新能源汽車動力電池總成檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李強(qiáng)

摘 要：動力電池總成屬于汽車中最為關(guān)鍵的部位，所以在使用之前需要對其進(jìn)行質(zhì)量檢測，并且該質(zhì)量檢測是電池生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。由于動力電池總成檢測內(nèi)容繁瑣，僅僅通過使用人力進(jìn)行檢測將會耗時(shí)、耗力，而且檢測結(jié)果誤差偏大。所以為了提高檢測效率和準(zhǔn)確度，文章設(shè)計(jì)了一種檢測系統(tǒng)，首先通過總體方案設(shè)計(jì)，然后對其系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后對檢測系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)能夠具備一定的檢測功能。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;動力電池總成;檢測系統(tǒng)

中圖分類號：U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）06-0187-04

Abstract：The power battery assembly is the most critical part of the car， so it needs to be quality tested before use， and the quality test is an important link in battery production. Due to the cumbersome testing content of the power battery assembly， testing only by using human resources will be time-consuming and labor-intensive， and the error of the testing results will be too large. Therefore， in order to improve the detection efficiency and accuracy， the paper designs a detection system. First， the overall scheme is designed， then the hardware and software of the system are designed， and finally the detection system is debugged and found to have certain detection functions.

Key words：new energy vehicles; power battery assembly; detection system

隨著節(jié)能環(huán)保的要求不斷提高，使用新能源汽車有助于保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源，所以在當(dāng)今乃至今后都會是一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向[1-2]。汽車中電力電池屬于關(guān)鍵構(gòu)件，直接決定汽車的優(yōu)劣，所以在使用電池之前，需要對其進(jìn)行嚴(yán)格檢測[3]。動力電池總成檢測系統(tǒng)的作用就是對其進(jìn)行最有一次檢測，從而保證該電池系統(tǒng)能夠正常運(yùn)作[4-5]。采用人工檢測的方式效率低，而且容易出現(xiàn)較大誤差，往往會花費(fèi)很長時(shí)間進(jìn)行檢測，最后的檢測結(jié)果誤差還比較大[6-7]。所以為了解決這個(gè)問題，文章設(shè)計(jì)了一種檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動對電池功能進(jìn)行檢測，然后將檢測結(jié)果輸出，這種自動化的方式將在很大程度上提高檢測效率。

1 新能源汽車動力電池總成檢測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

作為新能源汽車中重要的組成部分，動力電池在生產(chǎn)完成之后，為了保障其使用性能，需要對其進(jìn)行一系列的功能檢測。在檢測過程中需要使用到檢測系統(tǒng)，然后與動力電池相連接，于是可以實(shí)現(xiàn)對動力電池的相關(guān)零件進(jìn)行綜合檢測，然后將檢測的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值進(jìn)行比較即可，于是就能夠?qū)恿﹄姵氐馁|(zhì)量進(jìn)行檢測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，降低新能源汽車的故障風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)檢測系統(tǒng)的作用和對電池檢測的影響，對其功能有一定的要求，需要檢測系統(tǒng)能夠具有較強(qiáng)的可操作性，而且檢測過程具有自動化，重要的是檢測速度快、檢測準(zhǔn)確度高，能夠?qū)z測報(bào)告輸出，判斷是否質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，電池總成檢測系統(tǒng)的具體要求有四個(gè)，分別為檢測過程自動化、檢測過程簡單化、檢測過程實(shí)時(shí)化和檢測結(jié)果報(bào)表化。

1.1 檢測系統(tǒng)的功能要求

在電池總成檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，必須要能夠?qū)δ承┠K具有一定的功能檢測，文章將對四個(gè)主要的功能檢測進(jìn)行簡介，分別為硬件功能檢測、電池管理系統(tǒng)功能檢測、電氣安全功能檢測和電池充放電功能檢測。

（1）硬件功能檢測。在電池總成中硬件功能檢測屬于基本也是非常重要的檢測內(nèi)容，其中檢測的內(nèi)容主要是CAN通信基本功能，表1即為相關(guān)檢測項(xiàng)目及其功能描述，其中主要涉及到3種檢測項(xiàng)目。

