CN204215022U - 一种电动汽车动力电池模拟运行检测装置 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车动力电池模拟运行检测装置，BMS***用于与动力电池相连，BMS***、直流表计、电机控制器的电源输入端、直流电机依次相连，监控装置通过数据转换模块与BMS***和直流表计相连，监控装置通过信号控制器与电机控制器的电源输入端相连，信号控制器接收监控装置的控制命令控制电机控制器的启动与停止，模拟驾驶装置通过信号控制器与电机控制器的控制端相连，信号控制器接收模拟驾驶装置发送的控制信号调整电机控制器的输出电压从而控制直流电机的输出功率，辅助能耗装置与直流电机相连，作为直流电机的负载。本实用新型能自动进行高密度实时数据采集，而且能模拟车辆行驶情况下的动力电池充放电操作，检测结果准确。

Description

一种电动汽车动力电池模拟运行检测装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车动力电池检测领域，特别是一种模拟车辆行驶的动力电池充放电特性的检测装置。

背景技术

目前环境污染和石油资源短缺问题日益严重，电动汽车的发展受到世界各国的高度重视，但随着电动汽车的不断实践和推广，电动汽车的动力电池一直是制约电动汽车普及的一个重要因素。动力电池的材料和技术发展至今未完全成熟，各个厂家因技术水平和生产工艺等原因生产的电池性能规格不一致，充放电特性不同，电池的使用寿命差别很大。目前检测动力电池的性能主要依靠在电动汽车上长期运行并配置车载终端跟踪检测电池状况。

此外，现在一般的测试装置只能对动力电池进行简单的功能测试，难以模拟电动车辆长期行驶的情况，因此测量结果并不准确。而采用电动汽车测试则需要投入人力物力测试，需要购买车辆、上牌、安装充电桩、安装采集设备等，需要投入很大的人力物力，运行和维护成本很高，测试条件受环境局限。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种电动汽车动力电池模拟运行检测装置，该检测装置能模拟车辆行驶情况下的动力电池充放电操作，使检测结果更加准确。

解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种电动汽车动力电池模拟运行检测装置，包括BMS***、直流表计、数据转换模块、监控装置、模拟驾驶装置、信号控制器、电机控制器、直流电机、辅助能耗装置；

所述BMS***用于与所述动力电池相连，所述BMS***、直流表计、电机控制器的电源输入端、直流电机依次相连，所述监控装置通过所述数据转换模块与所述BMS***和所述直流表计相连，所述监控装置通过所述信号控制器与所述电机控制器的电源输入端相连，信号控制器接收所述监控装置的控制命令控制所述电机控制器的启动与停止，所述模拟驾驶装置通过所述信号控制器与所述电机控制器的控制端相连，信号控制器接收模拟驾驶装置发送的控制信号调整所述电机控制器的输出电压从而控制所述直流电机的输出功率，所述辅助能耗装置与所述直流电机相连，作为所述直流电机的负载。

所述BMS***与所述数据转换模块通过CAN总线相连。

所述数据转换模块与所述监控装置通过TCP/IP网络相连。

本实用新型通过模拟驾驶装置动态调整直流电机的输出功率，以便更真实的反应电动汽车运行时动力电池的放电过程，并通过监控装置实时采集电池的运行参数，使通过本实用新型检测装置反应出的电动汽车动力电池放电过程的检测结果更加准确。

作为对本实用新型检测装置功能的一种改进，使本实用新型可以不间断的模拟车辆动力电池的充、放电过程：所述检测装置还包括依次相连的电网连接端、交流表计、双向变流器，双向变流器与所述直流表计相连，所述交流表计、双向变流器、直流表计都通过数据转换模块与所述监控装置相连，所述信号控制器与所述双向变流器的直流端和交流端相连，控制双向变流器的直流端和交流端的接通或断开。

本实用新型设置双向变流器，通过监控装置对信号控制器和双向变流器的控制，可实现电池充电、电池对直流电机放电、电池对电网馈电等多种工作模式的选择。

所述模拟驾驶装置包括油门、刹车、感应装置、服务器和显示设备，所述油门通过感应装置与服务器相连，所述刹车与所述服务器相连，所述服务器与所述信号控制器相连，所述显示设备与所述服务器相连。

