本發(fā)明涉及一種測試裝置，特別涉及一種電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置。

（二）

背景技術(shù)：

電動汽車動力性能優(yōu)化的關(guān)鍵是設(shè)計適合的動力驅(qū)動系統(tǒng)，即實現(xiàn)動力電池組、電機和電機控制器的優(yōu)化匹配。雖然普通工業(yè)電機的測試技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但不能夠直接用于電動汽車動力系統(tǒng)的試驗和測試：（1）電動汽車牽引電機不同于普通的工業(yè)電機，其工作狀況比較復(fù)雜，其性能參數(shù)變化范圍大；（2）電動汽車對電機及控制器效率要求較高，并要求具有能量反饋；（3）在普通電機測試平臺上無法進行電動汽車動力電池組的測試。

目前國內(nèi)外針對電動汽車整車及關(guān)鍵零部件的測試評價開展了大量的研究工作，也制定了很多測試標準，但是在增程式電動汽車能量消耗、排放測試以及電動汽車電磁兼容特性測試、整車噪聲特性測試、蓄電池系統(tǒng)的壽命測試、動力總成測試、增程器測試、燃料電池發(fā)動機測試、車載充電機測試等方面還有待完善，以便更好地推進電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在取得成績和重大技術(shù)突破的同時，對于電動汽車動力系統(tǒng)的測試，還存在一些不足，目前主要有兩種方式。方式一：采取單一部件的測試方式，對動力電池、電機、控制器等單獨進行測試，如電池測試儀、電池充放電測試儀、測功機、電機測試電源等。這種測試方法，只能對單一的部件進行測試與檢驗，自動化程度低，且不能對電動汽車的動力系統(tǒng)進行整體性的測試、評價，不能為電動汽車動力系統(tǒng)的整體優(yōu)化配置提供支持與參考。方式二：直接對整車進行室外道路試驗。這種測試方法的優(yōu)點是可以模擬電動汽車使用的實際情況，對動力系統(tǒng)進行最直接的測試。但這種測試方法一般應(yīng)用于電動汽車設(shè)計的后期階段，對電動汽車整車進行評價，而對于電動汽車的核心動力系統(tǒng)進行前期測試并不適用。同時基于整車的室外道路試驗，由于受條件限制，也不能攜帶必需的儀器設(shè)備等，無法進行充足的數(shù)據(jù)采集與分析，為動力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)指導(dǎo)與支持。以上兩種方式都具有不足與局限性，這也是當(dāng)前我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。

（三）

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種測量精度高、測試效率高、降低勞動強度、穩(wěn)定可靠、自動化程度高、擴展性強的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，包括測功機，其特征是：所述測功機與變頻器相連接，測功機與扭矩儀相連接，扭矩儀連接有測試電機，測試電機與電機控制器相連接，電機控制器與直流電源或動力電池組相連接，直流電源與能量回饋裝置相連接。

所述變頻器連接有功率表。

所述動力電池組通過電池管理系統(tǒng)與計算機測試裝置進行無線通訊連接，功率表通過扭矩儀與計算機測試裝置進行無線通訊連接，變頻器、電機控制器和功率表分別與計算機測試裝置進行無線通訊連接。

所述變頻器、電機控制器、直流電源和能量回饋裝置分別與交流電源相連接。

本發(fā)明的有益效果是：能夠?qū)崟r跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)的負載變化情況，可以模仿驅(qū)動電機或汽車在行駛中的負載特性，能夠比較全面的測試動力系統(tǒng)的各種特性指標，還能夠?qū)恿﹄姵亟M進行比較全面的放電性能測試。能夠測量掌握電動汽車在動態(tài)工況中的動力系統(tǒng)負荷和性能參數(shù)，對電動汽車生產(chǎn)企業(yè)調(diào)整改善牽引電機動力系統(tǒng)具有重要的作用?？梢詫Χ嗯_國內(nèi)外電機及多組鋰離子動力電池組進行測試，穩(wěn)定可靠，提高了測試效率并減輕了測試勞動強度，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

