动力电池自动化测试系统总体方法修改.docx

动力电池自动化测试系统总体方法修改.docx

《动力电池自动化测试系统总体方法修改.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动力电池自动化测试系统总体方法修改.docx（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

动力电池自动化测试系统总体方法修改

动力电池自动化测试系统

总体方案

湖北德普电气股份有限公司

第一部分：

模组来料OCV检测系统方案

一、简述

本系统首先导入模组出厂数据到本地数据库，测试时通过条码扫描枪读取电池包的条码信息，按照预设好的测试方案，通过CAN总线读取BMS的电池OCV信息，并将电池OCV信息与出厂数据进行比对，按照预设的条件进行产品合格判定。

并把相关信息记录在数据库中，同时将不合格结果进行标签打印。

二、组成

模组来料OCV检测系统主要由以下设备组成，系统原理框图如图1所示。

1）研华工控机

2）Honeywell条码扫描枪

3）NIPCICAN通讯卡

4）明纬开关电源

5）NIPCII/O板卡

6）Zebra标签打印机

7）扫描枪伺服系统

8）附属组件

图1模组来料OCV检测系统原理框图

三、功能实现技术方案

图2来料OCV检测系统示意

模组来料OCV检测系统由工控机通过软件进行设备集成。

用户登录后，根据权限编写测试流程，测试流程包含扫描枪伺服系统的控制、DBC文件的选择、不合格条件的设定等，并将测试流程与条码进行模糊绑定。

在进行具体测试过程中，当完成线束连接后，可以点击启动按钮，模组来料OCV检测系统自动按照测试方案驱动扫描枪伺服系统，扫描枪到预设位置后读取相应的条形码填入对应位置。

条形码读取完毕后自动从数据库中搜索电池的相应出厂OCV值，并根据DBC文件，自动通过PCICAN通讯卡读取并解析相应的电池OCV信息，按照预设的判定条件进行结果判定。

完成测试后，将不合格的测试结果按照预设格式进行打印。

同时出于满足手动调试的需要，所有的操作均可以单步手动操作。

工控机内安装PCI接口的CAN通讯卡、I/O板卡。

工控机通过PCII/O板卡控制的接触器对BMS上电、下电控制。

工控机通过PCICAN通讯卡与BMS进行通讯，完成数据的读取与解析。

按照功能划分，软件具备如下功能：

3.1人机界面

提供用户的登入登出、新用户的建立、管理等功能。

软件提供了测试流程的编辑、检查、载入等功能。

并提供测试方案的启动、停止、暂停、回复等按钮，用于测试流程控制。

软件提供了电池条码信息、接触器状态、BMS信息、测试流程的状态等信息。

界面大致如下：

图3模组来料测试系统主界面示意图

3.2测试流程控制

软件能根据预先编制好的测试方案，按照用户的命令启动测试方案，并能按照测试方案自动的执行测试流程，并完成结果判定。

图4系统及流程

3.3数据存储、管理、查询功能

记录用于对电池包设备的OCV测试信息，并存储在数据库中，并提供查询界面，用于用户查询。

图5数据管理功能示意

3.4标签打印

通过以太网接口，将电池包的测试结果按照定制好的格式用标签打印机打印出来，粘贴在流程卡上，便于直接查看电池包状态。

打印格式由客户定制。

四、接口及形式

◆对MES的以太网通讯接口

◆对电池包的CAN通讯接口

◆对电池包的12VDC电源接口

第二部分：

绝缘测试系统方案

一、简述

本系统通过条码扫描枪读取电池包的条码信息，按照预设好的测试方案，依次闭合电池包引线与耐压测试仪之间的连线，并启动高压绝缘测试仪对电池包进行绝缘测试，并根据测试结果进行产品合格判定。

并把相关信息记录在数据库中，同时将结果进行标签打印。

二、组成

绝缘测试系统主要由以下设备组成，系统原理框图如图1所示。

1）研华工控机

2）Honeywell条码扫描枪

3）Chroma绝缘耐压测试仪

4）NIPCII/O板卡

5）Zebra标签打印机

6）附属组件

图1绝缘测试系统原理框图

三、功能实现技术方案

绝缘测试系统由工控机通过软件进行设备集成。

用户登录后，根据权限编写测试流程，测试流程包含绝缘耐压仪的参数设定、辅助接触器的闭合与断开、绝缘测试的启动停止、绝缘测试结果的判定条件等，并将测试流程与条码进行模糊绑定。

