帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺的製作方法
2023-08-02 04:34:31 5
帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型提出一種帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺，屬於新能源汽車安全技術領域，該試驗臺包括上位機、短路觸發控制器、溫度測量電路、電壓測量電路、電流測量電路、控溫箱、電池防護箱、電磁繼電器、電流傳感器、溫度傳感器、電池組和電子負載；該試驗臺具有多點測溫和遠程控制功能，上位機監測系統通過CAN總線與短路觸發控制器遠程連接，並控制電磁繼電器觸發電池短路故障，該試驗臺可以在保障實驗安全的前提下，實現了在不同工作環境溫度下動力電池組短路測試，記錄各項電特性、溫度特性的變化，紅外測溫儀實時監測熱分布，為研究動力電池在短路過程中的電熱特性提供良好的基礎。
【專利說明】
帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺
技術領域
[0001] 本實用新型屬於新能源汽車安全技術領域，具體設及一種帶有遠程控制功能的電 動汽車電池短路試驗臺。
【背景技術】
[0002] 電動汽車是指W動力電池為車載能源、W電動機驅動系統為動力部件的車輛形 式，具有節能、環保的優點；隨著能源危機與環境汙染問題的日益嚴重，W電動汽車為代表 的新能源汽車已成為全世界汽車領域的研發重點;然而電動汽車的進一步推廣也存在許多 困難，近年來電動汽車的起火爆炸事故頻頻發生，電動汽車的安全性和可靠性已成為制約 電動汽車進一步發展的瓶頸性問題;資料表明，很大一部分電動汽車起火事件是由於動力 電池發生故障而引發的，作為電動汽車的核屯、部件，動力電池的安全性對於提高電動汽車 的安全與可靠性，具有十分重要的作用。
[0003] 電池外部短路故障是電池安全問題中最為嚴重的一類故障，短路過程中電池內部 化學機理迅速破壞，短時間內電流急劇增大，大量的熱在電池內部堆積，電池溫度迅速上 升，極易引發熱失控、起火、爆炸等危險事故。
[0004] 為了建立相應的短路故障模型、管理策略和防護機制，對電池外部短路時的故障 特性進行研究是十分必要的，然而，電池外部短路是一種非常危險的故障，在實驗過程中伴 隨著極高的安全隱患，因此普通的電池測試系統和實驗設備無法保證實驗的順利、安全進 行。 【實用新型內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本實用新型提出一種帶有遠程控制功能的電動汽車電池短 路試驗臺，該試驗臺在保障實驗安全的前提下，實現在不同工作環境溫度下動力電池組短 路測試，記錄各項電特性、溫度特性的變化，同時依靠紅外測溫儀實時監測電池組本身及周 邊的熱分布，為研究動力電池在短路過程中的電熱特性提供良好的基礎。
[0006] -種帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺，包括上位機、短路觸發控制 器、溫度測量電路、電壓測量電路、電流測量電路、控溫箱、電池防護箱、電磁繼電器、電流傳 感器、溫度傳感器、電池組和電子負載，其中，
[0007] 所述的控溫箱內部設置有電池防護箱，電池防護箱內部設置有電磁繼電器、電流 傳感器、溫度傳感器和電池組，其中，電磁繼電器的輸出端連接電池組中被測電池的兩端， 且電流傳感器設置於電磁繼電器的輸出端，溫度傳感器設置於被測電池表面，電池組的兩 端依次通過電池防護箱的通孔和控溫箱的通孔連接電子負載的兩端；
[000引所述的上位機與短路觸發控制器相連接，短路觸發控制器的控制信號輸出端依次 通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接電磁繼電器的輸入端;短路觸發控制器的第 一輸入端連接溫度測量電路的一端，溫度測量電路的另一端依次通過控溫箱的通孔和電池 防護箱的通孔連接溫度傳感器的輸出端;短路觸發控制器的第二輸入端連接電壓測量電路 的一端，電壓測量電路的另一端依次通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接被測電池 的正負極;短路觸發控制器的第=輸入端連接電流測量電路的一端，電流測量電路的另一 端依次通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接溫度傳感器的輸出端。
