EOL系统总体方案V.docx
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1、EOL测试系统总体方案EOL测试系统总体方案一、简述及设计思想电源系统EOL综合测试系统是针对目前电池Pack测试过程自动化程度较低,记 录分析能力较差的问题,开发的一种全智能化测试平台。将电池充放电测试、电池安 规检测、电池参数测试、BMS测试、辅助功能测试等多种功能,通过设备集成的方式, 采用条码绑定、自动启动测试、自动判断测试结果的方法,实现整个工作流程的全智 能化、自动化,以达到减少操作人员、提高测试效率的目的。测试范围包含电池本体 及相关辅件、BMS系统等。二、功能、组成2.1测试功能EOL系统的主要测试功能如表1所示。表1 EOL系统测试功能列表序 号功能范围功能名称功能描述1Pa
2、ck包整 体安规测试1、绝缘电阻测试:Hipot测试仪分别测量电池包主正/主负与箱体间 的绝缘阻值,阻值应满足要求;满足,则pass2、交直流耐压测试:Hipot测试仪针对电池包主正/主负对机壳分别进 行以下试验:1) Hipot正接电池包正、负接机壳;2) Hipot正接电池包负、负接机壳;3) Hipot负接电池包正、正接机壳;4) Hipot负接电池包负、正接机壳; 以上四项测试满足要求,则pass2BMS系统通讯功能测试(整车、内部CAN)通过EOL上位机软件查看对应CAN 口的电压、温度、 软件版本等信息是否正常,正常时pass3绝缘检测功能 测试通过改变电池Pack对地绝缘电阻,读
3、取BMS上报的 绝缘电阻及报警状态,判断功能是否正常。4BMS单体电压 一致性测试通过CAN通讯读取BMS检测的单体电压值,计算其 最大、最小值及压差,以此判断各单体电压值的一致 性,满足要求,则pass5BMS单体温度 一致性测试通过CAN通讯读取BMS检测的单体温度值,计算其 最大、最小值及温差,以此判断各单体温度值的一致 性,满足要求,则pass6总电压精度测 试电池系统输出电压的检测值与BMS总压采集值及单 体电压累加值对比,误差范围满足要求时pass7过充/过放保护 功能测试充放电测试过程中,达到单体过充/过放条件时,检测 CAN故障正确且充/放电接口输出总压检测为0V时,pass8
4、快充功能测试由EOL提供快充连接状态信号,并与BMS建立快充 握手,验证BMS快充功能是否正常9慢充功能测试由EOL提供慢充连接状态信号,并与BMS建立慢充 握手,验证BMS慢充功能是否正常10SOC标定功能 测试检测BMS是否能在单体电压达到时自动标定100%11电池 本体交流内阻测试利用交流内阻测试仪完成电池Pack的内阻测量(适 用于300V以下模组测试)12充放电测试利用充放电测试仪根据充放电工艺对电池Pack进行 循环充放电测试,包含:恒压充电、恒流充电、恒功 率充电、静置等,根据工艺需要,可灵活调整和组合13行车动态模拟 测试充放电测试仪根据行车数据设置充放电工艺,对电池Pack进
5、行充放电,来模拟实际行车的动态工况14直流内阻测试利用充放电测试仪对电池Pack分别进行小电流充电 (或放电)、大电流充电(或放电),分别记录对应时 刻的电流、电压值,然后根据记录结果计算得出电池 Pack的直流内阻值。15气密性测试利用气密性测试仪检测电池包的气密性能,满足要 求,则pass16辅助 功能继电器通断测 试通过BMS闭合、断开指定(主正/主负、充电)的继 电器,利用多功能万用表检测继电器闭合、断开时的 端口电压值,电压值正常则表示继电器闭合、断开正 常动作,则pass17预充电继电器 通断测试通过BMS依次闭合预充电继电器和充电继电器,利 用多功能万用表分别检测在两种状态下电池
6、包的端 口电压值U1、U2,U1/U2的比值满足要求,则pass18电压测试回路(针对辅助回 路)1)通过BMS上位机软件闭合辅助继电器,利用多功 能电表或EOL辅助测试仪检测对应辅助接口的总压, 电压值应为电池组总压;2)通过BMS上位机软件断开辅助继电器,检测到的 总压应为0V;3)满足 1、2,则 pass19加热回路电阻 测试利用多功能电表检测加热航插接口的电阻,满足要 求,则pass20维修开关测试由人工辅助插合/分断维修开关,通过CAN通讯读取 BMS系统对应的状态信息,人工判断对应的状态正 常,则pass以上各功能可根据实际需求,进行选配。2.2组成综合测试平台主要由以下设备组成