在进行具体测试过程中，当完成线束连接后，可以点击启动按钮，绝缘测试系统自动按照测试方案闭合对应的接触器、完成对绝缘耐压仪参数的设定后，自动启动绝缘耐压仪对电池包进行绝缘测试，并将测试结果按照预设好的条件进行判定。

完成测试后，将测试结果按照预设格式进行打印。

同时出于满足手动调试的需要，所有的操作均可以单步手动操作。

工控机内安装PCI接口的I/O板卡。

工控机通过PCII/O板卡控制的接触器实现对绝缘耐压仪输出正对电池包主正、电池包主负、MSDIn、MSDOut引线的互锁与切换，并利用接近开关及PCI/O板卡判定线束是否在位，进行操作命令的锁定。

工控机通过RS232口实现对绝缘耐压仪参数的传递、启停的控制等功能。

按照功能划分，软件具备如下功能：

3.1人机界面

提供用户的登入登出、新用户的建立、管理等功能。

软件提供了测试流程的编辑、检查、载入等功能。

并提供测试方案的启动、停止、暂停、回复等按钮，用于测试流程控制。

软件提供了电池条码信息、接触器状态、绝缘耐压仪状态及信息、测试流程的状态等信息，用于用户掌握绝缘测试系统的实时状态。

图2测试流程设置示意

3.2测试流程控制

软件能根据预先编制好的测试方案，按照用户的命令启动测试方案，并能按照测试方案自动的执行测试流程，并完成结果判定。

图3结果判定示意

3.3数据存储、管理、查询功能

记录用于对电池包设备的绝缘耐压测试信息，并存储在数据库中，并提供查询界面，用于用户查询。

查询方式同第一部分。

3.4标签打印

通过以太网接口，将电池包的测试结果按照定制好的格式用标签打印机打印出来，粘贴在流程卡上，便于直接查看电池包状态。

四、接口及形式

◆对MES的以太网通讯接口

◆对电池包的耐压测试接口

◆对电池包的12VDC电源接口

◆

第三部分：

软件刷写测试系统方案

一、简述

本系统通过条码扫描枪读取电池包的条码信息，控制电源对设备上电后，调用预设好的用户程序完成对电池包的控制器应用层程序的刷写，刷写完成后控制电源重新对电池包BMS上电，检查确认系统基本参数，并将物流信息写入控制器中。

并把相关信息记录在数据库中，同时将结果进行标签打印。

二、组成

软件刷写测试系统主要由以下设备组成，系统原理框图如图1所示。

1）研华工控机

2）Honeywell条码扫描枪

3）NIPCICAN通讯卡

4）明纬开关电源

5）NIPCII/O板卡

6）Zebra标签打印机

7）附属组件

图1软件刷写测试系统原理框图

三、功能实现技术方案

软件刷写测试系统由工控机通过软件进行设备集成。

用户登录后，根据权限编写测试流程，测试流程包含选择需要刷写的用户程序、用于解析BMS协议的DBC文件、系统基本参数的合理性的判定条件、需要写入的物流参数的设定，并将测试流程与条码进行模糊绑定。

在进行具体测试过程中，当完成线束连接后，可以点击启动按钮，软件测试系统自动完成软件的刷写、BMS的重上电、系统基本参数的判定、物流参数的写入等功能，完成测试后，将测试结果按照预设格式进行打印。