（四）附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

附圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)框圖；

附圖2為本發(fā)明的直流電源的原理框圖；

附圖3為本發(fā)明的變頻電源的原理框圖；

附圖4為本發(fā)明的能量回饋裝置原理框圖。

（五）具體實施方式

附圖為本發(fā)明的一種具體實施例。該實施例包括測功機，測功機與變頻器相連接，測功機與扭矩儀相連接，扭矩儀連接有測試電機，測試電機與電機控制器相連接，電機控制器與直流電源或動力電池組相連接，直流電源與能量回饋裝置相連接。變頻器連接有功率表。動力電池組通過電池管理系統(tǒng)與計算機測試裝置進行無線通訊連接，功率表通過扭矩儀與計算機測試裝置進行無線通訊連接，變頻器、電機控制器和功率表分別與計算機測試裝置進行無線通訊連接。變頻器、電機控制器、直流電源和能量回饋裝置分別與交流電源相連接。

采用本發(fā)明的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，電動汽車驅(qū)動電機在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方面, 既要適應(yīng)城市道路慢速行駛的需要, 又要滿足高速公路快速行駛的特點；在轉(zhuǎn)矩輸出方面, 為保證電動汽車啟動和低速爬坡性能要求, 應(yīng)具有零速或低速大扭矩輸出能力。同時要求驅(qū)動電機具有相對較寬的高速恒功率區(qū), 滿足電動汽車連續(xù)高速行駛和加速性能的要求。電動機與驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵部件, 要使電動汽車有良好的使用性能, 驅(qū)動電機應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量小、效率高且有動態(tài)制動強和能量回饋等特性。

測試平臺要準確的檢測動力電池組、電機控制器、電機等各個環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù), 準確評價動力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的效率, 尋找電機高效工作區(qū), 期望電動汽車在運行時盡可能工作在高效區(qū)。能量反饋是電動汽車測試平臺不可或缺的基本配置, 電動汽車能量反饋系統(tǒng)能充分發(fā)揮電動汽車的優(yōu)點, 將汽車制動時的部分動能轉(zhuǎn)化為電能反充到動力電池組, 從而有效利用電池電能, 增加電動汽車的續(xù)駛里程。

影響電池放電性能因素有很多, 如放電倍率、電壓、溫度、內(nèi)阻等, 電動汽車動力測試平臺另外一個很重要的功能是測試動力電池組充放電性能。目前對動力電池組的放電測試一般通過大功率電熱絲發(fā)熱放電方式實現(xiàn), 放電過程難于控制。通過大功率電熱絲散熱放電不僅不安全, 而且造成能量的浪費, 通過本文測試平臺不僅可以設(shè)定放電參數(shù), 而且能將電池能量回饋電網(wǎng)。在測試平臺上改變電機輸出功率, 即改變電機輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,動力電池組輸出功率將隨之變化, 通過反饋控制就可以實現(xiàn)動力電池組以不同放電倍率放電。在電動汽車動力測試平臺上通過模擬加載設(shè)定放電條件, 可以定性的研究不同放電條件對動力電池組放電性能的影響。為進一步分析電池組庫侖容量( AH)和荷電狀態(tài)( SOC)提供依據(jù), 更加準確的預(yù)測電動汽車續(xù)駛里程和電池組循環(huán)壽命, 為動力電池組選型及動力匹配提供依據(jù)。

電動汽車工況的廣泛性, 決定了其試驗的復(fù)雜性。按照國家測試標準, 不僅要測試電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流、功率、效率、溫升、響應(yīng)特性、工況轉(zhuǎn)換特性, 而且還要考慮測試動力電池組放電性能, 如放電電流、電壓、溫升等各個方面的參數(shù)。如果僅僅依靠電動汽車行駛過程中的車載試驗, 是無法完成所有上述參數(shù)測試的。目前, 國內(nèi)的電機測試平臺一般不是針對電動汽車驅(qū)動電機設(shè)計的, 而且自動化程度不高, 無法滿足電機驅(qū)動系統(tǒng)動力電池組測試的要求。因此, 結(jié)合計算機通信技術(shù)與儀器技術(shù)開發(fā)電動汽車動力測試平臺, 根據(jù)車輛對電驅(qū)動系統(tǒng)的不同要求定制測試功能, 依靠軟件的強大數(shù)據(jù)處理能力, 不僅可解決現(xiàn)有測試儀器采樣速度低、存儲容量小、顯示功能單調(diào)、非正弦電參量測量誤差大、數(shù)據(jù)分析處理能力欠缺等問題。

