动力电池组及管理系统试验方案

动力电池组及管理系统试验方案
型号规格：非标
用途：用于电动汽车用氢镍电池的综合性能测试，在功率允许范围内，可以完成所有充放电项目的性能测试。

一、购置理由：
动力电池及管理技术已经成为制约电动汽车及混合动力汽车发展的瓶颈之一，动力电池台架通过容量测试试验、效率试验、循环工况试验、电池模型参数识别试验以及电池检测精度和荷电状态估计试验等，能够得到动力电池组的工作特性，确定其合理的工作范围，验证电池管理系统的电池检测精度和能量状态估计的准确性，为电池组装车后有效管理提供试验依据。

本着提高效率，减轻工作强度，降低企业成本，便于对动力车辆电池动态应力循环工况测试的角度考虑，该方案拟运用迪卡龙电动车辆测试系统硬件设备EVT-500-500，BTS-600电池测试软件对电动汽车用氢镍电池的综合性能进行测试。

二、技术要求及设备选型情况
1．技术要求
1.1 主要技术指标
1.1.1 充电电流：
充电电流范围： 1.0～100A（尽可能靠上限）；
电流分辨率：0.1A,
电流控制与测量精度：0.1A
1.1.2充电电压范围：0～500V(电位器调节,最大调节电压500V)
显示电压分辨率： 0.1V
电压控制测量精度：0.1V（硬件控制0.01V）
1.1.3充电容量：系统在充电过程中对电池的充电容量计算,误差≤±1.5％，测试电池组在不同温度、不同放电率下所能放出的能量。

放电倍率一般为C/3、C/2、1C、2C、3C、4C等，其中C为电池组容量，温度根据电池使用环境要求，一般为-25°C、-10°C、0°C、25°C、50°C等。

1.1.4 充电通道及方式：160CH电池组充电通道，每个电池组充电通道，通过提供的专用插头，与电池组连接，独立地对电池组中的最多4枚12V单体电池进行充电。

1.1.5 提供的专用插头,在与电池组连接充电时，需确保电池组中的单体电池，处于独立的非串联方式。

1.1.6充电方式：电池组通过充电机进行充电，充电时电池需求的电能来自电网，放电时电池放出的电能反馈回电网，最快的转换时间从充电到放电是0.5秒，反之也可达0.5秒。

上位机通过编写充放电程序，可对充电机进行程序控制，实现多种充电模式。

采用恒流限压充电模式，每个单体电池恒流充电到限制电压后,转恒压充电（初始电流
2.5A左右），恒压值可电位器调节，电流下降至500mA ±50mA时，可表示为电池充满状态，继续充电直到充电结束。

1.1.7通讯方式：RS-485通讯接口
1.1.8工作环境温度：-25～50°C。

1.1.9工作环境湿度：20％～80％RH。

1.1.10系统工作电压:交流220V±10%，50Hz。

1.1.11 功率：6000V A
1.2电池组的效率：
在进行电池充放电效率测试时，对电池在不同放电程度下进行不同放电率的脉冲激励，脉冲时间一般为10s~18s，记录电池对脉冲激励产生的响应，一般为电池端电压，放电效率为响应的平均电压与该放电深度下的开路电压比。

1.3测试电池组的循环工况：
循环工况是指按照一定工况，从充满电后放电到规定的截止电压时所能放出电量或能量，试验过程包括充电和放电两部分，并且放电和充电的电流也各不相同。

1.4 测试电池组模型参数：
模型性能参数辨识实验用于获取电池性能模型参数，由于各类电池性能模型原理上存在差异，其辨识方法也步进相同。

模型性能评价实验用于评价模型仿真结果的准确性。

电动车辆整车仿真输入的工况都是汽车行驶典型工况，工况实验既是变电流实验，也是变功率实验。

2.设备选型
2.1电动车辆电池测试系统硬件设备EVT500-500
EVT500-500的电源装置是由一个电力变换器构成，其中用于充电的整流器和放电的转换器的功能由分开的可控硅组所控制。

这种设计考虑到交流电的低频谐波和直流电的脉动情况，再结合快速开关的性能使得整个控制系统的性能和精度更高，最快充、放电转化时间是0.5秒。

2.2BTS电池测试软件
BTS电池测试软件它继承了丰富的测试算子，通过对算子的灵活使用，测试者可以获得电池的各种测试性能；并可以根据采集系统传输的数据进行实时控制过程；同时软件具有图像处理和打印功能，便于对测试数据进行处理。

