专利名称：纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车动力试验台，具体涉及一种纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台。
背景技术：
电动汽车动力驱动系统参数匹配和控制器控制策略的优化需要一个真实的试验环境，有些关键技术，特别是极限条件下动力驱动系统关键部件的特性需要在试验台上测试。目前已有的电动汽车试验台主要进行电机性能测试或者电池组性能测试，由于采用电涡流测功机，使得试验台无法模拟城市道路工况，电机性能只能测试驱动工况；能量回馈测试时多采用机械飞轮模拟车辆惯性，能够模拟的车辆非常有限。可见，目前建设的试验台只能对动力总成系统单项部件进行性能测试，无法完成动力总成设计方案优化、系统性能预 测及关键部件匹配方案验证等功能。
发明内容本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，该电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台基于电流连续可调的蓄电池放电仪、交流电力测功机等设备，可对电动汽车的电力驱动系统关键部件进行选型、对关键部件特性进行测试分析、并可对电动汽车动力驱动系统方案进行匹配优化。本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是本纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台包括CAN总线、与CAN总线相连接的USB-To-CAN卡I、整车控制器、信息单元I、信息单元2、电机控制器、信息单元3、电池管理系统、充电机控制器、信息单元4、数据采集系统以及USB-To-CAN卡2，工控机I与USB-To-CAN卡I相连，车辆状态信息采集模块与整车控制器连接，测功机控制系统与信息单元I连接，转速转矩测量仪与信息单元2连接，驱动电机连接于电机控制器和数据采集系统，交流电力测功机经转速转矩传感器连接于驱动电机，交流电力测功机连接于测功机控制系统，转速转矩传感器连接于转速转矩测量仪，试验电源连接于信息单元3，电池组连接于电池管理系统，充电机连接于充电机控制器和电池组，电池组和试验电源连接于切换装置，切换装置连接于电机控制器和数据采集系统，蓄电池放电仪连接于信息单元4，显示装置连接于工控机2，工控机2连接于USB-To-CAN卡2。上述信息单元I为RS485转CAN模块。上述信息单元2为RS232转CAN�？� 上述信息单元3为RS232转CAN�？椤Ｉ鲜鲂畔⒌ピ�4为RS232转CAN�？�。上述切换装置为直流互锁双联接触器。上述试验电源为WWL-XQ31电动汽车电机控制器试验电源。本实用新型的有益效果是本纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台将试验台中各设备远程通讯信息转换成CAN总线通讯，构建了基于CAN总线的试验台。CAN通讯网络结构，具有高效、通用的特点。可对电动汽车的电力驱动系统关键部件进行选型、对关键部件特性进行测试分析、并可对电动汽车动力驱动系统方案进行匹配优化，有效降低电动汽车研制的风险和成本。交流电力测功机模拟特定城市道路工况，电机控制器、试验电源提供能量，结合电动车辆设计目标，进行设计电动汽车的驱动电机选型，并对选择电机的转矩特性、效率特性、过载特性及能量回馈特性进行测试，最终确定得到所涉及电动汽车的驱动电机型号。利用试验台中电流连续可调的蓄电池放电仪测试得到电流在不同电流放电时放电效率特性、动力电池端电压特性及开路电压特性；利用试验台交流电力测功机工作在转速模式提供动力，进行动力电池能量回馈特性测试，结合特定城市道路工况及选择的驱动电机参数，可针对目标设计车辆动力电池参数合理选择。利用本纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台中交流电力测功机模拟特定道路工况循环，可以对纯电动汽车动力总成系统匹配方案进行优化选择，通过优化传动系统 参数等方法，确定最优的动力驱动系统匹配方案。还可对实际车辆应用的动力驱动系统方案进行测试，以评价动力总成系统与道路工况的适应性。利用本纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台模拟真实道路条件，将驱动电机系统作为执行部件，进行车辆驱动和制动能量回馈实际测试，开发实车应用的整车控制器的高效能量管理策略。