采用本發(fā)明的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，變頻電源主要技術(shù)指標：

輸入電源：380V±10%,50Hz/60 Hz,三相四線/三相三線；

輸出容量: 0.5KVA-600KVA；

輸出電壓：AC 0V-520.0V；

輸出頻率：0 Hz-400 Hz；

相位差：120°±2°；

負載穩(wěn)壓率：0.5%；

頻率穩(wěn)定率：0.01%；

效率：≥95%。

直流電源主要技術(shù)指標：

輸入電源：380V±10%,50Hz/60 Hz,三相四線/三相三線； 輸出電壓：DC 0-1000V； 輸出電流：DC 0-1000A； 輸出電壓穩(wěn)定度：＜1%； 源電壓調(diào)整率：≤0.1%； 負載調(diào)整率：≤0.5%； 紋波電壓：≤1%； 效率：≥95%。 能量回饋裝置主要技術(shù)指標：

輸入電源：DC 0-1000V；

回饋功率：0-600KW；

無功補償：0-100KVA；

濾波范圍：3-50次諧波；

效率：≥95%。

采用本發(fā)明的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，直流電源技術(shù)方案：市電(380V 50HZ)經(jīng)整流濾波后變?yōu)榧s540V的直流電壓，經(jīng)K1～K4功率開關(guān)管有序工作后，變?yōu)槊}沖信號加至高頻變壓器的初級，脈沖的高度始終為540V。當(dāng)K1、K4開通時,540V高壓電流經(jīng)K1正向流入主變壓器初級，經(jīng)K4流出，在變壓器初級形成一個正向脈沖，同理，當(dāng)K2、K3開通時,540V高壓電流經(jīng)K3反向流入主變壓器初級，經(jīng)K2流出，在變壓器初級形成一個反向脈沖。這樣，在變壓器次級就形成一系列正反向脈沖，經(jīng)整流濾波后形成直流電壓。當(dāng)輸出電壓Uo較高時，脈沖寬度就寬，當(dāng)輸出電壓Uo較低時，脈沖寬度就窄，因此開關(guān)管實際上是一個控制脈沖寬窄的裝置。電源通過調(diào)節(jié)脈沖寬度，來調(diào)整輸出直流電壓，達到調(diào)壓、穩(wěn)壓的目的。

變頻電源技術(shù)方案：經(jīng)過AC→DC→AC變換的變頻電源有別于普通交流穩(wěn)壓電源。變頻電源的主要功用是將現(xiàn)有交流電網(wǎng)電源變換成所需頻率的穩(wěn)定的純凈的正弦波電源。理想的交流電源的特點是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波（無失真）。變頻電源十分接近于理想交流電源，因此，先進發(fā)達國家越來越多地將變頻電源用作標準供電電源，以便為用電器提供最優(yōu)良的供電環(huán)境，便于客觀考核用電器的技術(shù)性能。變頻電源，以DSP處理器為核心，以SPWM方式制作,用主動元件IGBT模塊設(shè)計， 以隔離變壓器輸出來增加整機穩(wěn)定性, 具有負載適應(yīng)性強、輸出波形品質(zhì)好、操作簡便、體積小、重量輕等特點，具有短路、過流、過載、過熱，過欠壓等保護功能，以保證電源可靠運行。

能量回饋裝置技術(shù)方案：

能量回饋裝置采用的是電壓型逆變主電路，該主電路可以實現(xiàn)能量回饋、諧波抑制和無功補償?shù)目刂?，將能量回饋與無功補償、有源濾波控制相結(jié)合，構(gòu)成并網(wǎng)發(fā)電、無功補償和有源濾波的一體化控制系統(tǒng)，這樣不僅可以有效地進行并網(wǎng)發(fā)電、提高供電質(zhì)量、減少功率損耗，還可以節(jié)省相應(yīng)設(shè)備的投資。在能量回饋的過程中，為使能量回饋最大化。采用了最大功率點跟蹤的方法，使能量快速回饋電網(wǎng)。在諧波抑制中，諧波電流檢測電路檢測出電網(wǎng)上的諧波，在通過A／D轉(zhuǎn)換器將信號送給DSP控制器，DSP經(jīng)過一定的算法，信號輸出，經(jīng)過驅(qū)動電路產(chǎn)生具有一定占空比的PWM信號，控制逆變器開關(guān)管的丌通斷。輸出諧波電流，此諧波電流與負載諧波電流大小一樣，幅值一樣，相位差相差180度，達到諧波補償作用。使負載輸出電流輸出基波。同時從諧波理論和既有的實踐看，只要通過軟件設(shè)定可以實時調(diào)整并網(wǎng)電流的瞬時值，從而迅速改變并網(wǎng)電流的瞬時波形以實現(xiàn)對電網(wǎng)的諧波對抗。這樣，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)從原理上說，既可用于向電網(wǎng)提供有功功率，也可進行無功補償和用作抑制諧波的有源電力濾波器(APF-ActivePower Filter)。