二、设备描述
1、设备组成及选型
动力电池台架试验方案如图1所示。

图1 动力电池台架试验方案
该试验方案由充电机、电压传感器、电流传感器、温度传感器、数据采集卡、RS-485通讯接口等设备组成。

1.1充电机：
智能充电机采用高频开关电源式制做,选用西门子IGBT为主功率器件,用国际先进的六阶段充电模式,使得充电机整机工作稳定，体积小，重量轻，电磁辐射小，工作效率＞90％；此类充电机可预置充电电压和充电电流，有异常过流、过压、过热保护报警功能；根据客户需要可以手动控制，也可以微机控制，根据客户需要可以设计实现针对不同电池的充电模式，还可以固定电压、电流，宽范围可调。

根据电动车采用不同的电池，适合铅酸电池充电机，锂电池充电机，充电模式和充电曲线都国内先进，保证了电动车的行驶安全，可适用于镍铬/镍氢/铅酸/锂离子电池，具有极性反转保护和短路保护，过载保护可自恢复。

充电机充电方式为预充/大电流/恒压/小电流/脉冲/浮充六个阶段。

表1 六阶段新充电模式
1.2电压传感器
本系统中，对电池组的总电压和单节电压进行检测。

对于电池组整体电压的检测有2种方法：
(1)采用精密电阻，构建电阻分压电路。

(2)采用专用的电压检测模块，如霍尔电压传感器；
产品名称：霍尔电压传感器，VSM750DT系列
VSM750DT型电压传感器是应用霍尔效应和磁平衡原理研制成的新一代电压传感器，能在电隔离条件下测量交流、脉冲以及各种不规则波形的电压，原边与副边之间高度绝缘。

电参数：
型号：VSM 050DT ；VSM 100DT ；VSM 200DT ；VSM 300DT ；VSM 400DT；VSM 500DT ；VSM 750DT 。

V PN原边额定输入电压：±50; ±100; ±200; ±300; ±400; ±500; ±750 V。

V P原边电压测量范围：0～±100；0～±200 ；0～±400 ；0～±600 ；0～±800 ；0～±1000 ；0～±1000 V。

V SN副边额定输出电流：5±1% V
K N匝数比4000：1000
R M 测量电阻：VC=+12V，54～360 Ω
V C电源电压：+12 (±5%) V
V d绝缘电压：在原边与副边电路之间2.5KV有效值/50Hz/1分钟
εL线性度：< 0.2%FS
X 精度：TA=25℃，±0.8 %
V0零点失调电压：TA=25℃mV,<30mV
V OT失调电压温漂：IP=0 ,TA=-25～+85℃,±1 mV/℃
T r响应时间：<100 us
T A工作环境温度：-25～+85 ℃
T S贮存环境温度：-40～+100 ℃
R S副边线圈内阻：(TA=25℃) ,40 Ω
1.3电流传感器
动力电池充放电的大电流的测量可采用两种方式，最常见的就是采用霍尔传感器。

因此选择合适的霍尔传感器是精确测量的关键。

要考虑霍尔传感器芯片的抗静电能力，霍尔传感器芯片的抗浪涌电压或抗浪涌电流能力。

本系统采用型号为UGN3503UA的霍尔传感器。

在测量电路的设计中需注意的是该传感器的输出为毫安级电流，因此必须选择合适的输入电阻将其转化为电压信号，并采用精度较高的放大、采样电路。

1.4温度传感器
采用温度传感器DS18B20，这种传感器可以采用多路传感器，共一条数据线和一条电源线以及一条地线，具备操作简单，占用输入口少的优点。

技术参数：
核心元件：DS18B20，无铅环保
元件精度：±0.5℃
测温范围：-55℃--+125℃；
供电电压：3--5.5VDC；
另外，具有独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信；多点能力使分布式温度检测应用得以简化；不需要外部元件；可用数据线供电；以9--12位数字值方式读出温度；在1秒（典型值）内把温度变换为数字；用户可定义的，非易失性的温度告警设置等特点。

2、工作原理及过程
动力电池组及管理系统工作原理框图如图2所示。

系统可分为电池管理（MCU）模块、检测模块、数据采集块、程控充电器模块、负载模块、上位机模块、动力电池组模块及开关模块。

图2 工作原理框图
工作过程:
上位机通过编写充放电程序，发送控制指令到电池管理系统，对充电机进行程序控制，实现对动力电池的充放电。

充电时电池需求的电能来自电网，放电是电池放出的电能反馈回电网或通过负载电阻释放能量。

电池管理系统通过检测电池组单体电压、温度、电池组总电压、总电流等信号，并把这些信号发送给上位机，有上位机对电池组运行状态进行合理的估计和诊断，得到动力电池组的工作特性，确定其合理工作范围，并通过电池管理系统进行电池组合控制的决定，达到提高电池组使用寿命。

三、产品价格
设备选型及报价表如表2所示：
表2 设备选型及报价表（万元）。