[0009] 該試驗臺還包括攝像頭和紅外測溫儀，且均設置於電池防護箱的上端。
[0010] 所述的電池組包括串聯結構、並聯結構和混合結構。
[0011] 所述的溫度傳感器設置於被測電池表面，具體為:設置於被測電池表面的正極、中 間部位、負極和被測電池的周圍，形成點陣分布。
[0012] 步驟1所述的工作特性實驗數據，包括:容量、開路電壓和內阻。
[oou]本實用新型優點：
[0014] 本實用新型提出一種帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺，該試驗臺具 有安全防護與遠程控制功能，試驗臺主要包含上位機、短路觸發控制器、溫度測量電路、電 壓測量電路、電流測量電路、控溫箱、電池防護箱、電磁繼電器、電流傳感器、溫度傳感器、電 池組和電子負載;該試驗臺具有多點測溫和遠程控制功能，其中的上位機監測系統通過CAN 總線與短路觸發控制器遠程連接，並控制電磁繼電器觸發電池短路故障，電磁繼電器連接 被測的動力電池，並與動力電池、傳感器、紅外測溫儀等一起置於安全防護箱中，安全防護 箱用於保障實驗人員的安全，同時採用一個控溫箱對實驗過程中的環境溫度進行控制；該 試驗臺可W在保障實驗安全的前提下，實現了在不同工作環境溫度下動力電池組短路測 試，記錄各項電特性、溫度特性的變化，同時依靠紅外測溫儀實時監測電池組本身及周邊的 熱分布，為研究動力電池在短路過程中的電熱特性提供良好的基礎。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型一種實施例的帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺結 構示意圖；
[0016] 圖2為本實用新型一種實施例的安全防護箱側視圖；
[0017] 圖3為本實用新型一種實施例的電池組為S節電池串聯結構示意圖；
[0018] 圖4為本實用新型一種實施例的兩節電池先串聯再並聯的混合結構示意圖；
[0019] 圖5為本實用新型一種實施例的電壓測量電路電路原理圖；
[0020] 圖6為本實用新型一種實施例的電流測量電路電路原理圖；
[0021 ]圖7為本實用新型一種實施例的溫度測量電路電路原理圖；
[0022] 圖8為本實用新型一種實施例的短路觸發控制電路電路原理圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本實用新型一種實施例做進一步說明。
[0024] 本實用新型實施例中，如圖1所示，帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺 包括上位機、短路觸發控制器、溫度測量電路、電壓測量電路、電流測量電路、控溫箱、電池 防護箱、電磁繼電器、電流傳感器、溫度傳感器、電池組和電子負載;如圖2所示，該試驗臺還 包括設置於電池防護箱上端的攝像頭和紅外測溫儀。
[0025] 本實用新型實施例中，短路觸發控制器採用ECU555-80(DEV)型號，電磁繼電器採 用EV200AAANA型號，電流傳感器採用HA2020型號，溫度傳感器(熱電偶)採用K型感溫線，控 溫箱採用101-3BS型號，電子負載採用JT6113型號，紅外測溫儀採用FLK-VT02型號；安全防 護箱厚度:3mm;
[0026] 本實用新型實施例中，控溫箱內部設置有電池防護箱，電池防護箱內部設置有電 磁繼電器、電流傳感器、溫度傳感器和電池組，其中，電磁繼電器的輸出端連接電池組中被 測電池的兩端，且電流傳感器設置於電磁繼電器的輸出端，溫度傳感器設置於被測電池表 面，電池組的兩端依次通過電池防護箱的通孔和控溫箱的通孔連接電子負載的兩端;短路 觸發控制器置於控溫箱的近端;安全防護箱置於控溫箱之中，控溫箱可W在-4(TC~+8(TC 範圍內調溫，從而將電池實驗的環境溫度控制在某一恆定溫度;控溫箱正上方的紅外測溫 儀透過天窗實時監測電池組本身及其周邊的溫度分布。
[0027] 電池組包括串聯結構、並聯結構和混合結構;本實用新型實施例中，如圖3所示，電 池組為=節電池串聯結構，被測電池為該電池組中間位置的電池；如圖4所示，電池組為兩 節電池先串聯再並聯的混合結構，被測電池為該電池組第一列上端的電池。
