专利名称：一种电动汽车动力系统总成测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试系统，尤其涉及一种电动汽车动力系统总成测试系统。
背景技术：
近年来，随着电动汽车发展的不断成熟，电动汽车的使用也将日益普及，由此而来的电动汽车测试问题也将越来越受人们的关注。电机测试系统一般是由操作人员设置测量参数值来实时模拟完成电机各种特性实验，如电机空载特性试验、电机负载试验、电机转矩、转速特性及效率测定、特性曲线测定、堵转扭矩测定、最高工作转速测定、超速试验等。其中电机控制系统负载为电力测功机， 电机带动发电机，发电机发出的电通过变频器回馈到电网，以实现电机的满载实验需求。在电动汽车相关技术中，国内外对动力电池测试系统的研究均取得了一定的成果，并且在电动汽车动力电池的测试方法方面也制定了相关标准，如，USABC试验手册、 FreedomCAR电池试验手册等等。另外，鉴于电池管理系统在研究开发阶段没有相应的测试设备，须安装在电动汽车中进行实测，其功能、性能等易受各种因素干扰，如电磁干扰等，同时持续运行消耗实际电池能量，使得测试成本增加，就此有关人士提出用测试平台代替实际电池组，对电池管理系统进行测试，这不仅可以实现电池特性的模拟，同时还可模拟出实际电池组可能出现的故障，从而更能全面测试电池管理系统的性能，可靠性等，同时它也将大大降低测试成本。电机控制器、整成动力系统控制器、安全监控单元、第一电池模块、第二电池模块及电池管理系统电池包管理单元、车载充电器作为未来新能源汽车动力系统的核心部件， 由于涉及整车安全，这些单元的测试验证是极其复杂、费时，且均需通过独立的测试验证， 但是由于汽车动力系统的运行工况的复杂性，许多系统安全隐患及性能残缺只有在与整车做集成后，在做整车集成测试才能进一步发现，即便如此，由于集成测试的时间限定，许多设计缺陷需要实际用户在长期而大量的驾驶中发现，这就是通常导致的汽车召回事件，召回所导致的经济损失及对品牌价值的破坏的代价经常是巨大的。由上可知，目前对于电动汽车的电机系统、电池包管理单元、整车控制系统等各部分性能的测试都有了一定进展，然而现有检测系统不能对于电池包管理单元、电机系统及整车控制系统同时模拟实际驾驶工况同时进行加载试验的实时测试。同时，电机系统的测试工作需要投入大量的人力，不仅效率低下，同时用于操作熟练程度的不同会导致测试过程和测试结果的差异。对于测试数据的处理，目前大部分为人工处理，不同实验员的处理也会导致差异。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电动汽车动力系统总成测试系统。一种电动汽车动力系统总成测试系统，包括计算机模块，用于设定驾驶工况车速及负载，并通过与CAN总线单元的通讯进行数据的采集和传输；
电源，用于供给电压为220伏特的交流电给车载充电器单元； CAN总线单元，用于动力控制单元、安全监控单元、车载充电器单元、电池包管理单元、 电机控制单元之间的通讯；
动力控制单元，是整个 动力系统的调控中心，是整个系统地能量协调控制中心，通过 CAN总线与其它电控单元交互，协调管理整个动力系统，监控电池包的充放电状态，并控制调节电池包的充放电状态，将驾驶工况需求通过CAN总线传给电机控制单元、电池包管理单元，并接收电机控制单元、电池包管理单元、车载充电器单元的控制状态信息作相应处理以调控电机控制单元、电池包管理单元及车载充电器单元的工作状态；
安全监控单元、监控动力控制单元的运行状况，在遇到紧急故障情况下，将电动汽车动力系统总成测试系统引入到安全控制模式；
车载充电器通过CAN总线接收信息，并按照系统指令将电源的220V交流电转化为直流电来为电池充电；
电池包管理单元，通过与CAN总线通讯，与动力总成控制单元及车载充电器协调决定是否对电池包管理单元进行充电，电池包管理单元与动力控制单元进行信息交互，决定电池包系统的通电状态，电池包管理单元通过CAN总线单元接收动力控制单元及安全监控单元的指令，并将第一电池模块、第二电池模块的运行状态及故障信息发给动力控制单元做相应处理；
