動(dòng)力電池綜合性能測試系統(tǒng)的開發(fā)研制
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近年來，由于環(huán)境污染和石油資源日益枯竭，電動(dòng)汽車（包括純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車）已成為世界汽車領(lǐng)域研究和發(fā)展的熱點(diǎn)，電動(dòng)汽車的一些關(guān)鍵技術(shù)也相繼取得突破，蓄電池技術(shù)、能源管理系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)和車體技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)開始進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。相對其它關(guān)鍵技術(shù)，蓄電池技術(shù)仍不是十分成熟且成本較高，是當(dāng)前制約電動(dòng)汽車應(yīng)用的主要瓶頸技術(shù)。因此，選擇合適的蓄電池并加以合理的使用對電動(dòng)汽車來說是十分重要的。
為了正確地評價(jià)、選擇和合理地使用蓄電池，在電動(dòng)汽車的實(shí)際應(yīng)用條件下對蓄電池進(jìn)行試驗(yàn)和研究。由于蓄電池車載試驗(yàn)成本高、測試手段受限，針對電動(dòng)汽車的實(shí)際使用條件，自主開發(fā)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(dòng)蓄電池測試評價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用模擬仿真技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室模擬蓄電池車載使用的狀況，進(jìn)行測試評價(jià)與試驗(yàn)研究，從而以較低的成本獲得蓄電池性能評價(jià)。同時(shí)，該系統(tǒng)提供可為電池能量管理研究提供試驗(yàn)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)合理地使用蓄電池，及時(shí)顯示蓄電池狀態(tài)并處理故障。經(jīng)過實(shí)際使用，該系統(tǒng)精度高、性能穩(wěn)定、可靠，完全滿足電池性能檢測要求。本文就系統(tǒng)的檢測原理、技術(shù)路線和測量結(jié)果等方面進(jìn)行介紹。
2 動(dòng)力電池檢測要求
動(dòng)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(nèi)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(biāo)。
動(dòng)力電池的性能檢測一般可分為幾個(gè)階段：①充電階段。有峰值電壓、充電電流、充電模式、充電時(shí)間、充電安時(shí)數(shù)、記錄時(shí)間間隔、電壓差等設(shè)定。充電終止以先滿足的條件為依據(jù)。當(dāng)充電時(shí)間、充電安時(shí)數(shù)、峰值電壓、電壓差等其中任一條件滿足時(shí)，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(tài)。③放電階段。該階段有放電模式、放電時(shí)間、電壓截止、記錄時(shí)間間隔、電壓差、等設(shè)定。電池的充放電容量、內(nèi)阻等在充放電過程得到，剩余電量相應(yīng)得到。④周期間隔。多周期工作時(shí)兩周期之間的時(shí)間間隔，此階段電池處于自放電狀態(tài)。
下圖是動(dòng)力電池組綜合測試系統(tǒng)框圖。
3.1 充電工作原理
充電部分對購置的充電機(jī)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，利用原充電機(jī)硬件，改造相關(guān)部分軟件，加裝放電電阻箱，以消耗動(dòng)力電池放電過程中放出的能量，并對原設(shè)備的電流和電壓信號進(jìn)行采樣，采樣信號輸入新設(shè)計(jì)的單片機(jī)，從而對輸出的充電電壓和充電電流進(jìn)行控制。使上位計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）和新設(shè)計(jì)的單片機(jī)通過串行接口進(jìn)行通訊，從而能夠控制充電系統(tǒng)，使充電機(jī)能夠完成可編程充電，能夠進(jìn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變電流充電，既可按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充電，又可模擬電動(dòng)車制動(dòng)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(dú)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(gè)回路都采用隔離電源單獨(dú)供電。
3.2.2 驅(qū)動(dòng)信號的處理
蓄電池放電部分是通過上位工控機(jī)或面板的操作鍵設(shè)定放電電流的大小或放電模式，它將信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)將輸出脈寬調(diào)制信號送給驅(qū)動(dòng)電路。在驅(qū)動(dòng)電路中采用了高速光耦進(jìn)行信號隔離，防止功率MOSFET 的干擾信號進(jìn)入單片機(jī)引起單片機(jī)死機(jī)或跑飛。
購置的放電負(fù)載電阻箱可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)回路手動(dòng)控制放電。為了實(shí)現(xiàn)放電的電子控制，放電部分選用了多只大功率場效應(yīng)管來控制放電的多個(gè)回路，使之與手動(dòng)控制的多個(gè)回路并聯(lián)，即可以實(shí)現(xiàn)放電的手動(dòng)和自動(dòng)的切換。并在放電主回路上加裝了電流傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對放電電流的采樣。采樣信號送給放電部分的單片機(jī)，經(jīng)過處理后，實(shí)現(xiàn)多個(gè)放電回路的自動(dòng)控制。
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