同时出于满足手动调试的需要，所有的操作均可以单步手动操作。

工控机内安装PCI接口的CAN通讯卡、I/O板卡。

工控机通过PCII/O板卡控制的接触器对BMS上电、下电控制。

工控机通过PCICAN通讯卡与BMS进行通讯，完成程序刷写、系统基本参数读取、物流参数的写入等功能。

按照功能划分，软件具备如下功能：

3.1人机界面；

提供用户的登入登出、新用户的建立、管理等功能。

软件提供了测试流程的编辑、检查、载入等功能。

并提供测试方案的启动、停止、暂停、回复等按钮，用于测试流程控制。

软件具备电池包基本参数显示、刷写过程显示、物流参数显示等，提供刷写过程中的一些必要信息。

操作名称

快捷操作

功能

载入

载入方案

启动

启动运行

停止

停止运行

暂停

暂停运行

恢复

恢复运行

3.2测试流程控制

软件能根据预先编制好的测试方案，按照用户的命令启动测试方案，并能按照测试方案自动的执行测试流程，并完成结果判定。

3.3数据存储、管理、查询功能；

记录用于对电池包设备的操作信息，并存储在数据库中，并提供查询界面，用于用户查询。

查询功能同第一部分。

3.4标签打印；

通过以太网接口，将程序的刷写结果与电池包的测试结果，按照定制好的格式用标签打印机打印出来，粘贴在流程卡上，便于直接查看电池包状态。

打印内容用户定义。

四、接口及形式

◆对MES的以太网通讯接口

◆对电池包的CAN通讯接口

◆对电池包的12VDC电源接口

第四部分：

电池包EOL测试系统方案

一、简述

电池包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，实现整个工作流程全智能化、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及分配如下表所示。

表1EOL系统测试功能及分配列表

序号

测试阶段

功能名称

充放电测试仪

PACK自动测试仪

1

静态测试

BMS初始化测试

●

2

基本参数检查

●

3

绝缘检测功能测试

●

4

BMS系统均衡功能测试

●

5

总电压、电流精度测试

●

6

开路电压测试

●

7

充电状态指示电路测试

●

8

充电连接状态电路测试

●

9

水泵控制电路测试

●

10

慢充回路测试

●

11

快充回路测试

●

12

主输入/输出回路测试

●

13

动态测试

脉冲充放电测试

●

14

电芯组压差测试

●

15

温升、温差测试

●

16

直流内阻测试

●

17

容量测试

●

18

SOC状态调整

●

注：

开路电压测试根据精度要求不同，可用充放电测试仪或仪表进行测试

2.2组成

EOL综合测试平台主要由以下设备组成，系统原理框图如图1所示。

1）充放电测试仪

2）Pack自动测试柜

3）研华工控机（含触摸屏显示器等）

4）可编程五位半高性能数字万用表

5）标准电阻模块

6）NIPCICAN通讯卡

7）NIPCIAI/DI/DO接口板卡

8）NIcDAQ数采板卡

9）Honeywell条码扫描枪

10）标签打印机

11）线束在位传感器

12）明纬开关电源

13）附属组件

如图1所示，EOL综合测试系统主要由上位机、充放电测试仪及Pack测试柜组成，其中PACK自动测试柜主要包含工控机、五位半高性能数字万用表、NIcDAQ数采板卡和标准电阻模块等。

图1EOL系统原理图

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：

a）上位机硬件方案

上位机采用研华工控机，其硬件配置不低于下列要求：

1）CPU：

Intel双核3.0G以上Dualcoreabove3.0GHZ

2）硬盘：

≥1TGBHarddriveabove1TGB

3）RAM：

≥4GB

4）有相应的接口与电池测试系统通讯，PCI插槽≥2通道，RS232接口≥1通道。

PCISLOT>=2Channel,RS232Connector>=1Channel

5）键盘：

US-ASCIIKeyboard:

US-ASCII

6）鼠标：

MouseUSB

7）PCI网卡：

100MB/10MBPCINetworkadapter100MB/10MB

8）显示器：

19英寸及以上彩色触摸屏显示器。

b）上位机软件方案

按照功能划分，上位机软件具备如下功能：

1）人机界面；

提供用户的登入登出、新用户的建立、管理等功能；软件提供了测试流程的编辑、检查、载入等功能；并提供测试方案的启动、停止、暂停、回复等按钮，用于测试流程控制；系统软件能导入国际标准DBC文件，便于与BMS对接，并解析各种基本参数在主界面显示；软件具备电池包基本参数显示、测试过程显示、测试过程实时数据显示等，能够实时显示测试柜每一步骤的电压、电流、时间、容量、电池表面温度、能量等参数。

2）测试流程控制

软件能根据预先编制好的测试方案，按照用户的命令启动测试方案，并能按照测试方案自动的执行测试流程，并完成结果判定；同时具备测试流程的保存、再修改功能，软件提供电池性能测试的典型例程库，用户可对其进行调用、编制、添加、另保存等操作，并可按新保存的测试流程对电池Pack包进行自动测试试验。