采用本發(fā)明的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，系統(tǒng)初始化模塊主要完成測試系統(tǒng)的配置,如電機控制模式、峰值電壓電流等, 確保測試平臺運行在安全的環(huán)境下。電機測試模塊是軟件系統(tǒng)的核心部分, 分為靜態(tài)手動測試、靜態(tài)自動測試、動態(tài)自動測試。靜態(tài)手動測試除了可以進行電機常規(guī)項目測試外, 主要用于電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩峰值包絡(luò)線測試。動態(tài)測試功能主要是進行常見工況模擬實驗, 如爬坡、循環(huán)工況等, 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩值預(yù)先在數(shù)據(jù)庫中設(shè)定, 無需手動調(diào)節(jié)。電池測試模塊用于動力電池組放電性能測試, 可以實現(xiàn)恒定倍率連續(xù)放電或脈沖放電試驗, 也可編程實現(xiàn)一定工況的模擬放電。數(shù)據(jù)處理模塊完成對實驗數(shù)據(jù)的后處理, 自動生成電機不同測試項目的報表和曲線, 自動生成動力電池組放電曲線和報表。

虛擬儀器是現(xiàn)代計算機技術(shù)、儀器技術(shù)及其它新技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，是在通用計算機平臺上，用戶利用一些基本硬件和軟件編程技術(shù)，根據(jù)需求定義和設(shè)計的具有測量功能的儀器系統(tǒng)。

虛擬儀器利用PC機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板(軟件)完成對儀器的控制，從而將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量，控制能力結(jié)合在一起，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲、顯示以及分析處理。虛擬儀器改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式，極大的提高了儀器的功能和使用效率，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，用戶可以根據(jù)自己的需要自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。可以說，虛擬儀器的出現(xiàn)將“儀器”的概念推向了一個新的紀元。它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)。

電動汽車動力系統(tǒng)測試平臺軟件的編寫采用了當(dāng)前開發(fā)虛擬儀器最流行的圖形化編程語言LabVIEW。利用功能強大的LabVIEW編寫相關(guān)的程序。測試軟件主要由數(shù)據(jù)采集分析和設(shè)備控制兩大模塊組成，數(shù)據(jù)采集分析模塊負責(zé)接受硬件控制器傳來的數(shù)據(jù)并可對數(shù)據(jù)進行實時的分析與存儲：設(shè)備控制模塊則負責(zé)向硬件控制器發(fā)送指令；數(shù)據(jù)傳輸方式采用USB串口通信方式。

采用本發(fā)明的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，根據(jù)電動汽車技術(shù)的特點及動力電池、驅(qū)動電機測試規(guī)范的要求，測試系統(tǒng)應(yīng)具有以下主要功能：驅(qū)動電機的外特性測試；驅(qū)動電機及其控制器的效率測試；堵轉(zhuǎn)特性測試;；常溫0 ℃～100 ℃范圍內(nèi)各溫度值的熱沖擊試驗；溫升試驗；最大制動功率測定；動力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真測試；轉(zhuǎn)矩響應(yīng)測試；驅(qū)動電機動態(tài)性能測試；電池3小時率容量；電池高倍率放電；電池荷電保持能力；電池循環(huán)耐久能力；電池快速充電能力；電池峰值功率等，根據(jù)測試需求,還應(yīng)增加相應(yīng)測試功能。

基于虛擬儀器的系統(tǒng)集成方案，從實現(xiàn)的角度將系統(tǒng)分為4個層次:應(yīng)用層、控制層、通信層和物理層。

應(yīng)用層：應(yīng)用層即在上位控制機上應(yīng)用LabVIEW 軟件開發(fā)的應(yīng)用軟件。充分利用虛擬儀器技術(shù)的特點,提供了實驗人員與整個測試系統(tǒng)友好方便的交互方式,體現(xiàn)了系統(tǒng)的總體輸入和輸出。

