动力电池充放电检测系统的设计与实现

研究背景

随着全球环境和发展间矛盾的日益尖锐，很多国家发布了禁售传统燃油车的时间表，国际汽车巨头及零部件公司将目标快速转向新能源汽车，电动汽车的发展态势不可阻挡，这意味着市场将迎来汽车的一个重大消费转型。受限于动力电池的使用寿命，未来报废的动力电池数量也极为庞大。研究机构预计，到2020年我国动力电池市场需求将达125 GWh，报废量将达32.2 GWh，约50万吨；到2030年，动力电池报废量将达101 GWh，约116万吨。从全产业链思维角度来看，电动汽车动力电池后市场的服务保障体系，例行检测以及梯次利用也成为一个热点。例行检测中需要对动力电池进行快速体检，包括绝缘安全测试、容量矫正测试、充放电能力测试及健康状况一致性测试等，大约30 min全部检测完毕并生成一份检测报告给出检测结果和维护建议。而梯次动力电池对接储能领域，很好地解决了电池剩余价值使用和降低成本问题。目前国内外对汽车动力电池的检测及诊断还处于较新的阶段，国内甚至世界上电动汽车数量远没达到饱和，因此对于电动汽车后市场服务，包括电动汽车在役电池的快速检测和退役电池的梯次利用等还处于起步阶段，针对后市场服务的检测设备也都仍处于研发阶段。

创新点及解决的问题

电动汽车的快速增长带来的动力电池安全问题日趋成为行业关注的焦点，对动力电池快速安全检测成为目前市场的需求。本文设计了一套基于以双向逆变器为主的硬件模块和C#.NET上位机软件模块的动力电池充放电检测系统。该系统检测对象为电动汽车动力电池和梯次动力电池，其特点为快速检测和深入检测。快速性表现在两分钟内检测出电池包绝缘安全、单体一致性等问题。深入性是对单体层面的诊断，根据直流内阻检测模块得到单体OCV和直流内阻分布图从而快速对电池一致性问题做诊断。

重点内容导读

1 国内外电池测试设备的发展

2 本文动力电池检测系统的设计

图1  电池充放电检测系统结构框图

Fig.1  Structure block diagram of battery charge discharge detection system

3 系统主要硬件结构

4 系统软件的三层架构及Modbus-TCP控制

图2  三层架构控制逻辑结构框图

Fig.2  Three layer architecture control logic block diagram

5 CAN报文的普适解析方法

6 模块化检测的上位机设计

6.1 绝缘安全检测模块

图3  绝缘安全检测模块界面图

Fig.3  Interface diagram of insulation safety detection module

6.2 容量校正模块

图4  容量校正模块测试图

Fig.4  Capacity correction module test chart

6.3 直流内阻检测模块

图5  直流内阻检测模块测试图

Fig.5  Test diagram of DC internal resistance detection module

6.4 检测报告模块

图6  检测报告预览界面图

Fig.6  Test report preview interface diagram

结论

本文设计了一套动力电池充放电检测系统，通过上位机软件的一键式诊断开发模式实现了对动力电池容量的二次标定以及根据单体电池开路电压分布和直流内阻分布能快速诊断电池的健康一致性状态，并在这过程中完成了对实时数据检测、显示及存储，最终通过生成检测报告的形式来展现和存储。系统实时性强，准确度高，对保障电池健康状态的检测具有重要意义，这是目前市场上电池测试设备所缺少的特点。

标签：充放电,检测,电动汽车,动力电池,模块,电池
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