一种电池动态特性测试方法及装置与流程

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池动态特性测试方法及装置。

背景技术：

随着化石能源的日益枯竭，以及环境污染问题的日益加剧，清洁环保的全电驱动电动汽车得到了越来越多的应用。车载动力电池系统作为电动汽车的最主要能量来源，其运行状态直接影响到电动汽车的性能，是电动汽车的核心部件。电池系统是一个非常复杂的系统，其电化学反应过程呈现出高度的非线性特性，并且电池内部某些反应机理尚未完全探明。在这种情况下，仅仅依靠电池反应机理来研究该领域的相关问题就显得十分困难，比如电池建模、电池动态特性分析、电池老化特性分析等等。

现有测试方法通常采用恒定电流充电、恒定电流放电、恒定环境温度或符合一定规律的矩形充放电脉冲组合来对电池的进行测试。主要作用在于区分电池的稳态和瞬态充放电工作过程。然而，在实际的行驶工况中，动力电池并非单一地工作在稳态或瞬态充放电过程，实际的工作状态更多的是稳态和瞬态充放电的组合，因此上述测试方法并不能反应电池在动态工况下的实际使用规律。并且在实际工作工况下，电池的实际运行数据通常并不完全包含电池的本质特征，因此将电池的实际运行数据直接用于测试往往达不到预期效果。

因此，为了快速、系统、全面地获得电池的动态特性，迫切需要提出一种能够激励出电池大部分动态特性的电池测试方法及装置。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电池动态特性测试方法及装置，用以解决现有测试方法不能反应电池在动态工况下的实际使用规律的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种电池动态特性测试装置，其特征在于，所述电池动态特性测试装置包括：

电池组、电池管理系统、上位机、可控电子负载、可控大功率直流电源、高低温实验箱；电池管理系统、高低温实验箱、可控电子负载、可控大功率直流电源的控制信号端通过CAN总线与上位机相连；

电池组与电池管理系统、可控电子负载及可控大功率直流电源电连接；

电池组和电池管理系统的电压、温度传感器放置于高低温实验箱中。

所述上位机通过CAN总线对高低温试验箱进行参数设置，通过设定的温度曲线控制高低温试验箱的温度，以模拟电池组使用的工况环境。

所述上位机通过CAN总线与可控电子负载和可控大功率直流电源通讯，通过正态分布白噪声性质的脉冲测试方法控制可控电子负载的放电电流、电压和可控大功率直流电源的充电电流、电压；可控电子负载作为电池的放电负载；可控大功率直流电源作为电池的充电电源。

所述上位机通过CAN总线从电池管理系统获取测试数据，包括单体电池电压、总电压、总电流、温度数据。

一种电池动态特性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、在上位机上配置测试管理软件，编辑测试流程，生成测试流程文件；

步骤S2、将电池组和电池管理系统的电压、温度传感器放置于高低温实验箱中，通过上位机将温度设定为所需的实验温度；

步骤S3、上位机根据流程文件中的参数，控制高精度充电机和高精度负载以设定的充放电倍率，依次交替进行充放电；

步骤S4、上位机通过电池管理系统实时采集并存储电池组的单体电池电压、总电压、总电流、温度数据，进行曲线、数据表格显示；

步骤S5、上位机完成对测量数据的分析，生成测试报告。

所述步骤S1进一步包括：

所述流程文件中，充放电脉冲为正态分布白噪声性质的脉冲，脉冲宽度符合正态分布。

所述步骤S3进一步包括：

在测试过程中，如果电池组出现运行故障，上位机给出报警提示，并暂停测试。

本发明有益效果如下：

(1)操作简便、通用性强，可以在短时间内快速、系统、全面地激励出电池的大部分动态特性，并且大大节省了实验时间。

(2)采用不同持续时间的充电和放电脉冲，且脉冲宽度服从正态分布规律，符合电池的实际使用规律，在实验室环境下便可得到电池在实际工况下的动态特性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明具体实施例中所述电池动态特性测试装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中所述电池动态特性测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

根据本发明的一个具体实施例，公开了一种电池动态特性测试装置，如图1所示，所述电池动态特性测试装置包括：电池组、电池管理系统、上位机、可控电子负载、可控大功率直流电源、高低温实验箱；具体地，

电池管理系统、高低温实验箱、可控电子负载、可控大功率直流电源的控制信号端通过CAN总线与上位机相连；

电池组与电池管理系统、可控电子负载及可控大功率直流电源电连接。电池组中包含若干只单体电池，电池组的类型可以是锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、镍铬电池等各类电化学电池。电动车电池组一般由多支单体电池构成。

