[发明专利]一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法

说明书

本发明涉及一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法。一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统，包括控制计算机、至少一个温度模拟器和至少一个单体电池输出电压模拟器。一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟方法包括1功能选择；2初始化功能选择；3输入输出模拟数据；4保存数据；5向模拟器发送模拟数据；6接收和存储模拟数据；7重复步骤5～6直至所有模拟器的数据均被正确设置；8配置模拟器；9发出将要进行的模拟过程；10接收模拟命令后将模拟器设置为对应状态；11模拟使能；12监测电池当前状态；13模拟器定时更新模拟器输出；14模拟器定时更新模拟器输出；15模拟器定时更新模拟器输出；16模拟器停止更新输出值。

技术领域

本发明属于车载电池外特性模拟技术领域，具体涉及一种纯电动汽车车载电池外特性的模拟系统及方法。

背景技术

纯电动汽车是完全由可充电电池(例如，锂离子电池)提供动力源的汽车。由于单个电池的能量和端电压限制，为了能给纯电动汽车提供足够的动力，首先并联多个电池满足电流需求而构成一节单体电池，然后串联多节单体电池构成电池组，最后串联若干电池组构成了满足电压需求的车载电池。但是这种电池及其组合使用方式存在以下缺陷：

(1)受制造过程中各种复杂因素影响，各个电池性能不可能完全一致，导致电池组的充放电过程容易造成单体电池之间电压与剩余容量的差异；

(2)所有电池都有正常工作电压窗口，过度充放电将超出电池正常工作窗口将极大地缩短电池寿命，严重时甚至造成电池损坏；

(3)所有电池都有正常工作温度范围要求，电池长期处于高温环境中会产生爆炸隐患，而低温环境中电池容量将明显下降。

为了弥补上述缺陷可能引发的纯电动汽车安全问题和使用成本问题，需要对纯电动汽车车载电池进行有效控制和管理，担负这一任务的系统称为电池管理系统。电池管理系统具有实时监控车载电池状态、优化使用车载电池能量、延长车载电池寿命和保证车载电池安全使用等重要作用；对整车的安全运行、整车控制策略的选择、充电模式的选择以及运营成本都要很大影响；无论在车辆行驶(放电)过程中还是在充电过程中都要可靠地完成车载电池状态的实时监控和故障诊断；并通过CAN总线与整车控制器和充电机交互，以便采用更加合理的控制策略，达到有效且高效使用车载电池的目的。

纯电动汽车的车载电池通常包括成百上千单个电池，为了有效实施对数量众多的电池进行有效控制与管理，电池管理系统采用集散式系统结构，具体结构如图1所示。每套电池管理系统有一个控制单元和多个测量单元组成；每个测量单元可连接一个由多节单体电池串联组成电池组并对这个电池组实施监控和电池组各个单体电池间的电量均衡；每个测量单元包括多个模拟量输入、数字量输入和数字量输出引脚，可连接多个温度传感器和温度控制部件有效实现对电池管理系统的热管理；各个测量单元多采用菊链式连接，各个测量单元连接的电池组串联组成车载电池；测量单元1还连接分流器和电流检测单元，测量电池组的充放电电流。

对故障电池管理系统的测试中需要用到电池，但是不易采用真实电池。原因如下：

(1)在测试过程中采用真实电池易引发安全性问题。例如，电池管理系统由于存在故障可能无法正常工作而造成电池过度放电或过度充电；又例如，电池管理系统由于存在故障而失效或进入到一个意想不到的状态，这可能会从电池吸收过多的电流而导致引发火灾、爆炸和化学品泄漏等事故。

(2)在测试过程中采用真实电池易引起测试结果不一致、测试时间长和测试费用高。故障检测过程可能需要电池处于不同的荷电状态，真实电池需要进行重复的充放电过程才能达到，又由于电池存在自放电，荷电状态很难较长时间保持一致，测试时间长且测试结果重复性差；真实电池存在老化问题，需要经常更换，测试费用高。