图I为本实用新型的纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台的系统方框图；图中，I.CAN 总线。
具体实施方式
以下结合附图I对本实用新型做进一步说明。本纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台包括CAN总线I、与CAN总线I相连接的USB-To-CAN卡I、整车控制器、信息单元I、信息单元2、电机控制器、信息单元3、电池管理系统、充电机控制器、信息单元4、数据采集系统以及USB-To-CAN卡2，工控机I与USB-To-CAN卡I相连，车辆状态信息采集�？橛胝悼刂破髁樱夤刂葡低秤胄畔⒌ピ狪连接，转速转矩测量仪与信息单元2连接，驱动电机连接于电机控制器和数据采集系统，交流电力测功机经转速转矩传感器连接于驱动电机，交流电力测功机连接于测功机控制系统，转速转矩传感器连接于转速转矩测量仪，试验电源连接于信息单元3，电池组连接于电池管理系统，充电机连接于充电机控制器和电池组，电池组和试验电源连接于切换装置，切换装置连接于电机控制器和数据采集系统，蓄电池放电仪连接于信息单元4，显示装置连接于工控机2，工控机2连接于USB-To-CAN卡2。纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台利用CAN总线I进行状态信息和控制指令的传递，参考SAE J1939标准，充电机与电池管理系统通信协议及结合试验台控制器实际情况，试验台节点源地址定义如表I所示。基于CAN总线I构建了纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台通讯控制网络，网络中包含工控机I、工控机2，工控机I通过KvaserUSB-to-CAN卡I直接挂在总线上，工控机2通过Kvaser USB_to_CAN卡2直接挂在总线上。工控机I控制电机控制器、测功机控制系统及蓄电池放电仪等设备按照设定模式工作。工控机2完成试验台所有设备运行过程中数据采集，并以数据或曲线的方式在显示装置上予以动态显示。通过信息单元将试验台中电动汽车电机控制器试验电源、蓄电池放电仪、转速/转矩传感器及测功机系统的通讯信息转换成CAN总线I通讯，有效扩展了试验台各设备的通用性。
结点名称I地址
工控机I (驾驶显示器)4O (0X28)
整车控制器_36(0x24)
@几控制器T￥~(0x82)
面也管理系统iir(0xF4)
_机控制系统i^~(0xE5)
丽涵机控制系统131(0x83)
泵验电源(Ox84)
_工控机 2133(0x85)
_蓄电池放电仪134(0x86)
数据采集系统|l35(0x87T表I试验台CAN网络节点地址分配表上述信息单元I为RS485转CAN�？椋鲜鲂畔⒌ピ�2、信息单元3、信息单元4均为RS232转CAN�？�。上述切换装置为直流互锁双联接触器参考国标GB18333. 1-2001和汽车行业标准QC/T 743-2006，本纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台对电动汽车电池组及电池管理系统试验主要包括(I)测试电池组在不同电流下的放电特性和一致性参数；(2)根据纯电动汽车整车性能要求，测试实际道路工况下电池组的工作特性和部分极限条件(如能量回馈和短时间大电流输出)下电池组性能；(3)测试电池管理系统温度、电压和电流监测，SOC计算以及报警保护等功能。进行上述(I)和(3)试验时，蓄电池放电仪作为动力电池组负载对电池组及电池管理系统进行测试，工控机I通过CAN总线I发送报文0xCF11528，设定蓄电池放电仪的放电阶段、每阶段放电时间及放电电流等参数，并通过CAN总线I发布命令控制蓄电池放电仪开始和停止工作。信息单元4解析CAN报文信息，通过RS232转CAN�？樽畹绯胤诺缫鞘侗鸬腞S232信息，控制蓄电池放电仪按照设定状态工作。电池组放电结束后，通过工控机I发送报文0xl806E5F4至充电机控制器，充电机控制器设定充电机允许充电电压及充电电流等参数，对电池组进行充电。在电池组充放电过程中，通过电池管理系统测试单体电池电压、温度及电池组总电压、总电流及电池组SOC等参数，电池管理系统将数据打包成有效报文，发送至工控机2实时显示电池组工作过程，据此对电池管理系统功能进行验证。