电机控制单元，用于接收动力控制单元的控制模式及力矩请求，控制电机单元输出所需的电机转矩；
第一电池模块、第二电池模块，第一电池模块通过电机控制单元连接于第一电机，为第一电机提供电能或接收第一电机反馈的电能，第二电池模块通过另一个电机控制单元连接于第二电机为第二电机提供电能或接收第二电机能量反馈；
电机单元，包括第一电机及第二电机，第一电机及第二电机的转子相连，所述第一电机及第二电机中一台工作在转速模式，另一台相对应的工作在转矩模式，转速模式下电机单元跟随驾驶工况设定转速，转矩模式下的电机接受动力控制单元的力矩控制指令，提供所需要的输出机械转矩，力矩指令为正，该电机处于电动模式，与其相连的第一电池模块或第二电池模块提供电能给该电机，电机将电能转化为机械能，同时相对应的转速模式下的电机单元保持闭环恒速控制，自动调节工作在负力矩模式，其力矩幅值与力矩模式电机的正力矩相抵消，从而该电机单元将机械能转化为电能给与其相连的第一电池模块或第二电池模块充电；
所述电动汽车动力系统总成测试系统设置有两个CAN总线单元、两个动力控制单元、 两个安全监控单元、两个车载充电器单元、两个电池包管理单元及两个电机控制单元，分别对应连接于第一电机、第一电池模块及第二电机、第二电池模块。本发明的进一步改进为，第一电池模块及第二电池模块通过所述电机单元实现动态加载。本发明的进一步改进为，所述计算机模块通过CAN总线单元与动力控制单元交互通讯，CAN总线单元监控集成测试系统的运行状态，并将系统运行状态于计算机模块显示。
本发明的进一步改进为，所述动力控制单元和安全监控单元模块用于确定车载充电器的运行状态，车载充电器的运行状态确定满足安全要求后开启车载充电器的充电功能。 本发明的进一步改进为，所述电机控制单元用于自检监控，对系统的误操作及系统故障做相应的保护。本发明的进一步改进为，所述动力控制单元、电池包管理单元、电机控制单元支持在线诊断协议，所述动力控制单元、电池包管理单元、电机控制单元将系统的故障信息用标准格式存储在外配的存储器中，在接受到CAN总线单元的在线诊断请求时，所述电动汽车动力系统总成测试系统将记录的历史故障信息发送到CAN总线单元上，计算机模块将接收的数据作处理。本发明的进一步改进为，所述动力控制单元、安全监控单元、电池包管理单元及电机控制单元支持CAN总线单元标定协议CCP/XCP，用户可通过CAN分析仪对系统进行在线标定、系统状态数据读取。本发明的进一步改进为，所述动力控制单元、安全监控单元、电池包管理单元、电机控制单元配有满足标准化基于CAN总线单元的程序刷新工具，用户可通过CAN分析仪对动力控制单元、电池包管理单元、电机控制单元进行程序升级处理。本发明的进一步改进为，所述车载充电单元对第一电池模块、第二电池模块进行充电监控，所述第一电池模块、第二电池模块在动力控制单元、安全监控单元的协调管理下在其充电状态达到临界低点时进行充电，使第一电池模块、第二电池模块达到设定的充电状态。本发明的进一步改进为，所述电动汽车动力系统总成测试系统还设有冷却系统， 所述冷却系统连接于电机单元及电机控制单元。相比于现有技术，本发明的电动汽车动力系统总成测试系统，将两套同样的电机单元、电机控制单元、电池包控制单元、车载充电器单元结合在一起。通过将两电机串联在一起，从而实现能量在电机单元交互。除了系统间固有的运行损耗外，能量在第一电池模块、第二电池模块、电机单元间进行相互转换及交换，最大限度地节省能量，又同时对两套新能源汽车的核心动力关键系统进行有计划的加载测试、寿命加载试验、功能验证等等。任何驾驶工况试验可以很方便的实现。无需任何附加的昂贵加载卸载设备，可同时对新能源汽车动力核心关键件进行装车前模拟实际驾驶工况的任何加载测试验证，大大减少了装车集成后的风险和隐患。新能源汽车动力核心系统的安全性、可靠性、性能等都可以得到早期验证。