控制層：控制層負責(zé)對系統(tǒng)的輸入指令進行解釋,控制測試系統(tǒng)按照預(yù)定要求完成測試任務(wù)?？刂茖訌膬蓚€級別上實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制:第一級是系統(tǒng)級,即上位機采用LabVIEW軟件編寫的控制程序,目的是實現(xiàn)系統(tǒng)整體的運行控制和通信控制;第二級是組態(tài)級,采用PLC實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)及具體的控制策略。

通信層：通信層實現(xiàn)了測試系統(tǒng)各部分之間控制指令和信號數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸。測試電機、變頻電源、直流電源等以及計算機組成一個多節(jié)點的USB-CAN通訊總線。采用CAN通信協(xié)議作為系統(tǒng)通信層的骨干框架,既提高了系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力,又保證了與整車通信協(xié)議的一致性。同時,為滿足不同測試儀器的要求,系統(tǒng)還提供了對多種通信協(xié)議的兼容性,譬如IEEE488 、RS232 以及傳統(tǒng)線束等。

物理層：物理層是指執(zhí)行具體任務(wù)的各個組成部件,包括變頻電源、直流電源等其他輔助設(shè)備。

狀態(tài)監(jiān)控：上位機對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控,并根據(jù)不同的狀態(tài)采取相應(yīng)的控制策略或隨時接受操作人員的指令輸入而采取相應(yīng)的動作。采取分級的故障管理機制以保證系統(tǒng)安全可靠的運行。

采用本發(fā)明的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，計算機測試裝置控制全部測試過程, 有手動控制和自動控制兩種控制模式。在手動控制模式下, 可以手動控制電機控制方式(轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速), 并能調(diào)節(jié)期望轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速到期望值,可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速、恒轉(zhuǎn)矩、低速啟動等工況模擬。測試動力電池組放電性能時, 控制臺控制自動切換到電池組, 測試電機動力來自動力電池組, 測試系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)通過控制臺反饋控制, 可以實現(xiàn)電池不同電流、不同輸出功率、能量反饋等工況模擬。來自于動力電池組的能量大部分通過測功機和能量回饋裝置并網(wǎng)發(fā)電, 實現(xiàn)能量回收。在進行能量反饋測試時, 測試電機作為發(fā)電機, 發(fā)電產(chǎn)生的電通過能量回饋裝置反饋回電網(wǎng)或者直接對動力電池組充電。同時能量回饋裝置還可以到整個系統(tǒng)進行有源濾波和無功補償，降低對測試現(xiàn)場電網(wǎng)的諧波污染和現(xiàn)場測試儀器設(shè)備的干擾。直流電源通過編程控制可以模擬動力電池組放電特性, 在電動汽車開發(fā)初期對其動力進行模擬測試, 提高開發(fā)效率。

采用本發(fā)明的電動汽車動力系統(tǒng)測試裝置，不僅可以對動力系統(tǒng)的部件（如動力電池、控制器、驅(qū)動電機）進行測試，而且可以對動力系統(tǒng)整體進行測試，以優(yōu)化動力系統(tǒng)的總體性能和配置。采用Labview虛擬儀器技術(shù)，通過計算機軟件實現(xiàn)與測試現(xiàn)場的遠程通訊與控制，實現(xiàn)對動力系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)采集、分析、統(tǒng)計、存儲等。先進的電池管理系統(tǒng)，實時有效的對電池的充放電狀態(tài)、電池容量、電壓、內(nèi)阻、熱效應(yīng)等進行監(jiān)測與管理，確保測試的可靠性、準確性、安全性。直流電源動態(tài)響應(yīng)快，可模擬電動汽車實際行駛時，電池快速放電的狀態(tài)；變頻電源采用V/F控制、電流矢量控制、轉(zhuǎn)矩控制等多種控制方式，可實現(xiàn)寬頻寬壓輸出及實時迅速的調(diào)整，滿足電動汽車驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速及扭矩的控制需求?；仞亞卧捎孟冗M的瞬時無功理論，不僅可以將驅(qū)動電機制動時產(chǎn)生的再生能量回饋至電網(wǎng)，而且可以對整個測試系統(tǒng)進行有源濾波及無功補償，提高整個測試系統(tǒng)的運行效率和功率因數(shù)，減小對測試現(xiàn)場的電網(wǎng)諧波污染。對于提高電動汽車動力系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性，對于提高我國電動汽車的技術(shù)水平，促進電動汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，合理規(guī)劃我國的能源結(jié)構(gòu)和能源安全，都具有重要的經(jīng)濟意義與社會意義。