7、,系统原理框图如图1所示。1)上位机系统2)充放电测试仪3)Pack自动测试柜4)扫码枪图1 EOL系统原理图其中PACK自动测试柜包含PACK测试主控制器、Hipot测试仪、交流内阻测试仪、 六位半多功能电表、气密测试仪和EOL辅助测试仪,其中各测试仪器可根据功能需求 进行配置。2.2.1上位机系统上位机管理系统提供测试流程脚本编辑功能,对需要测试的流程进行编辑配置, 并可以作为文件保存在本地。上位机管理系统根据预先配置好的测试脚本,启动测试 流程,系统自动控制充放测试仪、Pack自动测试柜等设备的启停及运行,采集充放电 测试仪、Hipot测试仪、BMS系统传输来的各种实时及计算参数并进行整
8、合,形成测 试报表及测试记录,并上传至MES系统。主要功能特点如下:友好的用户界面强大在线编辑器显示图形化显示测试数据校准和诊断工具数据记录,浏览,打印和分析通用的网络接口和系统安全通过LAN将数据传至上层控制系统2.2.2充放电测试仪充放电测试仪能对电池Pack进行循环充放电测试以及行车动态模拟测试,记录充 放电过程中时间、电压、电流等实时信息,并以时间、电压、电流数据计算相应的衍 生函数量,如DCR、容量等;同时通过对电池的充放电实现BMS系统的过充/过放保 护功能的测试。测试仪工作过程中采集或计算的数据,能以通讯的方式传送给上位机管理系统进 行数据的显示并保存。2.2.3 PACK自动测
9、试柜1)Hipot测试仪Hipot测试仪能对电池Pack正负极对壳体进行耐压测试和绝缘测试,并实时记录 测试结果,并以通讯的方式传输到控制系统进行数据的显示及保存。2)交流内阻测试仪交流内阻测试仪对电池Pack的交流内阻进行高精度测量,并以通讯的方式传输到 控制系统进行数据的显示及保存。3)六位半多功能电表六位半多功能电表对电池Pack的开路电压和其它参数进行高精度测量,并以通讯 的方式传输到控制系统进行数据的显示及保存。4)气密性测试气密测试仪对电池Pack包的密封性能进行检测,并以通讯的方式上传至控制系统 进行数据的显示及保存。5)EOL辅助测试仪EOL辅助测试仪由功能测试单元及CAN通讯
10、卡等组成,可对BMS系统的功能以 及电池Pack的辅助功能进行测试,包含绝缘检测功能测试、通讯功能测试、充放电回 路测试、辅助回路测试等功能,并可将采集或计算的数据以通讯的方式传送给控制系 统进行显示、保存。2.2.4扫码枪系统配置一台扫码枪,无线扫描枪接收器通过RS232通讯接口与测试仪上位机相 连,扫码后,条码信息用于测试方案的选择及标识电池的测试记录。2.3主要技术指标充电测试仪技术指标见表2所示。表2充电测试仪技术指标指标项目指标参数型号规格定制电压输出范围X-额定电压电流输出范围单通道独立运行双通道并联运行定制定制最大持续输出功率单通道独立运行双通道并联运行定制定制电流响应时间0-1
11、00% W10ms电流转换时间-100%-100% W20ms电压控制精度 + 0.1% F.S.R电压测量精度 + 0.1% F.S.R电流控制精度0.1% F.S.R电流测量精度0.1% F.S.R数据米集最小时间间隔10ms时间精度98%输入侧电流谐波(THD)W5%能量回馈90%以上(额定工况)米用IGBT-PWM控制技术,放电能量高品质回馈 电网,对电网无污染整机效率90% (额定工况)设备噪声W75dB平均无故障运行时间2000h三、功能实现技术方案3.1总体设计方案电源系统EOL综合测试平台主要由上位机、充放电测试仪及Pack自动测试柜组 成,总体设计方案如下:3.1.1上位机方
12、案上位机作为系统控制中心,完成人机界面功能、工艺流程编制及指令的下发、数 据显示和保存等功能。设计方案如下: 1)上位机硬件方案由于本设备采样数据量大,实时显示要求高,故单独用一台具有较高配置的PC作 为上位机。操作系统使用windows操作系统。2)上位机软件方案上位机软件系统采用层次体系结构,下层向上层提供服务。从下至上分别为:数 据/外部、访问、内核、应用组成。其中,数搪外部均属软件系统外部,基础库提供一 系列基础模块为访问、内核及应用提供服务。软件架构框图如下图所示。应用基础库安全方案工艺模自定义变单体配工况模设备号皆记录实时访问管理板管理量管理置管理拟管理管理设置查询监视数据库 访问
13、通信访问系统 单体 测试 CAN通 日志 配置配置方案 信配置文件文件文件 文件工况工艺流模拟程模板文件文件历史数据库外部下位机第三方系统图2上位机软件架构框图数据:由日志、系统配置文件、单体配置文件、配置方案文件、CAN通信配置文 件、工况模拟文件、工艺模板文件以及历史数据库组成;外部:由下位机和第三方系统组成;访问:由文件访问、数据库访问、通信组成,向上层提供对下层数据以及外部系 统访问的一系列服务;内核:数据管理,建立并维护下层数据、外部系统在系统中的数据模型,并以此 对上层提供服务;应用:由安全访问、方案管理、工艺模板管理、自定义变量管理、单体配置管理、 工况模拟管理、设备管理、设置、