图1是本发明电动汽车动力系统总成测试系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合
及具体实施方式
对本发明进一步说明。请参阅图1，本发明提供了一种电动汽车动力系统总成测试系统10，包括一个计算机模块11、两个CAN总线单元13、两个动力控制单元15和两个安全监控单元17、两个车载充电器单元19、两个电池包管理单元21、两个电机控制单元23、一个电机单元25、一个冷却系统27、一个电源29、第一电池模块31、第二电池模块32。电机单元25包括第一电机251 及第二电机252。第一电池模块31通过一个电机控制单元23连接于第一电机251，第二电池模块32通过另一个电机控制单元23连接于第二电机252。本发明的第一电机251与第一电池模块31可视为一个子系统，第二电机252与第二电池模块32也可视为一个子系统， 两个子系统相互独立，通过转子进行能量传递，各自有独立的CAN总线单元13、动力控制单元15、安全监控单元17、车载充电器单元19、电池包管理单元21及电机控制单元23。两个子系统共用计算机模块11、电源29和冷却系统27。其中，计算机模块11用于设定驾驶工况车速及负载，并通过与CAN总线单元13的通讯实行数据的采集和传输。计算机模块11通过CAN总线单元13与动力控制单元15交互，监控集成测试系统的运行状态，并将系统显示在计算机模块11的操作界面。冷却系统27主要用于电机单元25及电机控制单元23的冷却。车载充电器通过CAN总线单元13接收信息，并按照系统指令将电源29的220V交流电转化为直流电来为电池充电。基于安全考虑，由动力控制单元15和安全监控单元17 模块来确定车载充电器的运行状态，在总成系统状态满足确定的安全要求后，充电系统的功能才被允许。电池包管理单元21用于实现数据采集、数据显示、状态估计、热管理、数据通信、 安全管理、能量管理和故障诊断等功能。通过CAN总线与动力控制单元15和车载充电器单元通讯，来控制车载充电器是否对其充电，并与电机控制单元23模块交互信息来控制电池模块为电机供电。电机控制单元23接收动力控制单元15的控制模式及力矩请求，控制电机的工作状态并输出所需要的驾驶力矩。电机控制单元23同时做自检监控，对系统的误操作及系统故障做相应的保护。动力控制单元15是电动汽车动力系统总成测试系统10的主控单元，动力控制单元15将驾驶工况需求通过CAN总线单元13传给电机控制单元23、电池包管理单元21，接收来自电机控制单元23、电池包管理单元21、车载充电器单元19的状态反馈信息并作相应处理，以监控电机控制单元23、电池包管理单元21及车载充电器单元19的工作状态。动力控制单元15，是整个动力系统的调控中心，是整个系统地能量协调控制中心，通过CAN总线单元13与其它电控单元交互，协调管理整个动力系统，监控第一电池模块31、第二电池模块32的充放电状态，并控制调节第一电池模块31、第二电池模块32的充放电状态，将驾驶工况需求通过CAN总线单元13传给电机控制单元23、电池包管理单元21，并接收电机控制单元23、电池包管理单元21、车载充电器单元19的控制状态信息作相应处理以调控电机控制单元23、电池包管理单元21及车载充电器单元19的工作状态；
