电动汽车动力电池工况模拟实验方案设计
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2014
年第 27
卷第 10 期
Electronic Sci. ＆ Tech. / Oct. 15，2014
电动汽车动力电池工况模拟实验方案设计
陈雪强，
金 鹏，
林 鹏
(
北方工业大学 机电工程学院，
北京 100144)
摘 要 在电动汽车动力电池实际应用中，
需经过长时间的实际路况测试，
实验周期长、
过程繁杂，
且成本高。
为解决这一问题，
在基于飞思卡尔 MC9S12XEG128
单片机的电池管理系统( BMS)
及 C#
数据采集监控系统实测数据基
础上，
基于 Arbin
的电动汽车测试系统( EVTS)
设计动力电池的工况模拟实验平台，
实现了对电池多参数的实时采样、
显示、
存储及实际路况模拟测试，
从而实现了在实验室获得实车外路测试相同的电池工作数据。
测试结果表明，
该方
案可获得与外路实车测试相同的结果。
关键词 电动汽车;
动力电池;
工况实验;
单片机; Visual C
中图分类号 TP274 +
. 5; TM911. 14
文献标识码 A
文章编号 1007 － 7820(2014)10 － 142 － 05
Design of a Simulation Experiment for Electric Vehicle Power Battery's Working Condition
CHEN Xueqiang，JIN Peng，LIN Peng
( School of Mechanical and Electrical Engineering，North China University of Technology，Beijing 100144，China)
Abstract In the practical application of electric vehicle power battery，long-period real road tests are needed，
and the experimental process is complicated and costly． To solve this problem，based on the data collected by the
battery management system( BMS) created on Freescale MCU MC9S12XEG128 and data acquisition and monitoring
system created on Visual C#，the Arbin electric vehicle test systems are used to design a power battery working con-
dition test platform with the real-time multi-parameter sampling， display， storage， and real road simulation test
functions． The test results show that the scheme can obtain the same results with real road tests．
Keywords electric vehicles; power battery; working condition experiment; MCU; Visual C
随着环境污染的加剧，
电动汽车以其节能环保的
优势越来越受到重视，
在电动汽车的研究和发展上，
车
载动力电池及其管理系统的研究与制造占据着重要的
位置［1］
。
伴随着电动汽车技术的成熟，
电动汽车也逐
渐从实验品转化为产品。
在电动车辆测试中，
电池的
实际路况测试具有重要的地位，
但在应用中，
实际路况
测试周期较长、
成本较高，
而台架模拟和实际运行有差
别［8］
。
通过本实验方案的设计可简化该测试过程。
该
方案依托电池管理系统( BMS)
和基于电池管理系统的
数据监控和采集系统采集的插电式镍氢快充混合动力
客车外路测试电池数据，
采用美国 Arbin
公司的电动
汽车测试系统( EVTS)
的 MITS
上位机控制软件进行
模拟仿真，
可在实验室获得与外路实验相同的电池测
试数据，
同时电池的放电通过测试系统回馈电网，
电能
可循环使用，
该方案具有良好的可复制性，
可在较大程
度上节省实验成本。
收稿日期: 2014-03-17
作者简 介:
陈 雪 强 ( 1988—)，
男，
硕 士 研 究 生。
研 究 方 向:
电动汽车驱动系统，
电池管理系统，CAN
总线应用。E-mail:
**************************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采用 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)
电池属于碱性电池，
因其不存在重
金属污染问题，
称为“
绿色电池”，
目前镍氢电池所能
达到的性能指标为:
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，
循环使用寿命超过 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性能好，
充放电效率高，
无重
金属污染，
全密封免维护的优点［2］
。
客车工作在纯电
动和混合动力模式，
电池剩余电量( Soc) ＜ 40%
时工作
在混合动力模式，＞ 40%
时工作在纯电动模式，
工作模
式切换如图 2
所示;
纯电动模式时最高时速为 70 km / h，
该车作为公交车使用，
一般工作于纯电动模式，
电池的
Soc
在 80% ～ 30% ，
即每次放电量为 50% ，
放电量为
60 Ah，
可保证纯电动模式下行驶约 30 km;
采用 3C
大
电流充电，Soc
从 30%
充到 80% ，
即充电量为 60 Ah
大
约需 10 min，
实现充电 10 min，
运行 30 km
的性能。
∫
图 1
混合动力车电池组连接结构图
图 2
混合动力车辆工作模式
2
电池管理系统( BMS)
电池管理系统采用分布式主从结构，
每套从系统
负责每组 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，
电池剩余电量( Soc)
计算以及和主控板的 CAN
通讯。
主控板负责总电流，
总电压的采样，
电池剩余电量的计算，
故障判断，
系统
保护和 主 从 内 部 CAN
通讯及主控和整车控制器
( ECU)
的 CAN
通讯，
结构如图 3
所示。
系统中电流的
采样间隔为 10 ms，
可满足电量安时法的计算要求，
电
池 Soc
的计算采用安时积分法加校正来确定。
电池剩余电量( Soc)
安时法计算公式如下
t
Soc( t) = Soc( t
0 ) +
α( t) dt / Q (1)
t
0
式中，
α(t)
为充放电效率，
与电池温度和 Soc
有关，i(t)
为电 池 充 放 电 电 流 值，Q
为电池额定容 量，
单 位
为 Ah［3］
。
电量数字积分计算公式如下
n
Q( nT) = Q(0) + ∑
i = 1 i( nT)·T (2)
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。
图 3
电池管理系统功能结构图
CAN
通讯:CAN
总线是德国 BOSCH
公司从 20
世
纪 80
年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪
器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，
它是一种多主总线，
通信介质可以是双绞线、
同轴电缆
或光导纤维，
通信速率可达 1 Mbit·s － 1
。
数据长度最
多为 8 Byte，
不会占用总线时间过长，
从而保证通信的
实时性;CAN
协议采用 CＲC
检验并可提供相应的错误
处 理 功 能，
保 证 了 数 据 通 信 的 可 靠 性［4］
。
MC9S12XEG128
单片机具有两路 CAN
控制器，
主板的
一路 CAN
控制器用于主从板的内部 CAN
通讯，
另外
一路用于主板和整车控制器( ECU)
的通讯。
系统中
CAN
通讯速率设置为 250 kbit · s － 1
，
通 信 周 期 为
100 ms。
外部 CAN
采用周立功 CTM8251T
通用 CAN
隔离
收发器，CTM8251
内部集成了所有必需的 CAN
隔离及
CAN
收发器件。
芯片的主要功能是将 CAN
控制器的
逻辑电 平 转 换 为 CAN
总线的差分电平并且具有
DC2500V
的隔离功能，
符合 ISO11898
标准，
其原理如
图 4
所示。
图 4
外部 CAN
通信电路图
内部 CAN
通信采用 TLE6250G
作为 CAN
收发器，
TLE6250
采用 P － DSO － 8 － 3
封装，
体积小，
数据传输
速度可达 1 Mbit·s － 1
，
应用于 12 V
或 24 V
的汽车和
工业系统中，
其原理如图 5
所示。
3
数据监控和采集系统
数据监控和采集系统采用 Visual C#2010
软件平 台，
通过周立功 USB － CAN II
智能卡和 CAN － bus
接口