除自动进行测试流程外，软件可手动进行单项测试；且能通过软件手动断开、闭合各继电器及12V电源，进行手动控制继电器的通断，方便系统调试。

测试过程中，测试流程的跳转、终止等过程控制值可以是循环次数和电流、电压、时间、温度及其任意组合参量。

同时，BMS通过CAN上传的单体电压、温度等参量作为试验程序控制的终止值，参与测试流程的控制。

软件具有过压、欠压、过流、过容量、过功率等保护功能。

当出现死机情况时，失去对上位机的控制后，下位机可按照运行的程序继续自动运行，重新启动控制上位机后，数据可以不间断衔接。

3）数据存储、管理、查询、显示功能

所有测试实时数据以及结果保存在上位机数据库中，并提供查询界面，用于用户查询、调用，且可提供试验数据后处理、分析的功能。

数据记录通道可任意选择，试验数据以电流、电压、时间、温度及其任意组合的参量进行记录，并存储在硬盘中或以图形的方式进行显示、打印，可以同时刻坐标轴记录及显示BMS发送的CAN总线信息。

提供试验数据的实时跟踪曲线并可以在测试结束后进行回放，曲线的参量可以是电流、电压、时间、温度及其任意组合参量。

4）数据保存与MES系统交互

所有刷写记录及各种参数可保存到与电池包编号对应的文件中，系统定期自动进行数据备份。

能与MES进行信号交互，告知刷写是否完成，测试是否通过等。

5）标签打印

通过以太网接口，将电池包编号、软件版本号、测试结果是否合格等信息，按照定制好的格式用标签打印机打印出来，粘贴在流程卡上，便于直接查看电池包状态。

3.1.2充放电测试仪方案

3.1.2.1功能及技术指标要求

充放电测试仪作为功率、电压、电流可控制的电子负载，对各种汽车动力电池（铅酸、镍氢、锂离子、超级电容等）进行充放电测试，并可以将电池的放电能量直接回馈到电网。

充电测试仪技术指标见表2所示。

表2充放电测试仪技术指标

指标项目

指标参数

电压输出范围

20~+500V

电流输出范围

单通道-500A~+500A

输出总连续功率

单通道150kW（无时间限制）

电流响应时间

0-100%≤20ms

电流转换时间

-100%-100%≤30ms，无超调

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

系统分辨率

电压±10mV，电流±20mA

数据采集最小时间间隔

10ms

时间精度

≤±1s/24h

电压纹波

≤0.5%F.S.

电流纹波

≤1%F.S.

通讯方式

支持CAN、以太网通讯，可与BMS、环境仓、温度及流量控制系统等实现数据对接与控制

冷却方式

强制风冷

控制程序

循环次数

9999

可编程步骤

9999

最短步长

10ms

可编程参数

包括电流、电压、功率、负载阻抗、持续时间

循环嵌套

最大支持5层

在线修改程序

在程序运行的过程中可对正在运行的程序进行修改

编程特点

每工步可以有一个或者多个出口，具备“goto”功能

工作模式

恒流充放电

截止条件:

电压、电流、时间、容量、功率、能量、单体电压、单体温度及扩展变换的衍生数值等。

恒压充电

恒功率充放电

恒阻充放电

电流脉冲充放电

斜坡充放电

搁置

时间截止

数据展现方式

项目列表

有项目名称及测试结果

明细列表

有记录序号、累计时间、电压、电流、能量、功率、单体温度、单体电压，及各类系统设备数据

数据导出方式

数据可以导出csv等文件格式

曲线种类

X坐标：

总时间、序号、电流、电压、容量、功率、能量等

Y坐标：

电压、电流、容量、能量、功率、单体电压、单体温度等

功能测试范围

电池组工况模拟试验；

电池组循环寿命试验；

电池组容量、能量试验；

电池组充/放电特性试验；

电池组脉冲充/放电特性试验；

电池组荷电保持能力试验；

电池组充放电效率试验；

电池组过充、过放承受能力试验；

单体温度特性试验；

单体电池电压试验；

工况模拟测试

可根据储能电站工况数据自动转换为测试程序，工况数据可以是功率-时间或电流-时间

输入交流电源

380V±15%三相五线制，频率50Hz±2Hz

电能质量（对电网的影响）

输入侧功率因数

＞98%

输入侧电流谐波（THD）

≤3%

能量回馈90%以上（额定工况）

采用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

≤75dB

外形尺寸（高×长×宽）

≤2000mm×2000mm×1200mm

重量

≤4000kg

3.1.2.2设备技术方案

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

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。

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，输入滤波电路，高频整流单元，斩波单元和输出滤波单元组成。