动力控制单元15、电池包管理单元21、电机控制单元23配有满足国际标准化的在线诊断OBD (On-Board Diagnosis)协议，并将系统的故障信息用标准格式存储在外配的存储器中，在接收到外设CAN总线单元13的OBD请求后，系统会将记录的故障信息通过CAN总线单元13发送到外设计算机，外设计算机可将接收的数据进行处理。动力控制单元15、安全监控单元17、电池包管理单元21、电机控制单元23都配有满足国际标准的CAN总线标定协议 CCP/XCP，用户可通过CAN分析仪对系统进行在线标定、系统状态数据读取等。动力控制单元15、安全监控单元17、电池包管理单元21、电机控制单元23都配有满足标准化基于CAN 总线单元13的程序刷新工具，用户可通过CAN分析仪对动力控制单元15、电池包管理单元 21、电机控制单元23进行程序升级处理。安全监控单元17模块是安全系统的主控单元。安全监控单元17完成动力总成系统的安全监控工作，监控动力控制单元15的运行状况，在遇到紧急故障情况下，将电动汽车集成检测系统弓I入到安全控制模式。电机单元25的第一电机251及第二电机252的转子相连，一个工作在转速模式， 另一个工作在转矩模式，工作在转速模式的电机跟随驾驶工况设定转速，力矩模式电机实现驾驶工况力矩加载，转速模式电机单元25利用其闭环效应自动调节力矩输出，从而平衡总的转轴力矩。电机单元25通过CAN总线单元13接收动力控制单元15、安全监控单元17 的指令，并将其控制状态及故障信息发给动力控制单元15做相应处理。双电机单元25总是一个工作于电动模式，另一工作在发电模式，两电机通过转子串联保持同步，电动模式下的电机将机械能通过转子传递给发电模式下的电机。电池包管理单元21控制连接于第一电机251的第一电池模块31及连接于第二电机252的第二电池模块32。两个电池模块各自通过两个电机控制器分别连接到电机单元中不同的两台电机。 电池模块的高压输出端直接与电机控制单元的直流母线相接。电机单元25中的电机工作时，与电动模式下的电机相连的电池模块处于放电状态，为电机单元25提供电能，与发电模式下的电机相连的电池模块相对应处于充电状态，电机单元25中发电模式下的电机将电动模式下的电机传过来的机械能转换成电能并对与其相连电池模块充电。电机单元25 中的力矩模式下的电机接受动力控制单元15的力矩控制指令，提供所需要的输出机械转矩。力矩指令为正，该电机处于电动模式，与其相连的第一电池模块31或第二电池模块32 提供电能给该力矩电机，该电机将电能转化为机械能。同时转速模式下的电机为保持闭环恒速控制，自动调节工作在负力矩模式，其力矩幅值与力矩模式下的电机的正力矩相抵消， 该转速模式下的电机处于发电状态，将机械能转化为电能给与其相连的电池模块。当与工作于发电状态的电机相连的电池模块充电达到饱和时，可以调换两台电机的工作模式，使原本处于转速模式的电机工作于转矩模式，该电机从发电状态进入电动状态。同时，使原本处于转矩模式的电机的工作于转速模式，该电机从电动状态进入发电状态，电能从饱和的电池模块通过两个电机传送到另一个电池模块。该过程实现了能量与第一电池模块31、第二电池模块32之间的能量互换。该过程除了由于电机单元25内部损耗、电池充放电电化学能量损耗外，其余能量都完好无损地在电池内保存下来，从而实现了能量的最佳利用。同时第一电机251、第二电机252、第一电池模块31、第二电池模块32根据动力控制单元15的指令，都处于加载状态，其工作性能可以在测试过程中得到充分验证。尤其是可以在第一电池模块31、第二电池模块32没有装车的条件下，通过仿真各种驾驶工况下的动态可变负载， 对电池的性能及可靠性进行充分论证，极大地减少了电池模块只有在装车环境下才能得到验证的局限。由于能量损耗导致第一电池模块31、第二电池模块32的充电状态最终达到临界低点时，在动力控制单元15、安全监控单元17的协调管理下，通过车载充电单元对第一电池模块31、第二电池模块32进行充电管理，使第一电池模块31、第二电池模块32达到设定的充电状态。