[0028] 本實用新型實施例中，採用多個體積小、響應速度快的熱電偶作為溫度傳感器，其 中=個熱電偶布置在被測電池表面的正極、中間部位和負極;另有多個熱電偶分別布置在 被測電池的周圍，形成點陣。同時測量短路過程中電池各個部位及其周圍環境的溫度變化。
[0029] 本實用新型實施例中，短路觸發控制器與上位機的控制端通過CAN總線連接並保 持遠程通訊，短路觸發控制器的控制信號輸出端依次通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通 孔連接電磁繼電器的輸入端，即短路觸發控制器控制電磁繼電器的開關動作從而觸發電池 發生短路故障；短路觸發控制器的C埠連接溫度測量電路的V_out端，溫度測量電路的另 一端依次通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接溫度傳感器的輸出端;短路觸發控制 器的B埠連接電壓測量電路的V_out端，電壓測量電路的另一端依次通過控溫箱的通孔和 電池防護箱的通孔連接被測電池的正負極;短路觸發控制器的A埠連接電流測量電路的 V_out端，電流測量電路的另一端依次通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接溫度傳 感器的輸出端。
[0030] 本實用新型實施例中，如圖5所示，為電壓測量電路圖，該電路包括一個光禪隔離 器和電壓放縮電路;待測電池的正負極經光禪隔離器與電壓放縮電路的輸入端相連接，電 壓放縮電路的輸出端與短路觸發控制器相連接;整個電路安裝在控溫箱的外部，通過耐高 溫導線與內部的待測電池組相連接；其中，運算放大器採用LM358型號，光禪隔離器採用 6N137型號。
[0031] 圖5中Ri和R2為可調電阻，通過調節可調電阻來設置電壓量程，短路觸發控制器無 論是發出信號還是接受信號都是電壓信號，計算關係式如下：
[0032]
…
[003引其中，Vmax是實驗待測電池組對應的電壓量程，Vref是控制器電壓處理電路的參考 電壓；
[0034]本實用新型實施例中，如圖6所示，為電流測量電路圖，包括霍爾電流傳感器、轉換 電路(Rm)、電壓跟隨器(LM358);電池組的短路迴路穿過電流傳感器，轉換電路與電壓跟隨 器組成該模塊的信號處理單元，所述信號處理單元安裝在控溫箱外部；信號處理單元的輸 入端與電流傳感器的輸出端經耐溫導線相連接，信號處理器的輸出端與短路觸發控制器相 連接。
[0035] 圖6中Rm為採樣電阻，且為可調電阻，通過調節Rm來設置電流量程；Imax為當次實驗 的電流量程;假設霍爾電流傳感器的應數比為1:N;計算關係式如下：
[0036]
(2)
[0037] 本實用新型實施例中，如圖7所示，為溫度測量電路圖，該電路包括溫度傳感器(微 型熱電偶）、多路信號轉換器、轉換電路(R3)、電壓跟隨器(LM358);多路信號轉換器、轉換電 路及電壓跟隨器依次相連組成該模塊的信號處理單元，安裝在控溫箱的外部;信號轉換器 的輸入端與熱電偶相連接，信號處理單元的輸出端即電壓跟隨器的輸出端與短路觸發控制 器相連接;所述的多路信號轉換器採用R6100-A02-RK02型號。
[0038] 本實用新型實施例中，如圖7所示，溫度信號在熱電偶上W電勢差的形式存在，再 通過信號轉換器線性變換成標準電流(4~20mA)並流經一個定值採樣電阻;溫度量程在信 號轉換器的操作面上進行設置，該模塊的輸出端為標準電壓信號（0~5V);計算關係式如 下：
[0039]
(3)
[0040] 其中，Tmax為溫度量程，T為待測量的溫度值，R3為定值採樣電阻的阻值;Vt為R3兩 端的採樣電壓；
[0041] 圖8是本實施例的短路觸發控制電路;該控制信號類型為低端驅動的開關量輸出， 控制器內部對輸出引腳置1的時候，引腳使能，接地，電路導通，電池組短路。常態下該引腳 懸空，電路斷開。
[0042] 基於上述所構建的電池外部短路故障試驗臺，本實用新型實施例W18650裡離子 動力電池為例，具體的實驗過程如下：
[0043] 首先進行實驗前的初始化，對所測試的裡離子電池進行容量測試、開路電壓測試、 內阻測試與循環工況測試，得到電池在健康狀態下的工作特性實驗數據，選擇3組電池進行 短路測試，每一組包含10塊被測電池，根據電池荷電狀態(SOC)給予每塊電池不同的編號， 並設置不同實驗環境溫度，如表1~2所示：
[0044] 親1由舶編號
[0045]
[0046] 表2溫度設定
[0047]
[004引本實用新型實施例中，選擇第一組電池，設置溫度條件:T = I，使用電池 N=I;