电池管理系统实时检测电池组中每一只单体电池的工作电压和温度向上位机实时发送单体电池电压、总电压、总电流、温度数据。电压传感器安装在电池组的输入与输出回路中，用于监测单体电池电压与总电压。电流传感器安装在电池组的输入与输出回路中，用于监测充电电流及放电电流。温度传感器为一个或多个温度传感器，用于监测单体电池或电池组的温度。

上位机通过CAN总线对高低温试验箱进行参数设置，通过设定的温度曲线控制高低温试验箱的温度，以模拟电池组使用的工况环境。

上位机通过CAN总线与可控电子负载和可控大功率直流电源通讯，通过正态分布白噪声性质的脉冲测试方法控制可控电子负载的放电电流、电压和可控大功率直流电源的充电电流、电压。所述脉冲测试方法可以模拟电池组在电动车辆运行时的工作状态。如当电动车辆急加速时，电池电流增大，电池电压减小。这种工作状态的模拟都可以通过上位机模拟并写入测试流程文件。

上位机通过CAN总线从电池管理系统获取测试数据，包括单体电池电压、总电压、总电流、温度数据。

可控电子负载作为电池的放电负载。

可控大功率直流电源作为电池的充电电源。

高低温实验箱的型号为哈丁HLT2005P，实验过程中温度控制范围为-40℃至75℃，温度波动为±0.3℃，能够满足温度模拟的需要。高低温试验箱通过CAN总线接收上位机发出的温度调节命令，并根据该温度命令自动调节箱体的温度至设定值。

本实施例中，电池组和电池管理系统的电压、温度传感器放置于高低温实验箱中，从而可以很好地完成电池组工况环境的模拟。

根据本发明的一个具体实施例，公开了一种电池动态特性测试方法，如图所示，包括以下步骤：

步骤S1、在上位机上配置测试管理软件，编辑测试流程，生成测试流程文件。

为了保证对电池动态特性分析的准确性和通用性，最理想的测试方案是期望输入信号能够覆盖电池组的所有充放电工作工况，并激励出电池在主要充放电工况下的电压、电流、温度动态变化规律。本实施例提出了具有近似正态分布白噪声性质的电池测试方法，该测试方法能够在较短的时间内激励出电池在主要充放电工况下的电压、电流、温度动态变化规律，可以保证良好的测试效果。

在本实施例中，充放电流程如下：

150s充电、75s放电、75s充电、150s放电、75s充电、225s放电、150s充电、375s放电、75s充电、75s放电、150s充电、75s放电、225s充电、150s放电、375s充电、75s放电、75s充电、150s放电、75s充电、225s放电、150s充电、375s放电、75s充电、75s放电、150s充电、75s放电、225s充电、150s放电、225s充电。

上述测试方法中充放电时间可以根据实际需求灵活改变，只要充放电脉冲宽度符合正态分布即可。

上述测试方法中环境温度和充放电倍率可根据实际需求灵活改变。

步骤S2、将电池组和电池管理系统的电压、温度传感器放置于高低温实验箱中，通过上位机将温度设定为所需的实验温度，并静置2小时以上。

步骤S3、上位机根据流程文件中的参数，控制高精度充电机和高精度负载以设定的充放电倍率，通过正态分布白噪声性质的脉冲测试方法，依次交替进行充放电。

在测试过程中，如果电池组出现运行故障，上位机给出报警提示，并暂停测试。

步骤S4、上位机通过电池管理系统实时采集并存储电池组的单体电池电压、总电压、总电流、温度数据，进行曲线、数据表格显示。

由于每一测试阶段包括输入电压、电流、输出电压、电流、温度等多种工况参数，上位机可得出各工况参数的曲线图，并在测试管理软件界面和报告中进行显示。

步骤S5、上位机完成对测量数据的分析，生成测试报告。

上位机具有数据分析处理的功能，根据要分析的指标，自动过滤出有效数据，计算该指标的最终值，根据测试指标结果和各指标的权重，得出对电池动态特性的综合分析评价结果。

综上所述，本发明实施例提供了一种电池动态特性测试方法及装置，与现有电动汽车低压电气系统方案相比，所述电池动态特性测试方法及装置的优点在于：

(1)本发明提出的电池动态特性测试方法操作简便、通用性强，相比已有的电池测试方法，可以在短时间内快速、系统、全面地激励出电池的大部分动态特性，并且大大节省了实验时间。

(2)本发明提出的电池动态特性测试方法同时包含不同持续时间的充电和放电脉冲，且脉冲宽度服从正态分布规律，这符合电池的实际使用规律，在实验室环境下便可得到电池在实际工况下的动态特性。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。