电动汽车动力电池测试系统设计
1、引言
随着传统燃油汽车引起的能源、环保等问题日益突出，人们对于可持续利用的资源探索也越来越重视，节能减排也成为了各个行业都要进行重点考虑的工作。在汽车行业，电动汽车的研发和功能提升成了全世界关注的焦点[1]，而电动车性能好坏的很大程度上决定于动力电池性能的优劣[2]。在电动汽车的前期开发中，计算机模拟仿真十分重要。计算机仿真技术作为现代工程研究广泛采用的研究方法，在电动汽车的研发过程中发挥着越来越重要的作用[3]。其经济性适用性很强，但是由于计算机仿真都是在建立大量数学模型后仿真的，在准确性上，取决于所建立数学模型的质量。因此，建立准确、适当的数学模型非常重要。但是在实际建模时，有些模型的建立非常复杂，甚至可能不能做出准确的数学模型。所以，在计算机中仿真可将实物系统模拟出来，解决建模难的问题[4]。在研究动力电池的充放电特性，测试动力电池在不同条件下的性能，对保证动力电池安全性、提高其利用效率以及开发更合适电动汽车的电机驱动器具有重要的理论意义和工程应用价值。本文提出了一套基于LabVIEW平台的电动汽车动力电池综合性能的评价系统，这势必将推动整个电动汽车动力电池技术的发展和促进电动汽车实用步伐的加快[5]。
2、国内外研究现状
据统计，至今开发出的电动汽车仿真软件较著名的就达数十种，仿真软件的出现对于电动汽车的研究与发展起到了巨大的推动作用，但不是每款软件都能满足客观实际需求，经常出现软件仿真功能不够强大，仿真结果效果差，使用繁琐等缺陷，目前很多软件已经被人们相继搁置。但为了电动汽车发展行业仍然顺利而迅速的发展，各大软件公司纷纷不断改进先进软件。我国在电动车方向仿真发展还是稍有落后的，近些年有一些高等院校，研究院开始逐渐对电动车仿真方向专项研究。对于仿真平台的建立首先是了解和参照国外的一些先进软件技术，在经过一段时间的摸索后，自主研发出新型的一些关于电动汽车组件的仿真软件，综合现阶段情况分析，国内的这些软件已然是对外来软件的再次开发，只是对一些模块的功能优化，新提出的方案更加理论化，对于控制领域关注更多一些，如模糊控制，智能控制等，并在最近几年各项研究成果显著，相继出现了少量适配于多种电动车的仿真软件。
ADVISOR 这款软件是目前电动汽车仿真较为广用的一款实用性很强的仿真软件。主要着重于对混合动力电动汽车在不同路况下进行测试分析，分析混合动力电动汽车的耗油状况，是否经济耐用等，同时还能测试古老的内燃机、纯电动及混合电动车的能耗情况、环保情况、对燃油的利用率等情况，以及汽车本身指标状况的分析。目前此款软件功能日益强大，不仅可以对纯电动汽车进行仿真，同时还可以对内燃机汽车、燃料电池电动汽车等不同的电动汽车进行仿真。这款软件也是利用人数最多，获取学习资源、软件资源最方便的软件，后因被收购，资源来源不如之前方便，免费资源慢慢变少[6]。
PSAT 该软件由美国一个名叫argonne的实验室首先研发的，与以往的仿真软件不同的是它侧重于前向仿真很少涉及后向，这种前向仿真具备很高的精确性，可信赖度相对而言很高，要比以往的仿真软件更加生动直观，对驾驶仿真系统的仿真更具实时性，能更精确体型每个不同区域的动态性能，仿真的结果更贴近于现实情况，可为电动车的测试分析提供可靠的数据依据，为电动车发展提供更贴近目的的控制策略现。因其具有更胜一筹的优越性，现已被世界各大工业大展企业广泛利用，根据不完全统计，目前大约有140个公司，将近800家用户正在利用这种软件进行科研工作[7]。
