一种动力电池包传导骚扰仿真方法与流程

1.本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种动力电池包传导骚扰仿真方法。


背景技术：

2.与传统汽车相比，新能源电动汽车直接使用电驱动系统，高压电气系统中的开关器件，这使得电磁干扰问题更为严重。且随着车载智能化、娱乐化设备不断的增加，电气线束分布广等特点，使得车内电磁耦合路径复杂。轻者影响电子设备的正常工作，重则引起车内控制系统失灵，通信中断等，给行车安全造成严重的隐患。
3.近些年，整车厂及科研机构主要的研究工作主要是汽车线束串扰、车体屏蔽效能、点火系统的emc问题、电驱传导骚扰等问题的研究。2014年，重庆大学分析了以dc/dc、dc/ac等干扰源以动力电池为传导路径对整车的影响，但该项工作只将电池包等效为一个高压源，并没有对其产生的磁兼容问题进行研究。
4.前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种动力电池包传导骚扰仿真方法，以对电池包产生的传导骚扰进行仿真。
6.本发明提供一种动力电池包传导骚扰仿真方法，包括：在3d电磁场全波仿真软件中搭建动力电池包三维模型，动力电池包三维模型包括：电池包外壳模型，高低压线缆走向及横截面模型；根据动力电池包三维模型，计算电池包内外线缆等效模型；建立干扰源模型；利用阻抗分析仪提取锂离子电池单体电芯的阻抗特性，建立锂电芯的等效电路模型；根据锂离子电池单体之间的串并联关系和锂电芯的等效电路模型，得到动力电池模组的等效电路模型；以及根据电池包内外线缆等效模型、干扰源模型和动力电池模组的等效电路模型，搭建电压法计算模型。
7.进一步，动力电池包三维模型，还包括模组盒模型和接地平板模型。
8.进一步，建立干扰源模型的步骤包括：在激励源获取过程中，采用时间对应的频率带宽不能高于标准测试频率带宽的两倍，采样间隔对应频率范围要高于标准测试频率范围。
9.进一步，建立干扰源模型的步骤包括：采用示波器获取干扰源的时域波形信号，并将时域波形信息经过傅里叶频谱展开后转换为频域信号。
10.进一步，建立干扰源模型的步骤包括：当动力电池包应用于具有bms系统的汽车时，获取bms系统pcb板接插件线缆上的时域信号，以建立干扰源模型。
11.进一步，利用阻抗分析仪提取锂离子电池单体电芯的阻抗特性，建立锂电芯的等效电路模型的步骤包括：利用矢量匹配法拟合出锂离子电池单体电芯的阻抗特性曲线，进而根据锂离子电池单体电芯的阻抗特性曲线建立锂电芯的等效电路模型。
12.本发明提供的动力电池包传导骚扰仿真方法能对电池包产生的传导骚扰进行仿
真。
附图说明
13.图1为本发明实施例一种动力电池包传导骚扰仿真方法的流程示意图；
14.图2显示动力电池包内外部分线缆的等效spice模型；
15.图3为电流探头获取的时域信号；
16.图4是时域信号经过傅里叶频谱展开后的结果；
17.图5显示模组的等效电路模型；
18.图6是电池包传导骚扰电压法的详细布置图；
19.图7显示在软件中搭建的传导骚扰电压法仿真电路模型的方框示意图；
20.图8对比显示高压正极传导骚扰值的仿真结果与实测结果；
21.图9对比显示高压负极传导骚扰值的仿真结果与实测结果；
22.图10对比显示低压正极传导骚扰值的仿真结果与实测结果；
23.图11对比显示低压负极传导骚扰值的仿真结果与实测结果。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
25.本发明主要研究动力电池包的传导骚扰问题。本发明首先通过三维软件建立动力电池包的3d模型，并计算电池包内外高低压线缆的等效模型；然后利用仿真软件建立传导骚扰电压法电路级仿真模型；最后根据实际试验工况进行计算，将得到的仿真结果与试验结果对比验证，证明所用方法的准确性，以及所建模型的有效性。
26.对于传导骚扰电压法分析，是通过分析达到lisn端口的电压频域信号与测试限值进行比较，从而判断干扰值是否会超过敏感设备的电磁兼容阈值。
27.请参考图1，本发明实施例一种动力电池包传导骚扰仿真方法，动力电池包三维模型包括：
28.步骤s11，在3d电磁场全波仿真软件中搭建动力电池包三维模型，包括：电池包外壳模型，高低压线缆走向及横截面模型；
29.步骤s13，根据动力电池包三维模型，计算电池包内外线缆等效模型；
30.步骤s31，建立干扰源模型；
31.步骤s51，利用阻抗分析仪提取锂离子电池单体电芯的阻抗特性，建立锂电芯的等效电路模型；
32.步骤s53，根据锂离子电池单体之间的串并联关系和锂电芯的等效电路模型，得到动力电池模组的等效电路模型；
33.步骤s71，根据电池包内外线缆等效模型、干扰源模型和动力电池模组的等效电路模型，搭建电压法计算模型。