14、记录查询以及实时监视组成。3.1.2充放电测试仪方案充放电测试仪由工艺控制单元、主回路单元及测试仪主控单元组成,各组成单元 的方案如下。a)工艺控制单元1)工艺控制设备硬件方案由于系统要求上位机脱机后,系统仍能够保持运行,因此工艺控制设备采用高端 ARM芯片CorTex-M3作为控制核心。2)工艺控制设备软件方案主要功能包括:通过以太网接收上位机编制的工艺文件和起停控制指令;根据工艺文件,进行化成工艺解析,按步骤控制充放电组件运行;增加支持上位机离线后,对检测数据的保存功能; 开发设计高速记录,能到达最快10ms记录的功能,设计多级缓冲机制;支持告警。b)主回路单元主回路单元由升压变压器,输入
15、滤波电路,高频整流单元,斩波单元和输出滤波 单元组成,主回路电气拓扑如下图所示。图3主回路电气拓扑图交流输入三相四线380VAC,经过升压变压器将输入电压升高,经过高频整流后, 输出直流母线电压,再经过斩波满足输出直流电压的需求。输入滤波电路由变压器自身的电感量、输入滤波电容、进线电抗器组成的LCL滤 波器,可以有效地减少电流中的高次谐波成分,同时,在低于谐振频率时,LCL滤波 器可以看成是两个电感之和的L滤波器,而且比L滤波的电感值小。9 / 24高频整流单元采用IGBT进行PWM控制,可实现能量的双向流动,既可以将电网 电能经过整流后变为直流电,为电池充电提供电能,又可以将电池放电能量回馈
16、至电 网。斩波单元采用IGBT进行PWM控制,实现输出直流电压调节。输出滤波单元采用LCL滤波器。c)测试仪主控单元 1)主控制单元硬件方案主控制单元由MCU板、采样/接口板、主/从驱动板组成,控制电路结构如下图所 示。IGBTIGBT图4控制电路结构图MCU板采用TI公司的高性能DSP芯片TMS320F2812作为控制核心,主要完成 PWM整流和斩波控制算法的计算、各种数据采集和处理、PWM信号生成、系统软件 保护及通讯等功能。采样/接口板完成主回路电压、电流信号的采样、滤波处理,并送至MCU板,作 为控制反馈量;同时对MCU板输出的PWM信号进行分配、处理,输出至IGBT驱动 板,具有PW
17、M信号直通、故障封锁保护等功能。主/从驱动板完成高频整流单元和斩波单元功率器件IGBT的驱动,每一个驱动板 驱动2个IGBT桥臂,输入为PWM信号,反馈故障信号。2)主控制单元软件方案DSP控制软件从功能上分为PWM整流和斩波两部分。前端为整流部分,将输入 交流电变换为直流;后端为DC-DC斩波部分,调节输出电压电流以满足充放电的各种 要求。PWM整流单元将变压器输出的交流电变换为直流电,同时实现高功率因数及谐波 抑制等功能;DC-DC单元在充电阶段主要实现buck电路功能,将直流母线电压变换为 需要的输出电压,实现电池的恒压、恒流、恒功率充电等需求PWM整流控制框图如 下图所示,通过检测输入
18、交流侧电压,计算出电网相位角度,控制输入交流电流,使 其相位上与电压保持一致来实现高功率因数控制;同时可以通过调节电流大小,来实Udcu*U *dcu* F砰dq 、u*PWM直流母线尸::整流器usd电压角度计算usabu .sari j sbsausasbusc现输出电压调节的目的。图5 PWM整流控制框图3.1.3 Pack自动测试柜方案Pack自动测试柜主要包含Pack测试主控制器、EOL辅助测试仪、Hipot测试仪、 多功能电表、交流内阻测试仪及线束转换模块等。a) Pack测试主控制器方案Pack测试主控制器采用高端ARM芯片CorTex-M3作为控制核心,主要完成与上 位机的通讯
19、、对各个功能模块控制指令的发送、对各模块测试数据的收集、上传等功 能。该控制器根据上位机的试验工艺指令,通过控制相应继电器的通断来控制对应功 能模块的投入/切除,并以通讯的方式下发测试指令给对应的功能模块,使功能模块按 照上位机的试验工艺指令进行相应项目的测试,待测试项目完成后,读取测试结果并 上传至上位机,供上位机分析、处理、显示和保存等;同时开发和第三方BMS测试设 备的CAN通讯接口及基于标准DBC文件的通用对接BMS功能。b) EOL辅助测试仪方案EOL辅助测试仪主要对BMS系统的功能以及电池Pack的辅助功能进行测试,并 将相应采集或计算的数据,以通讯的方式传送给Pack测试主控制器
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