（2）電池管理系統(tǒng)功能檢測。作為動力電池的管理單元，電池管理系統(tǒng)起到非常關(guān)鍵的作用，其主要功能有電池狀態(tài)估計(jì)、電池工作時(shí)狀態(tài)的采集和存儲、電池均衡管理等，另外，電池管理系統(tǒng)還會將電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)傳送到整車控制器，從而可以為其提供數(shù)據(jù)支持[8]。能夠?qū)﹄姵乜偝蛇M(jìn)行管理，為其選擇合適的充放電模式，防止電池充電出現(xiàn)問題?？傊趧恿﹄姵刂须姵毓芾硐到y(tǒng)主要起到一個(gè)管理的作用，會影響整個(gè)電池的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以需要對其進(jìn)行一系列檢測，防止電池出現(xiàn)各種故障。一般情況下，對其進(jìn)行檢測時(shí)的項(xiàng)目和功能描述如表2所示。

（3）電氣安全功能檢測。在新能源汽車中，電池提供高壓動力源，所以需要對相關(guān)器件進(jìn)行絕緣測試，不然會發(fā)生較大的安全事故，所以非常有必要對絕緣功能進(jìn)行檢測。一般情況下，電氣安全檢測項(xiàng)目如表3所示。

（4）電池充放電功能檢測。在新能源汽車中，電池作為能源儲備裝置，直接為汽車提供驅(qū)動能源，并且還需要向汽車中涉及到用電的結(jié)構(gòu)提供能源，可以說在新能源汽車中，動力電池的好壞直接決定著汽車的質(zhì)量。所以在檢測過程中，先檢測充電信號，然后再對充放電功能進(jìn)行檢測，具體的檢測項(xiàng)目及其描述如表4所示。

1.2 檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)新能源汽車動力電池總成檢測系統(tǒng)的功能需求出發(fā)，然后再對該系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。對該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其中的控制主體使用主控計(jì)算機(jī)，使用Microsoft Visual C++技術(shù)作為編程，圖1即為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖。系統(tǒng)和主控計(jì)算機(jī)之間通過USB接口和CAN工具進(jìn)行CAN通信，另外充放電設(shè)備和面包板直接和計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，兩者之間可以直接通信，實(shí)現(xiàn)較好的通信效果。當(dāng)系統(tǒng)的檢測工作完成之后，會將檢測結(jié)構(gòu)傳送到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)會自動對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后可以將最終檢測結(jié)果以報(bào)表的形式打印出來，當(dāng)然計(jì)算機(jī)也會將結(jié)果進(jìn)行保存和顯示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

通過上文已知，動力電池檢測系統(tǒng)對于新能源汽車來將，其重要性非常大，是整個(gè)電池總成出廠的關(guān)鍵，能夠保證汽車動力電池的正常運(yùn)行。通過上文對系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)，檢測系統(tǒng)會通過相關(guān)的接口和通訊收集到電池總成的信息，然后對這些信息進(jìn)行分析處理，最后對其進(jìn)行檢測，看是否滿足規(guī)范要求。硬件和軟件屬于系統(tǒng)中最重要的兩個(gè)模塊，所以文章將對這兩個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，從而實(shí)現(xiàn)電池項(xiàng)目的檢測工作。

檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)方面，首先就是數(shù)據(jù)采集和控制電路硬件設(shè)計(jì)，該方面是直接與電池總成測試線束進(jìn)行連接，主要作用在于控制繼電器信號和采集電池總成信號。然后就是控制柜內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)控制柜中主要涉及到兩種電壓，分別為直流低壓12V和交流高壓220V，這兩種電壓通過開關(guān)分開進(jìn)行控制。

（1）數(shù)據(jù)采集和控制電路硬件設(shè)計(jì)。該部分的硬件設(shè)計(jì)主要包含電池管理系統(tǒng)和整車控制器控制電路、CAN通信檢測電路、絕緣檢測功能測試電路、功能檢測繼電器控制電路。其中第一個(gè)控制電路的主要作用在于收集信號，另外，還可以控制驅(qū)動信號;第二個(gè)控制電路的主要作用是對CAN終端電阻進(jìn)行測試，然后還需對CAN通信功能是否正常進(jìn)行驗(yàn)證;第三個(gè)控制電路的主要作用在于測試相關(guān)系統(tǒng)能夠做出相應(yīng)故障等級預(yù)報(bào);最后一個(gè)控制電路的主要作用在于控制相應(yīng)繼電器，對相應(yīng)功能進(jìn)行檢測。

