动力电池自动化测试系统总体方案.docx
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动力电池自动化测试系统总体方案
动力电池自动化测试系统总体方案(总28页)
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
(、3276513)
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
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
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
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:
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双核以上Dualcoreabove
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。
充放电测试仪方案
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
≤±%
电压测量精度
≤±%
电流控制精度
≤±%
电流测量精度
≤±%
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
≤%.
电流纹波
≤1%.
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
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。
Pack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%。
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。
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
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