所述模拟驾驶装置还包括方向盘，所述方向盘、油门、刹车根据它们在电动汽车上的位置关系布置。

作为本实用新型的优选实施方式：所述直流电机通过所述信号控制器与所述模拟驾驶装置的服务器相连，模拟驾驶装置获取直流电机的转速信号并显示在所述显示设备上。

作为对本实用新型的改进：增设温度探头，所述温度探头设置在直流电机附近，所述温度探头通过所述信号控制器与所述监控装置相连。

作为本实用新型的推荐实施方式：所述信号控制器为PLC控制器。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1）本实用新型检测装置内部组件之间主要通过TCP/IP网络、CAN总线等有线方式通讯，能自动进行高密度实时数据采集，采集电池的充放电SOC、电压、电流、单体电池的电压和温度，交、直流表计的负荷、表码，直流电机的转速、温度等数据并集中存储在监控装置中，由于整个装置由专线连接，可实现毫秒级的数据采集密度，远大于在电动汽车上检测装置所具有的数据传输频率；

2）本实用新型的监控装置通过对信号控制器的控制，实现对电池充电、电池对负载电机放电、电池对电网馈电等多种工作模式的选择；

3）本实用新型能够模拟车辆行驶动力电池的放电过程，并能使动力电池的充、放电操作自动不间断运行，相比一般的检测装置，更能反应出电动汽车动力电池的实际运行工况，节省了电动汽车的购买、维护、人工等一系列的成本开支。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型较佳实施例的检测装置的原理框图；

图2是图1中模拟驾驶装置的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型具体实施例的电动汽车动力电池模拟运行检测装置包括BMS***8、数据转换模块16、监控装置1、模拟驾驶装置2、信号控制器3、电机控制器6、直流电机5、电网连接端、交流表计14、双向变流器12、直流表计10和辅助能耗装置17；

电网连接端、交流表计14、双向变流器12和直流表计10依次相连，电网连接端通过电网开关连接交流电网，直流表计10与BMS***8相连，交流表计14、双向变流器12、直流表计10都通过数据转换模块16与监控装置1相连，BMS***8与动力电池9相连，BMS***8还通过数据转换模块16与监控装置1相连，监控装置1通过信号控制器3与电机控制器6的电源输入端相连，电机控制器6的电源输入端通过直流表计10和BMS***8与动力电池9相连，信号控制器3接收监控装置1的控制命令控制电机控制器6的启动与停止，即与动力电池9连通或断开，信号控制器3还与双向变流器12的直流端和交流端相连，控制双向变流器12的直流端和交流端的接通或断开，模拟驾驶装置2通过信号控制器3与电机控制器6的控制端相连，信号控制器3接收模拟驾驶装置2发送的控制信号调整电机控制器6的输出电压，电机控制器6的输出端与直流电机5相连，控制直流电机5运行，直流电机5通过信号控制器3与模拟驾驶装置2相连，以便模拟驾驶装置2获取直流电机5的转速数据，温度探头4设置在直流电机5附近，温度探头4通过信号控制器3与监控装置1相连，辅助能耗装置17与直流电机5相连，作为直流电机5的负载。

BMS***8是电池管理***，主要对动力电池参数进行实时监控，故障诊断、SOC估算、行驶里程估算、短路保护、漏电监测，它通过CAN总线与数据转换模块8连接，实时向监控装置1发送电池参数。

数据转换模块16由多接口的数据汇集模块构成，输入包括RS485接口、CAN总线接口、TCP/IP网络接口，输出接口为TCP/IP网络接口，具备多数据通讯协议数据汇集转换功能，其输出接口连接监控装置1，与监控装置1实时通讯。

监控装置1由与监控服务器相连的存储设备、监控显示设备和外部接口设备组成。监控装置1的数据采集主要通过数据转换模块16的TCP/IP网络接口实现，具备存储数据转换模块16采集的交、直流表计14、10电压、电流和BMS***8的数据。监控装置1监控直流电机5的运行工况，在发生异常和超阀值告警后对设备实施紧急保护，监控双向变流器12的运行工况，在发生异常和超阀值告警后对设备实施紧急保护。监控装置1具备选择检测装置工作模式的功能选择，工作模式包括：充电模式、逆变电网模式、模拟驾驶模式，具体如何选择请见下文。监控装置1通过USB适配器与信号控制器3连接，实现对信号控制器3下发控制命令。