电池包管理单元21通过CAN总线单元13接收动力控制单元15及安全监控单元 17的指令，并将第一电池模块31、第二电池模块32的运行状态及故障信息发给动力控制单元15做相应处理。第一电池模块31及第二电池模块32的动态加载通过电机单元25来实现。本发明的电动汽车动力系统总成测试系统10，其第一电池模块31及第二电池模块32的充放电加载通过电机单元25来实现，能量得到最大利用，并且无需外加任何大功率载荷设备。由于第一电池模块31及第二电池模块32的电压随其充电状态及负载的变化而变化，电机控制单元23自动地根据电电机单元25的性能特征调节电机功率及力矩输出，并且保障在电压变化情况下正常工作。在电机单元25实际的运行条件下，其性能能够真实地全面得到验证。避免供电电源29采用的常用的恒压电源29而导致的电机控制系统的测试验证不全面，防止风险及隐患不能于测试过程得到检验。该电动汽车动力系统总成测试系统10，将两套同样的电机单元25、电池包管理单元21、安全监控单元17、分别与第一电机251及第二电机252结合在一起，通过将第一电机 251及第二电机252串联在一起，从而实现能量在两套电池包管理单元21间的交互，除了系统间固有的运行损耗外，能量在第一电池模块31、第二电池模块32、电机单元25间进行相互转换及交换，无需任何被动卸载能耗设备，最大限度地节省能量，又同时对两套新能源汽车的核心动力关键系统进行有计划的加载测试、寿命加载试验、功能验证等等。任何驾驶工况试验可以很方便的实现。大大减少了装车集成后的风险和隐患。新能源汽车动力核心系统的安全性、可靠性、性能等都可以得到早期验证。实现了最经济、有效的对电机控制单元 23、电池包管理单元21、动力控制单元15、安全监控单元17进行测试验证及长寿命试验。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于包括计算机模块，用于设定驾驶工况车速及负载，并通过与CAN总线单元的通讯进行数据的采集和传输；电源，用于供给电压为220伏特的交流电给车载充电器单元；CAN总线单元，用于动力控制单元、安全监控单元、车载充电器单元、电池包管理单元、 电机控制单元之间的通讯；动力控制单元，是整个动力系统的调控中心，是整个系统地能量协调控制中心，通过 CAN总线与其它电控单元交互，协调管理整个动力系统，监控电池包的充放电状态，并控制调节电池包的充放电状态，将驾驶工况需求通过CAN总线传给电机控制单元、电池包管理单元，并接收电机控制单元、电池包管理单元、车载充电器单元的控制状态信息作相应处理以调控电机控制单元、电池包管理单元及车载充电器单元的工作状态；安全监控单元、监控动力控制单元的运行状况，在遇到紧急故障情况下，将电动汽车动力系统总成测试系统引入到安全控制模式；车载充电器通过CAN总线接收信息，并按照系统指令将电源的220V交流电转化为直流电来为电池充电；电池包管理单元，通过与CAN总线通讯，与动力总成控制单元及车载充电器协调决定是否对电池包管理单元进行充电，电池包管理单元与动力控制单元进行信息交互，决定电池包系统的通电状态，电池包管理单元通过CAN总线单元接收动力控制单元及安全监控单元的指令，并将第一电池模块、第二电池模块的运行状态及故障信息发给动力控制单元做相应处理；电机控制单元，用于接收动力控制单元的控制模式及力矩请求，控制电机单元输出所需的电机转矩；第一电池模块、第二电池模块，第一电池模块通过电机控制单元连接于第一电机，为第一电机提供电能或接收第一电机反馈的电能，第二电池模块通过另一个电机控制单元连接于第二电机为第二电机提供电能或接收第二电机能量反馈；电机单元，包括第一电机及第二电机，第一电机及第二电机的转子相连，所述第一电机及第二电机中一台工作在转速模式，另一台相对应的工作在转矩模式，转速模式下电机单元跟随驾驶工况设定转速，转矩模式下的电机接受动力控制单元的力矩控制指令，提供所需要的输出机械转矩，力矩指令为正，该电机处于电动模式，与其相连的第一电池模块或第二电池模块提供电能给该电机，电机将电能转化为机械能，同时相对应的转速模式下的电机单元保持闭环恒速控制，自动调节工作在负力矩模式，其力矩幅值与力矩模式电机的正力矩相抵消，从而该电机单元将机械能转化为电能给与其相连的第一电池模块或第二电池模块充电；所述电动汽车动力系统总成测试系统设置有两个CAN总线单元、两个动力控制单元、 两个安全监控单元、两个车载充电器单元、两个电池包管理单元及两个电机控制单元，分别对应连接于第一电机、第一电池模块及第二电机、第二电池模块。
