摘要 在电动轿车动力电池实践运用中，需经过长期的实践路况测验，试验周期长、进程冗杂，且本钱高。为处理这一问题，在根据飞思卡尔MC9S12XEG128单片机的电池办理体系(BMS)及C#数据收集监控体系实测数据基础上，根据Arbin的电动轿车测验体系(EVTS)规划动力电池的工况模仿试验渠道，完成了对电池多参数的实时采样、显现、存储及实践路况模仿测验，然后完成了在试验室取得实车外路测验相同的电池作业数据。测验成果表明，该计划可取得与外路实车测验相同的成果。
跟着环境污染的加重，电动轿车以其节能环保的优势越来越遭到重视，在电动轿车的研讨和开展上，车载动力电池及其办理体系的研讨与制作占有着重要的方位。伴跟着电动轿车技术的老练，电动轿车也逐步从试验品转化为产品。在电动车辆测验中，电池的实践路况测验具有重要的位置，但在运用中，实践路况测验周期较长、本钱较高，而台架模仿和实践运转有不同。经过本试验计划的规划可简化该测验进程。该计划依托电池办理体系(BMS)和根据电池办理体系的数据监控和收集体系收集的插电式镍氢快充混合动力客车外路测验电池数据，选用美国Arbin公司的电动轿车测验体系(EVTS)的MITS上位机操控软件进行模仿仿真，可在试验室取得与外路试验相同的电池测验数据，一起电池的放电经过测验体系回馈电网，电能可循环运用，该计划具有杰出的可仿制性，可在较大程度上节约试验本钱。
1 插电式镍氢快充混合动力客车
插电式镍氢快充混合动力客车选用3组300 V/40 Ah电池组并联组成300 V/120 Ah电池组，如图1所示。镍氢(Ni-MH)电池归于碱性电池，因其不存在重金属污染问题，称为“绿色电池”，现在镍氢电池所能到达的功用指标为：能量密度(3 h)为55～70 Wh/kg，功率密度为160～500 W/kg，快速充电从满容量的40%充到80%为15 min，循环运用寿命超越1 000次(DOD=100%)，镍氢电池具有能量密度，功率密度较高，快速充电盒深度放电功用好，充放电功率高，无重金属污染，全密封免维护的长处。客车作业在纯电动和混合动力形式，电池剩下电量(Soc)40%时作业在混合动力形式，>40%，时作业在纯电动形式，作业形式切换如图2所示;纯电动形式时最高时速为70 km/h，该车作为公交车运用，一般作业于纯电动形式，电池的Soc在80%～30%，即每次放电量为50%，放电量为60 Ah，可确保纯电动形式下行进约30 km;选用3C大电流充电，Soc从30%充到80%，即充电量为60 Ah大约需10 min，完成充电10 min，运转30 km的功用。
2 电池办理体系(BMS)
电池办理体系选用分布式主从结构，每套从体系担任每组300 V/40 Ah电池的21路模块电压，总电压，12路温度，支路电流的采样，电池剩下电量(Soc)核算以及和主控板的CAN通讯。主控板担任总电流，总电压的采样，电池剩下电量的核算，毛病判别，体系维护和主从内部CAN通讯及主控和整车操控器(ECU)的CAN通讯，结构如图3所示。体系中电流的采样距离为10 ms，可满意电量安时法的核算要求，电池Soc的核算选用安时积分法加校正来确认。
电池剩下电量(Soc)安时法核算公式如下
式中，α(t)为充放电功率，与电池温度和Soc有关，i(t)为电池充放电电流值，Q为电池额外容量，单位为Ah。
电量数字积分核算公式如下
Q(nT)为nT时刻电池电量，Q(0)为电池初始电量，单位Ah，i(nT)为nT时刻电流值，单位为安培，T为电流采样周期。
CAN通讯：CAN总线是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为处理现代轿车中很多的操控与测验仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通讯协议，它是一种多主总线，通讯介质可所以双绞线、同轴电缆或光导纤维，通讯速率可达1 Mbit·s-1。数据长度最多为8 Byte，不会占用总线时刻过长，然后确保通讯的实时性;CAN协议选用CRC查验并可供给相应的错误处理功用，确保了数据通讯的可靠性。MC9S12XEC128单片机具有两路CAN操控器，主板的一路CAN操控器用于主从板的内部CAN通讯，别的一路用于主板和整车操控器(ECU)的通讯。体系中CAN通讯速率设置为250 kbit·s-1，通讯周期为100 ms。
外部CAN选用周建功CTM8251T通用CAN阻隔收发器，CTM8251内部集成了一切必需的CAN阻隔及CAN收发器材。芯片的主要功用是将CAN操控器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平而且具有DC2500V的阻隔功用，契合ISO11898规范，其原理如图4所示。
内部CAN通讯选用TLE6250G作为CAN收发器，TLE6250选用P-DSO-8-3封装，体积小，数据传输速度可达1 Mbit·s-1，运用于12 V或24 V的轿车和工业体系中，其原理如图5所示。
3 数据监控和收集体系