[0049] 將電池組安裝至安全防護箱中，連接直流電子負載，同時安放溫度傳感器與電流 傳感器;確定電壓量程、電流量程和溫度量程，啟動控溫箱並設置溫度值，等待5分鐘至控溫 箱溫度達到穩定，啟動電子負載，設置電池組工作狀態，啟動紅外測溫儀與攝像機，檢查確 保各傳感器讀數狀態無異常；
[0050] 本實用新型實施例中，電池組工作狀態為：
[0051 ] 1)常阻CR模式:在CR模式，電子負載仿真一個電阻，內部電路維持輸入電壓和輸入 電流到一個固定比率，運個固定比或者電阻是可W編程的；
[0052] 2)常壓CV模式：電子負載在輸入端維持一個固定電壓，運個固定電壓是不隨輸入 電流的變化而變化；
[0053] 3)常流CC模式：電子負載在輸入端維持一個固定電流，使電池組看起來像一個電 流源；
[0054] 啟動上位機，設置採樣頻率、重置電磁繼電器和設置短路持續時間；在上位機操控 界面上發送控制指令，通過CAN總線傳輸給恆溫箱近側的短路觸發控制器，結合繼電器，觸 發電池短路故障;採集短路過程中電池的電壓值、電流值和測量點的溫度值;更換該組中下 一電池組，重複試驗，直至該組中所有電池組均完成測試，修改控溫箱的溫度設置，更換下 一組電池組，重複試驗，直至所有組電池組均完成測試，實驗結束，整理實驗數據，根據電壓 與電流變化關係擬合電池的等效電路模型，根據溫度變化關係擬合電池的熱模型;將實驗 中已經發生了短路故障的電池組，重新進行容量測試，並與短路之前的實驗數據進行對比， 確定短路過程對電池所帶來的損壞結果。
【主權項】
1. 一種帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺，其特徵在於，包括上位機、短路 觸發控制器、溫度測量電路、電壓測量電路、電流測量電路、控溫箱、電池防護箱、電磁繼電 器、電流傳感器、溫度傳感器、電池組和電子負載，其中， 所述的控溫箱內部設置有電池防護箱，電池防護箱內部設置有電磁繼電器、電流傳感 器、溫度傳感器和電池組，其中，電磁繼電器的輸出端連接電池組中被測電池的兩端，且電 流傳感器設置於電磁繼電器的輸出端，溫度傳感器設置於被測電池表面，電池組的兩端依 次通過電池防護箱的通孔和控溫箱的通孔連接電子負載的兩端； 所述的上位機與短路觸發控制器相連接，短路觸發控制器的控制信號輸出端依次通過 控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接電磁繼電器的輸入端;短路觸發控制器的第一輸入 端連接溫度測量電路的一端，溫度測量電路的另一端依次通過控溫箱的通孔和電池防護箱 的通孔連接溫度傳感器的輸出端；短路觸發控制器的第二輸入端連接電壓測量電路的一 端，電壓測量電路的另一端依次通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接被測電池的正 負極;短路觸發控制器的第三輸入端連接電流測量電路的一端，電流測量電路的另一端依 次通過控溫箱的通孔和電池防護箱的通孔連接溫度傳感器的輸出端。2. 根據權利要求1所述的帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺，其特徵在於， 該試驗臺還包括攝像頭和紅外測溫儀，且均設置於電池防護箱的上端。3. 根據權利要求1所述的帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺，其特徵在於， 所述的電池組包括串聯結構、並聯結構和混合結構。4. 根據權利要求1所述的帶有遠程控制功能的電動汽車電池短路試驗臺，其特徵在於， 所述的溫度傳感器設置於被測電池表面，具體為:設置於被測電池表面的正極、中間部位、 負極和被測電池的周圍，形成點陣分布。
【文檔編號】G01R31/36GK205691747SQ201620513295
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月30日 公開號201620513295.7, CN 201620513295, CN 205691747 U, CN 205691747U, CN-U-205691747, CN201620513295, CN201620513295.7, CN205691747 U, CN205691747U
【發明人】陳澤宇, 楊英, 商雄, 盧家歡, 梁紅, 呂明, 梁麗傑, 陸瑤
【申請人】東北大學