34.详细而言，步骤s11和s13用于建立动力电池包传导骚扰电路模型。步骤s31用于建立干扰源模型。步骤s51和s53用于建立动力电池模组的等效电路模型。步骤71用于进行传导骚扰电压法测试。
35.建立动力电池包传导骚扰电路模型时，对步骤s11和s13，具体地，在步骤s11中，动力电池包三维模型，还可以包括模组盒模型和接地平板模型。换言之，建立动力电池包传导骚扰电路模型时，可以首先根据动力电池包传导骚扰电压法测试平台，在3d电磁场全波仿真软件中搭建动力电池包模型，例如主要是外壳模型、模组盒模型、高低压线缆走向及横截面模型等，然后计算得到电池包内外线缆的等效模型，如图2所示。图2显示动力电池包内外部分线缆的等效spice模型。n415_cx_4_1表示高压线，n415_cx_4_1_screen表示接地线，n387_sw_192表示单线，其余端子类似。
36.建立干扰源模型时，对于理想模型的仿真，可以根据需要直接采用软件中自带的激励源，而对于实际情况，可以采用示波器测量干扰源连接导线上的电压/电流波形，从而获取干扰源的时域波形。在激励源获取的过程中，为保证频率信息不丢失，本技术同时考量了采样时长及采样率。具体地，对步骤s31，建立干扰源模型的步骤包括：以不高于标准测试间隔的2倍频率间隔获取激励源，换言之，在激励源获取过程中，采用时间对应的频率带宽不能高于标准测试频率带宽的两倍，采样间隔对应频率范围要高于标准测试频率范围。在激励源获取的过程中，本技术为保证频率信息不丢失，以不高于标准测试间隔的2倍频率间隔获取激励源。同时，在步骤s31中，当动力电池包应用于具有bms系统的汽车时，获取bms系统pcb板接插件线缆上的时域信号，以建立干扰源模型。另外，在步骤s31中，建立干扰源模型的步骤包括：采用示波器获取干扰源的时域波形信号，并将时域波形信息经过傅里叶频谱展开后转换为频域信号。以其中一个电芯的采样信号线为例，图3为电流探头获取的时域信号，该时域信号经过傅里叶频谱展开后的结果如图4所示。
37.建立动力电池模组的等效电路模型时，具体而言，在步骤s51中，利用阻抗分析仪提取锂离子电池单体电芯的阻抗特性，建立锂电芯的等效电路模型的步骤可以包括：利用矢量匹配法拟合出锂离子电池单体电芯的阻抗特性曲线，进而根据锂离子电池单体电芯的阻抗特性曲线建立锂电芯的等效电路模型。本技术利用阻抗分析仪提取锂离子电池单体电芯的阻抗特性，并利用矢量匹配法拟合出电芯等效电路模型，最后根据串并联关系，得到模组的等效电路模型如图5所示。
38.进行传导骚扰电压法测试时，本技术电池包传导骚扰电压法详细的布置如图6所示，测试工况为4.7a恒流放电，分别测得动力电池包在0.15mhz-108mhz频率范围内的传导骚扰值。根据试验平台，在软件中搭建的传导骚扰电压法仿真电路模型的方框示意图如图7所示，仿真工况、仿真频段与标准测试保持一致，采用lna法仿真获取高低压lisn处的传导骚扰值。
39.图8至11对比显示了仿真结果与实测结果，其中，图8为高压正极传导骚扰值对比，图9为高压负极传导骚扰值对比，图10为低压正极传导骚扰值对比，图11为低压负极传导骚扰值对比。图中曲线l1为传导骚扰电压法限值，曲线l3为标准测试结果，曲线l2为仿真结果。从图8至11对比结果可以看出，仿真结果能与测试结果整体趋势较好的吻合，平均误差不超过
±
6db，特别是在0.15mhz-0.3mhz、41mhz
‑‑
108mhz频率范围内。从图10至11对比结果可以看出，在整个频段内，仿真结果能与测试结果均能较好的吻合，平均误差不超过
±
6db。
40.综上所述，在传导骚扰电压法的测试频段内，本发明建立的模型能够较为准确的描述电池包在正常工作时产生的骚扰信号的频域特性，仿真精确度高。
41.本发明主要解决的问题：(1)提供一种建立干扰源模型方法：想要获取主从板上的
干扰源，一般需要pcb板上所有芯片的spice或ibis模型，但是芯片这两种模型一般比较难获取，本技术采用示波器直接获取pcb板连接线缆上的时域信号作为干扰源，其操作简单，且更接近实际工作情况；(2)提供一种频域的仿真方法：目前没有针对整个电池包的传导骚扰进行仿真的技术方案，本发明提供一种比较稳定的求解方法，频域仿真，相对于时域法，频域求解器更加稳定；(3)本发明可以研究电池包不同工作状态下emc问题，且也可以为整车emc问题的研究提供理论支撑。
42.在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。
43.在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
44.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。