2.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于第一电池模块及第二电池模块通过所述电机单元实现动态加载。
3.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述计算机模块通过CAN总线单元与动力控制单元交互通讯，CAN总线单元监控集成测试系统的运行状态，并将系统运行状态于计算机模块显示。
4.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述动力控制单元和安全监控单元模块用于确定车载充电器的运行状态，车载充电器的运行状态确定满足安全要求后开启车载充电器的充电功能。
5.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述电机控制单元用于自检监控，对系统的误操作及系统故障做相应的保护。
6.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述动力控制单元、电池包管理单元、电机控制单元支持在线诊断协议，所述动力控制单元、电池包管理单元、电机控制单元将系统的故障信息用标准格式存储在外配的存储器中，在接受到CAN 总线单元的在线诊断请求时，所述电动汽车动力系统总成测试系统将记录的历史故障信息发送到CAN总线单元上，计算机模块将接收的数据作处理。
7.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述动力控制单元、安全监控单元、电池包管理单元及电机控制单元支持CAN总线单元标定协议CCP/ XCP，用户可通过CAN分析仪对系统进行在线标定、系统状态数据读取。
8.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述动力控制单元、安全监控单元、电池包管理单元、电机控制单元配有满足标准化基于CAN总线单元的程序刷新工具，用户可通过CAN分析仪对动力控制单元、电池包管理单元、电机控制单元进行程序升级处理。
9.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述车载充电单元对第一电池模块、第二电池模块进行充电监控，所述第一电池模块、第二电池模块在动力控制单元、安全监控单元的协调管理下在其充电状态达到临界低点时进行充电，使第一电池模块、第二电池模块达到设定的充电状态。
10.根据权利要求1所述电动汽车动力系统总成测试系统，其特征在于所述电动汽车动力系统总成测试系统还设有冷却系统，所述冷却系统连接于电机单元及电机控制单元。
全文摘要
本发明提供一种电动汽车动力系统总成测试系统，包括计算机模块、电源、CAN总线单元、动力控制单元、安全监控单元、车载充电器单元、电池包管理单元、电机控制单元、电机单元，第一电池模块、第二电池模块，电机单元包括第一电机及第二电机，第一电机及第二单元的转子相连。本发明将两套同样的电机单元、电机控制单元、电池包控制单元、车载充电器单元结合在一起。通过将两电机串联在一起，从而实现能量在电机单元交互。除了系统间固有运行损耗外，能量在第一电池模块、第二电池模块、电机单元间进行相互转换及交换，最大限度地节省能量，又同时对两套新能源汽车的核心动力关键系统进行加载测试、寿命加载试验、功能验证。
文档编号G01M15/00GK102252856SQ20111018376
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者彭子荣, 徐荣, 李荣军, 杨洪, 陈小江 申请人:深圳市航盛电子股份有限公司