进行上述(2)试验时，通过直流互锁双联接触器使电池组作为驱动电机及电机控制器的电源，工控机I通过信息单元I控制测功机系统工作，信息单元I接收工控机I发送的CAN报文，并转化成测功机控制系统识别的485总线信息，并基于Modbus协议发送至测功机控制系统，控制交流电力测功机模拟实际道路工况下电动汽车加速、上坡及匀速行驶时道路阻力和下坡及减速时车辆惯性提供的动力，系统联合运行对电池组及电池管理系统进行测试；数据采集系统实时采集电池组、蓄电池放电仪及交流电力测功机和测功机控制系统相关参数，并将数据通过CAN总线I发送至工控机2，工控机2通过显示装置实时显示各参数与时间之间的关系曲线，并可将测试数据导出，对采集的数据进行处理分析，根据测试得到的电
池组端电压P和开路电压Pne，通
过％ =—计算得到电池组效率特性，据此可进行设计电动汽车动力驱动系统中动力电池组的选择。参考国标GB/T 18488-2006电动汽车用电机及其控制器、电动汽车电机及其控制器试验规范和电动汽车电机及其控制器技术规范，试验台驱动电机及控制器试验主要包括(I)驱动电机特性曲线试验，包括驱动电机转矩特性及效率测试试验和高效区试验，并测试温度对驱动电机效率的影响。(2)可进行驱动电机短时过载特性试验，最高工作转速试验及超速试验。(3)与交流电力测功机联合，测功机模拟电动汽车道路行驶时下坡、减速及制动工况，进行再生能量回馈试验。进行上述(I)和(2)试验时，可通过直流互锁双联接触器由试验电源提供电能，使驱动电机运转，进行驱动电机特性试验。测试过程中，工控机I发送报文0xCF11728，设定试验电源工作电压，工作电流等参数，通过信息单元3控制试验电源工作，数据采集系统实时采集驱动电机的电机温度I、电机温度2、驱动电机母线电压及母线电流等信息，转速转矩测量仪通过连接在驱动电机上的转速转矩传感器实时采集驱动电机的转速及转矩信息。数据采集系统所采集的信息通过CAN总线I和转速转矩测量仪信息通过RS232转CAN�？榻玆S232信息转换为CAN总线信息并通过CAN总线I发送至工控机2，工控机2通过显示装置进行驱动电机工作过程参数的实时显示，并根据采集得到的驱动电机母线电压芯、母线
IOOftT
电流^、驱动电机转速和转矩，信息，通过if = 计算得到驱动电机系统效率，根据 InT935M
电机系统效率特性确定设计车辆动力驱动系统中驱动电机的选择。转速转矩测量仪输出信息为RS232总线信息，信息单元2接收转速转矩测量仪信息，并将RS232信息转化成CAN总线信息，发送报文至工控机2。进行上述(3)试验时，为了真实测试驱动电机和动力电池特性，工控机I设定交流电力测功机工作在转速模式下，采用交流电力测功机模拟车辆下坡、减速及制动时的车辆惯性能量，驱动电机此时工作在发电模式，对电池组进行充电，测试车辆电力驱动系统能量回馈特性。纯电动汽车动力驱动系统应作为一个整体考虑，不能将电池组、驱动电机、整车控制器、电池管理系统和电机控制器隔离开来单独做某一部分的测试，综合考虑电池组及电池管理系统、驱动电机及电机控制器、整车控制器以及车辆负载对动力总成系统性能影响的表现形式和相对重要性，可为电动汽车动力总成的匹配优化及电动汽车整车设计提供重要依据。基于GPRS的远程数据采集方法，通过车载数据采集终端实现电动汽车道路行驶数据的远程采集，为确定电动汽车行驶工况提供基础数据源，对采集的数据进行统计分析，最终合成目标道路工况。根据纯电动汽车设计目标和目标道路工况，计算电动汽车在目标道路上行驶时受到的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力及加速阻力，并通过交流电力测功机模拟汽车行驶时作用在驱动电机轴上的实际负载，再现电动汽车道路行驶工况；驱动电机由电池组提供电能，并按照设定工况转速运行，纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台数据采集系统实时采集电池组、驱动电机及交流电力测功机等主要设备各个试验点数据，同时计算出纯电动汽车动力驱动系统整体效率及能源消耗率，达到评价动力总成系统性能的目的，并可对现有电动汽车动力总成与实际道路工况的适应性作出判断。采用交流电力测功机模拟电动汽车道路工况，在模拟车辆加速及匀速行驶时，作为车辆负载设定测功机阻力转矩值随时间变化；在模拟车辆减速，下坡及刹车时，设定测 功机转速值随时间变化，提供动力，通过测功机控制系统实现纯电动汽车实际道路行驶工况的实时模拟。整车控制器通过车辆状态信息采集�？