模拟驾驶装置2连接信号控制器3，如图2所示，模拟驾驶装置2由方向盘26、油门24、刹车25、感应装置23、显示设备22和服务器21构成，油门24通过感应装置23与服务器21相连，刹车25直接连接服务器21，服务器21与信号控制器3相连，显示设备22与服务器21相连，模拟驾驶装置接收直流电机5转速信号转换为车辆速度指标并显示在显示设备22中，将试验平台的直流电机5的运行状态同步到模拟驾驶装置上。感应装置23为压力传感器，它将油门信号转换为电信号输出到服务器21，并由服务器21输出控制信号通过信号控制器3控制电机控制器6的输出电压。方向盘26、油门24、刹车25根据它们在电动汽车上的位置关系布置。模拟驾驶装置2具有两种工作模式：人工操作设备模拟车辆行驶模式和自动驾驶模式，上述服务器根据油门和刹车上的指令发送控制信号的方式即对应人工操作设备模拟车辆行驶模式，自动驾驶模式下服务器可根据其上预设的车辆行驶数据发送控制信号。

信号控制器3优选由PLC控制器构成，其输出端通过导线连接继电器开关K1、继电器开关K2，继电器开关K3和电机控制器6的控制端。继电器开关K1设置在双向变流器12的直流端，继电器开关K2设置在双向变流器12的交流端，继电器开关K3设置在电机控制器6的电源输入端，信号控制器3接受监控装置1的控制命令，控制继电器开关的开启、闭合，信号控制器3接收模拟驾驶装置2的控制信号实现对电机控制器6的输出电压的动态调整，从而实现对直流电机5运行功率的控制。信号控制器3还与直流电机5相连，检测直流电机5转速数据上送到模拟驾驶装置2。信号控制器3输入端还与温度探头4相连，将温度探头4的温度数据上送到监控装置1。

电机控制器6的电源输入端通过导线与直流表计10与双向变流器12相连的一端连接，以便与动力电池9相连，输出端与直流电机5相连，控制直流电机5运行。

直流电机5是直流伺服电机，控制端连接电机控制器6，直流电机5输出功率可调，直流电机5连接辅助耗能装置17作为负载。

双向变流器12为交直流转换装置，可以实现交流电和直流电转换。它采用功率模块将动力电池9直流电能逆变为交流电，并且直接馈入交流电网或从交流电网吸收电能，存储到动力电池9中。双向变流器12通过双绞线连接数据转换模块16的TCP网络，通过数据转换模块16与监控装置1相连。监控装置1控制双向变流器12的工作模式，即实现双向变流器12直转交与交转直的切换，同时，双向变流器12也通过数据转换模块想监控装置1上送数据。双向变流器12除了可以采集交、直流数据外，还可以上送双向变流器12启动、停止状态、电网工作频率、当前工作负荷等额外数据。

直流表计10采集直流线路上的电压、电流数据，通过直流表计10的RS485接口，与数据转换模块16连接。

交流表计14采集交流线路上的三相电压、电流数据，通过交流表计14的RS485接口，与数据转换模块16连接。

工作于电动汽车模拟驾驶模式时，继电器开关K2和继电器开关K1断开，继电器开关K3闭合。继电器开关K1、继电器开关K2，继电器开关K3的工作状态是互锁，当继电器开关K3闭合状态未解除时，对其它继电器开关的操作将失效，以确保工作模式的准确可靠。动力电池处于输出负荷状态，当信号控制器接收到监控装置启动模拟驾驶的控制命令后，闭合动力电池和直流电机的功率回路，动力电池驱动直流电机运转，直流电机接辅助能耗装置模拟车辆负载。电机控制器接收模拟驾驶装置发出的油门信号，控制直流电机的转速来模拟车辆在不同速度下运行。监控装置实时采集BMS***输出信号、直流表计数据、温度探头数据。模拟驾驶装置采集直流电机转速数据，监控装置监控运行数据，保证***负荷、电池SOC、电池电压、电池电流、电池温度、***运行温度等指标在合理范围内，确保***安全运行，如电池SOC降低到某设置的阀值下，将停止模拟驾驶模式，启动装置的充电模式。