（2）控制柜內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)。通過使用直流低壓和交流高壓相互合作為控制其內(nèi)部提供電源，這種設(shè)計(jì)方式更有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。將高壓轉(zhuǎn)換為低壓，能夠給某些低壓設(shè)備進(jìn)行供電，比如面包板、整車控制器和電池管理系統(tǒng)等。另外，對高壓和低壓之間可以直接通過使用切換開關(guān)進(jìn)行控制。圖2即為系統(tǒng)高低壓電路原理圖。

直流電是通過電源輸出，如圖3所示，其中只通過使用一個(gè)電源開關(guān)進(jìn)行控制，在控制過程中會通過使用指示燈進(jìn)行顯示，然后使用直流低壓12V對某些低壓設(shè)備提供電量，圖中的兵裝電源就是直流電源，其中電源最大為20A，能夠滿足相關(guān)設(shè)備的供電需求。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

文章將基于Windows系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)檢測系統(tǒng)的軟件，其中使用的開發(fā)工具為Visual C++6.0。為了降低編程難度，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化軟件編程方式。軟件在設(shè)計(jì)過程中需要有很好的人機(jī)交互界面，然后還需要具備編輯和配置測試參數(shù)的作用。檢測系統(tǒng)要能夠收集到電池的數(shù)據(jù)，然后按照通信協(xié)議可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其是否符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。另外，在設(shè)計(jì)過程中，還有保證系統(tǒng)可以支持不同用戶登錄，人機(jī)界面要具備人性化，系統(tǒng)要具有較好的兼容性和擴(kuò)展功能，為以后系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，使得檢測系統(tǒng)能夠更發(fā)揮作用。

根據(jù)動力電池總成檢測系統(tǒng)的使用功能，能夠?qū)﹄姵亓慵顟B(tài)進(jìn)行檢測，檢測電池的綜合性能是否正常，使用該方式進(jìn)行自動檢測，有助于提高檢測效率，還能夠減少檢測工人的工作壓力。系統(tǒng)的檢測包含兩個(gè)部分，不僅需要對電池基本功能進(jìn)行檢測，而且還需要對電池的可靠性、安全性等進(jìn)行測試。軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

另外，軟件架構(gòu)框架如圖5所示，其中一共包含4個(gè)層次，分別為應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、系統(tǒng)層和表示層。每一個(gè)層次負(fù)責(zé)相應(yīng)的工作，但是每個(gè)層次之間具有一定的聯(lián)系。然后四個(gè)層次共同承擔(dān)檢測系統(tǒng)的功能運(yùn)作。

4 檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

通過將電池總成檢測系統(tǒng)進(jìn)行連接之后，然后檢測電池的各種功能。圖6即為檢測系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試圖，主要對電池的正常運(yùn)行進(jìn)行測試，然后將測試結(jié)果顯示出來。經(jīng)過多次試驗(yàn)調(diào)試，文章所設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集到通信信息，然后能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行測試，并且將結(jié)果顯示在界面中，可以說檢測系統(tǒng)能夠滿足對電池功能檢測需求。

然后對檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和打印報(bào)表進(jìn)行測試，如圖7所示，當(dāng)檢測系統(tǒng)完成檢測功能之后，每一次的檢測都會自動生成測試報(bào)表，并且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行存儲和打印，方便管理員進(jìn)行管理和記錄。通過對檢測系統(tǒng)的調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵毓δ苓M(jìn)行檢測。

5 結(jié)語

文章主要對新能源汽車動力電池總成檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)研究。系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于一個(gè)初步分析階段。因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，會相當(dāng)復(fù)雜，要想能夠在實(shí)際檢測中發(fā)揮重要作用，需要對系統(tǒng)進(jìn)行不斷的調(diào)試和實(shí)際使用，才能不斷發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在問題，然后對其進(jìn)行不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能更好的滿足電池功能檢測的需求。

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