如下图所示

图2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的自身的电感量，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。

高频整流单元采用IGBT进行PWM控制，可实现能量的双向流动。

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

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。

图3控制电路结构图

MCU板采用以TMS320F2812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PWM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。

3.1.3Pack自动测试柜方案

Pack自动测试柜主要包含工控机、五位半高性能数字万用表、NIcDAQ数采板卡和标准电阻模块等。

a）Pack测试工控机

Pack测试工控机主要完成与上位机的通讯、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。

根据上位机的试验工艺指令，通过PCIDI/DO接口卡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。

b）五位半多功能电表

五位半多功能电表对电池Pack的开路电压进行高精度测量，并以通讯的方式传输到控制系统进行数据的显示及保存。

c）NI数采板卡

NI数采板卡通过外接高精度电流传感器，对试验主通道的电流进行测量。

d）标准电阻模块

标准电阻模块用于BMS的绝缘检测功能的测试。

该模块配置多路固定阻值的高精度电阻，各路之间相互独立，根据测试流程，通过继电器对电阻支路进行切换，实现对绝缘检测功能的测试。

标准电阻模块中配置1000k、500k、100k电阻各一个，工作电压大于500V，精度0.5%。

e）结构方案

整体设计采用模块化设计方法，根据产品的需求，配置相应的模块，灵活方便。

3.2具体功能实现方案

1）信息化配置管理

针对车间流水线作业的产品，本系统通过智能化的配置，使得每个产品可具备唯一、可查的标识，实现产品生产过程的可追溯性。

配置界面如下图所示：

图4设备配置窗口

设备名称-----用户自定义使用设备的名称，如通道1；

设备类型-----该测试仪的型号，如BTS500V/500A；

电池条码-----每个通道配置一台扫码枪，通过通讯接口与下位机相连，下位机扫码后上传至上位机，条码信息保存在电池条码信息中；

数据备注------电池信息的一些补充说明，如操作人员、电池型号规格等。

所有电池信息会随工艺执行信息等一起保存至数据库中，并可通过不同的检索条件进行信息的检索。

如下图所示：

图5记录查询窗口

2）BMS上电测试

系统通过Pack自动测试柜给BMS系统提供12V电源，从供电时刻开始计时，到Pack自动测试柜接收到CAN通讯发出第一帧有效报文的时间结束，判断初始化时间是否在合格范围内，并上传测试结果、记录数据。

原理图如下图所示。

图6BMS上电测试原理图

3）基本参数检查

实现方法：

系统通过CAN总线，读取BMS系统的电芯组电压、温度、电池包总压、电芯组累积电压与电池包总压差值、绝缘状态、SOC、压差、温差、最高电压及位置、最低电压及位置、故障报警DTC、HVIL、软件版本等状态信息，显示正常即为通过，否则为不通过。

原理图同BMS上电测试原理图。

4）绝缘检测功能测试

利用标准电阻模块对BMS系统绝缘检测功能进行测试。

系统通过控制继电器的通断来控制并入的测试电阻（R1、R2），及控制主正/主负对地之间的切换。

在测试过程中，标准电阻模块中三种阻值的标准电阻分别并入“主正对地”和“主负对地”之间，根据并联不同的电阻值，BMS系统绝缘检测模块检测出相应的结果，同时BMS系统将该结果通过CAN总线上传至Pack测试工控机，记录相关信息。

绝缘检测功能测试原理图如下图所示。

图7绝缘检测功能测试原理图

5）BMS系统均衡功能测试

实现方法：

系统通过CAN总线发送相应的指令给BMS系统，打开其均衡功能，并读取BMS系统对应的反馈值，显示正常即为通过，否则为不通过。

原理图同BMS上电测试原理图。

6）BMS系统电压测量精度测试

利用五位半多功能电表对电池包总电压进行高精度测量。

该测试实现方法：

将电池Pack的输出端口通过高压测试线束引入Pack自动测试柜，利用五位半