CRUISE 这款软件由奥地利公司首创，与ADVISOR和PSAT的不同在于，它兼具对整车性能的测试以及开发时传动结构的仿真预测，这个软件也是利用前向仿真的，利用仿真对汽车传动匹配，性能测试等，独特功能是可对各种汽车进行模拟仿真，不仅是燃料汽车、混合汽车，还是本文要仿真的纯电动汽车，都能利用该软件进行建模仿真。它对于车辆的建模很形象，可以对车辆的各种组件进行选择，如发动机、变速器，细致到可以选择你需要车型的轮胎，这样对于各种模拟数据的提供能够更加准确，更侧重于整车的测试[8]。
EVSIM 这款软件是以香港大学陈清泉院士为代表的电动汽车研究团队开发出来的，它是结合Matlab仿真平台进行仿真的一种开放软件，软件整体采用模块化的构造，基本模块路况模拟模块、数据采集传送模块、电机模块、蓄电池模块、控制器模块和整车性能模块等模块组成，可以实现对电动汽车整车性能的仿真。它属于一款基于PC的纯仿真系统软件，以一个友好的人机交互界面，实现电动车的技术性能分析，但是现在他只能适用于纯电动汽车仿真平台的构建，应用面单一[9]。
CHEV2002 这款软件由吉林高校吉大的王庆年教授研究团队首次研发的，主要解决混合动力汽车的测试问题而研制，这种软件仍是一种前向仿真软件，作者基于吉林大学混合动力汽车试验台的实际需要，充分利用现代微机和传感器技术，对实验台所用到的铅酸蓄电池进行试验，确定有放电电压和放电电流共同确定蓄电池SOC值得方法。基于实际控制其开发的需要，作者在MATLAB平台上开发了此混合动力正向仿真软件，此软件建模时应用逆向工程法，与以往的仿真反向进行，建模的入手点时输入量汽车运行时驾驶员踩踏油门的大小和制动踏板的开度，接下来再根据所需求的控制策略对各种驾驶情况确定，最终实现预计要达到的设计效果。该仿真平台代码不够开放，开发的成熟度还有待于进一步完善，而且仿真平台使用的对象狭窄，可移植性不强[10]。
EVSIML 北理工提出的EVSIML也是在Windows环境下利用C 和Matlab结合编程开发的电动车仿真软件[11]。C 与Matlab两种软件有机结合能充分取长补短，发挥各个特有特性。众所周知，C 具有优良界面，Matlab具有其他软件所不及的代码书写简单，入门速度快，计算功能强大等特点。这两种相结合的软件编程方式能够最大限度的发挥C 的优良界面和Matlab程序设计简单的特点。另外，C 本身的扩展性很强，可以在需要的时候与Matlab的程序分离。该软件数据处理功能便捷，运用图形界面与用户进行沟通，避免使用者创建繁琐的软件，以及在输入输出是过长的大量数据，不仅节约了时间，操作变得更为便捷，整体设计简洁明了，但是该软件是一款纯仿真软件，它的各功能计算模块均采用自行设计的编辑模块，如：行驶阻力仿真计算模块、EVSIML的动力性能计算模块、工况分析仿真计算模块、等速行驶经济性能计算模块、加速行驶经济性能计算模块、循环工况经济性能计算模块，不能实现硬件辅助连调，对于电动汽车技术性能的分析缺少实时性，产生的偏差也比较高[12]。
本课题研究结合硬件在环技术，在搭建的硬件平台上，以美国NI公司开发的图形化编程软件LabVIEW作为开发工具，实现系统仿真的软硬结合，提高了系统仿真的准确性。系统中通过RS232、CAN总线、PCI1711数据采集卡，实现各硬件系统之间的通讯，为上位机动力电池模拟运行仿真系统提供了实时有效的数据支持动力电池模拟运行仿真系统实现了电池车载实际工况下动态特性的模拟，为电池性能分析提供了依据。
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