槭凳辈杉盗镜挠兔盘ぐ�、制动踏板、车辆挡位及钥匙开关信息，整车控制器根据司机驾驶需求，得到转矩需求值，发送报文0xl8FF0524控制驱动电机工作，驱动电机系统作为电动汽车的执行部件，接收整车控制器的命令，可在真实的环境下开发整车控制策略，节约成本，缩短新车型开发的周期，并为整车控制策略的优化研究提供一个快捷、高效的试验平台。上述试验电源可用WWL-XQ31电动汽车电机控制器试验电源，该电动汽车电机控制器试验电源为电动汽车电机试验专门设计，可模拟电动汽车电池组进行驱动电机性能、电机控制器试验及制动能量回收试验；在模拟车辆减速及制动能量回馈时，驱动电机将处于制动状态，引起电源母线电压急剧升高，电源设计有放电功能，可将电压稳定在设定值，确保电机控制器和该电动汽车电机控制器试验电源的安全；电动汽车电机控制器试验电源具有远程控制功能，可对输出电压等参数设定，并对运行时的电压、电流等参数进行实时监控。
权利要求1.一种纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，其特征在于包括CAN总线(I)、与CAN总线(I)相连接的USB-To-CAN卡I、整车控制器、信息单元I、信息单元2、电机控制器、信息单元3、电池管理系统、充电机控制器、信息单元4、数据采集系统以及USB-To-CAN卡2，工控机I与USB-To-CAN卡I相连，车辆状态信息采集�？橛胝悼刂破髁樱夤刂葡低秤胄畔⒌ピ狪连接，转速转矩测量仪与信息单元2连接，驱动电机连接于电机控制器和数据采集系统，交流电力测功机经转速转矩传感器连接于驱动电机，交流电力测功机连接于测功机控制系统，转速转矩传感器连接于转速转矩测量仪，试验电源连接于信息单元3，电池组连接于电池管理系统，充电机连接于充电机控制器和电池组，电池组和试验电源连接于切换装置，切换装置连接于电机控制器和数据采集系统，蓄电池放电仪连接于信息单元4，显示装置连接于工控机2，工控机2连接于USB-To-CAN卡2。
2.根据权利要求I所述的纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，其特征在于上述信息单元I为RS485转CAN�？椤�
3.根据权利要求I所述的纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，其特征在于上述信息单元2为RS232转CAN�？�。
4.根据权利要求I所述的纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，其特征在于上述信息单元3为RS232转CAN�？�。
5.根据权利要求I所述的纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，其特征在于上述信息单元4为RS232转CAN�？�。
6.根据权利要求I所述的纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，其特征在于上述切换装置为直流互锁双联接触器。
7.根据权利要求I所述的纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台，其特征在于上述试验电源为WWL-XQ31电动汽车电机控制器试验电源。
专利摘要本实用新型涉及一种纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台。包括CAN总线、USB-To-CAN卡1、整车控制器、信息单元1、信息单元2、电机控制器、信息单元3、电池管理系统、充电机控制器、信息单元4、数据采集系统以及USB-To-CAN卡2、工控机1、工控机2等。利用本纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台中交流电力测功机模拟特定道路工况循环，可以对纯电动汽车动力总成系统匹配方案进行优化选择，通过优化传动系统参数等方法，确定最优的动力驱动系统匹配方案。还可对实际车辆应用的动力驱动系统方案进行测试，以评价电动汽车动力总成系统与道路工况的适应性。
文档编号G01R31/36GK202511974SQ20122017358
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者张笑文, 曹红, 李闯, 王宏栋, 程勇, 黄万友 申请人:山东大学
专业数控铣床产品供应商
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