数据监控和收集体系选用Visual C#2010软件渠道，经过周建功USB—CAN II智能卡和CAN—bus接口库函数接纳BMS的实时CAN采样数据，在上位机软件中进行数据解码和实时监控显现，经过Access数据库存储数据，数据可直接转出保存为Excel格局。数据库和存储的Excel文件中包含3组电池的63个模块电压值，36路温度值，总电压，总电流和3个支路电流，主从板中的Soc值及存储时刻，可完整地记载车辆的运转状况，用于后期电池状况研讨。
周建功CAN—bus接口库函数运用方法：将库函数文件均放在作业目录下。库函数文件总共有3个文件：ControlCAN.h、ControlCAN.lib、ControlCAN.dll和文件夹kerne ldlls，程序中经过DllImport函数导入dll动态库，并声明库中包含的数据结构和函数。接口函数运用流程。
4 Arbin公司的电动轿车测验体系
美国Arbin公司的电动轿车测验体系(EVTS)经过根据电池办理体系的数据监控和收集体系所保存的车辆外路路况的实践电池数据，在试验室能够模仿电池在本来车辆外路路况时的作业状况。Arbin的电动轿车测验体系(EVTS)是一系列大功率主动电池测验体系，专门用于电动轿车或混合电动车电池的研讨测验。体系供给了可编程电源和电子负载用于主动充放电测验及模仿仿真测验，设备具有辅佐电压测验、辅佐温度测验及CAN BUS通讯等扩展功用。本计划中选用的EVTS可一起取得双路400 V/200 A的输出，两路并联能够得到400 V/400 A输出。轿车纯电动作业时限制电池最大放电电流为360 A，故该体系能够彻底模仿轿车实践运转进程中的电池充放电状况。电池的工况试验主要是经过Arbin的电动轿车测验体系(EVTS)的上位机操控软件MITS中的可编程仿真功用来完成，但仿真数据依赖于客车外路测验时经过数据监控和收集体系存储下来的电池数据。
MITS软件的可编程仿真是将输入的从非装备的动态机制中取得的数据作为一个操控函数，来操控测验体系到电池的输出值。
(1)使能仿真操控。仿真操控选项可经过体系装备arbinSys.cfg中，高档选项目录下的仿真操控翻开。假如此选项未被勾选，那么在操控方法中的4种仿真功用是不可用的。经过仿真操控，用户可方便地运用仿真文件中的数据作为杂乱操控的参数得到恣意的、瞬态的函数。仿真文件有必要保存为文本文件，寄存在C：\Arbinsoftware\Mits_Pro\Data目录下，文件中，时刻和电流作为独立的两列寄存，且没有列名，只包含数据，两列之间用tab键离隔，时刻和电流的单位分别为秒和安培，电流的正负表明充放。
(2)修改仿真选项表。
1)在测验选项表中，挑选操控方法，一起指定仿真文件。操控方法但是电流、电压或功率仿真。
2)指定仿真文件，右键单击操控值下面的区域，挑选指定仿真文件，在弹出的对话框中挑选需求进行仿真的文件。
3)设置程序中的一些限制条件，包含最大充放电电压，电流，采样时刻和程序运转时刻。
5 工况模仿仿真成果
仿真数据选用原有车辆外路实践测验时，BMS采样的电流数据，电流的操控距离设置为0.3 s，整个进程时刻为50 min，Arbin的MITS上位机操控软件的采样周期设置为100 ms，测验进程为纯电动形式，当电池的Soc高于70%时，电池不进行制动回馈，当电池电量低于70%时，有制动回馈进程，整个进程包含发动加快，接连爬坡，接连下坡及接连加快和制动回馈。实践外路和仿真模仿时Arbin采样的电压曲线如图10所示，电流曲线如图11所示。
比照图可知，选用Arbin电动轿车测验体系(EVTS)可较好地取得与外路测验相同的电池作业状况。
原外路测验和仿真模仿试验数据比照。原外路测验数据：初始Soc=85，测验完毕Soc=37，全程Soc削减48%，放电量为57.6 Ah。仿真模仿时Arbin电动轿车测验体系总放电量为72.587 Ah，总充电量为14.87 Ah，电量耗费为57.717 Ah，折合电池Soc改变量为48%。模仿仿真时BMS数据：初始Soc=83，仿真完毕Soc=33，Soc削减50%，放电量为60 Ah。
仿真测验时BMS测得的放电量大于Arbin电动轿车测验体系原因剖析：由图1中高压操控箱的衔接可看出，充电枪与电池输出端并联，而体系开端作业时，车上的一部分用电器的电由电池输出，测得往常作业是的输出电流约为2.5 A，测验时刻为50 min，即车上用电器的耗电量为2.08 Ah，总电量耗费为59.797 Ah，一起考虑BMS中关于电池充电功率的问题，故丈量数据有用。该测验不只能够模仿外路运转状况，一起，可经过电动轿车测验体系核算出该进程中车辆的制动回馈能量，试验中在Soc改变量为48%，时，车辆制动回馈能量为14.87 Ah，回馈的Soc为12.39%。
试验室模仿的后半部分实践外路，Arbin采样和模仿试验时BMS采样的电压波形如图12所示，电流波形如图13所示。比照电压电流曲线能够看出，试验室模仿仿真能够很好地盯梢外路试验数据，但BMS为了确保采样的实时性，采样数据的上传的实时性遭到必定的影响，后期在试验数据同步性方面还需求进行改善。
6 完毕语
结合现有试验条件，经过Arbin的MITS上位机操控软件，以电动轿车电池办理体系的实践外路测验数据为依托，在试验室中就能够很好地模仿出外路试验的电池状况。试验证明，模仿试验能够根本代替对电池的外路试验，取得比本来根据台架试验更准确的电池数据，简化了试验进程，一起，试验中电池的放电能够经过Arbin电动轿车测验体系直接回馈电网，使电能得到循环使用，节约了试验时刻和本钱。