本实用新型工作于充电模式时，继电器开关K2和继电器开关K1闭合，电网开关闭合，继电器开关K3断开，双向变流器工作于交流转直流模式，实现给动力电池充电。继电器开关K1、继电器开关K2，继电器开关K3的工作状态是互锁的，当继电器开关K1、继电器开关K2闭合状态未解除时，其它继电器开关的操作将失效，以确保工作模式的准确可靠，监控装置实时采集BMS***输出信号、直流表计数据、交流表计数据。监控***运行数据，保证***负荷、电池SOC、电池电压、电池电流、电池温度指标在合理范围内，确保***安全运行。当电池SOC充至某设置的阀值上时，停止充电模式。

本实用新型的监控装置可设置模拟驾驶模式和充电模式交替运行，不间断的模拟车辆动力电池的充、放电过程。

本实用新型工作于电池逆变馈入电网模式时，继电器开关K2和继电器开关K1闭合，继电器开关K3断开，电网开关闭合，双向变流器工作于直流转交流模式，实现动力电池向交流电网逆变馈入电量。继电器开关K1、继电器开关K2，继电器开关K3的工作状态是互锁的，当继电器开关K1、继电器开关K2闭合状态未解除时，其它继电器开关的操作将失效，以确保工作模式的准确可靠。监控装置实时采集BMS***输出信号、直流表计数据、交流表计数据。监控***运行数据，当电池SOC下降至某设置的阀值以下或者逆变电流小于某设置的阀值时，停止逆变模式。

紧急保护措施，即由监控装置通过信号控制器控制三个继电器开关全部断开。

Claims (9)

1.一种电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，包括BMS***、直流表计、数据转换模块、监控装置、模拟驾驶装置、信号控制器、电机控制器、直流电机、辅助能耗装置；

所述BMS***用于与所述动力电池相连，所述BMS***、直流表计、电机控制器的电源输入端、直流电机依次相连，所述监控装置通过所述数据转换模块与所述BMS***和所述直流表计相连，所述监控装置通过所述信号控制器与所述电机控制器的电源输入端相连，信号控制器接收所述监控装置的控制命令控制所述电机控制器的启动与停止，所述模拟驾驶装置通过所述信号控制器与所述电机控制器的控制端相连，信号控制器接收模拟驾驶装置发送的控制信号调整所述电机控制器的输出电压从而控制所述直流电机的输出功率，所述辅助能耗装置与所述直流电机相连，作为所述直流电机的负载。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，增设温度探头，所述温度探头设置在直流电机附近，所述温度探头通过所述信号控制器与所述监控装置相连。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括依次相连的电网连接端、交流表计、双向变流器，双向变流器与所述直流表计相连，所述交流表计、双向变流器、直流表计都通过数据转换模块与所述监控装置相连，所述信号控制器与所述双向变流器的直流端和交流端相连，控制双向变流器的直流端和交流端的接通或断开。

4.根据权利要求3所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，所述模拟驾驶装置包括油门、刹车、感应装置、服务器和显示设备，所述油门通过感应装置与服务器相连，所述刹车与所述服务器相连，所述服务器与所述信号控制器相连，所述显示设备与所述服务器相连。

5.根据权利要求4所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，所述模拟驾驶装置还包括方向盘，所述方向盘、油门、刹车根据它们在电动汽车上的位置关系布置。

6.根据权利要求5所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，所述直流电机通过所述信号控制器与所述模拟驾驶装置的服务器相连，模拟驾驶装置获取直流电机的转速信号并显示在所述显示设备上。

7.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，所述信号控制器为PLC控制器。

8.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，所述BMS***与所述数据转换模块通过CAN总线相连。

9.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池模拟运行检测装置，其特征在于，所述数据转换模块与所述监控装置通过TCP/IP网络相连。