电)     外循环数和内循环

    3.5 数据采集
    采集的数据存放于下位机缓存区,具有断点续测功能,即使突发断电也能保持试验的完整性和连贯性。数据采集与程序的执行同步,采集的数据存可以输出到EXCEL格式文件,且可以根据一定条件,如时间、数据名等进行查询,支持批量导数据功能


    四、测试系统升级方案




    根据安全需要,可以加装防反接功能,为了电池包能更友好的接入,附加预充系统,系统图如下:



    图2:带防反接功能电池包测试系统图



        加装防反接功能后,当电池包推入测试系统后,测试系统会检测电池包电压正负极是否正确,如果接反了,系统会报警信号提示,正负极接入正确后测试系统先预充,预充完成后用直流继电器将电池包接入DCDC低压端。





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