CN202135074U - 全智能电池模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及全智能电池模拟器，包括AC/DC变流模块、直流转换DC/DC模块、控制单元，所述AC/DC变流模块位于所述直流转换DC/DC模块的前端，其包括输入接口和输出接口，所述输入接口与三相电网相连，所述输出接口通过电源线与直流转换DC/DC模块相连，所述直流转换DC/DC模块通过电源线与所述被测电机及控制器相连。所述模拟器采用双向SPWM逆变整流技术的新能源汽车电机及控制器的电源装置，由于其可以方便地实现并网充放电电流的正弦波形和高功率因数控制，对电网无污染。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源汽车电机领域，具体涉及一种全智能电池模拟器。
背景技术
对于新能源汽车电机、控制器及整车生产厂商来说，每台电机、控制器在生产过程中都需要进行性能测试工作，因此，电机及控制器测试设备必不可少，为被测电机及控制器供电的电池模拟器是测试设备的重要组成部分。而大量新能源汽车电机及控制器生产、整车生产、新能源汽车研发及检测为电池模拟器提供了广阔的应用舞台。
目前，被测新能源汽车电机及控制器检测电源通常采用两种方法进行：一是直接用蓄电池供电，蓄电池寿命短、体积大、维护困难、污染环境，并且要及时监视蓄电池电压的变化，以防过放的发生，其放电电流控制也不方便；另一种是采用可控硅整流电源，该方式无法将电机制动能量馈送电网，通常需要配置制动单元及制动电阻将被测电机制动能量通过热能耗掉，浪费能源，同时动态响应慢，不能完全满足被测电机及控制器要求的响应时间，另外，可控硅整流器含有大量的高次谐波成分，对电网造成谐波污染，功率因数也较低，会损失大量的无功电能。
发明内容
本实用新型克服了现有技术的不足，提出了一种全智能电池模拟器，所述模拟器采用双向SPWM逆变整流技术的新能源汽车电机及控制器的电源装置，由于其可以方便地实现并网充放电电流的正弦波形和高功率因数控制，对电网无污染，因此是高效节能的绿色电源。
本实用新型的技术方案为：全智能电池模拟器，包括AC/DC变流模块、直流转换DC/DC模块、控制单元、被测电机及控制器，所述AC/DC变流模块位于所述直流转换DC/DC模块的前端，其包括输入接口和输出接口，所述输入接口与三相电网相连，所述输出接口通过电源线与直流转换DC/DC模块相连，所述直流转换DC/DC模块通过电源线与所述被测电机及控制器相连。
所述AC/DC整流模块包括一个电压型逆变主电路，所述电压型逆变主电路采用电流控制方式。
直流转换DC/DC模块包括逆变模块、整流滤波电路、输出反馈电路和脉冲宽度调节电路，在逆变模块与整流滤波电路之间设置有逆变变压器，输出反馈电路位于整流滤波电路的后端，并通过电源线与整流滤波电路相连接，所述脉冲宽度调节电路通过一个调节器与输出反馈电路相连接，所述脉冲宽度调节电路通过电源线与逆变模块相连接。
所述控制单元包含直流电流闭环控制单元、直流电压闭环控制单元和交流并网电流控制单元。
本实用新型具有如下有益效果：
1)系统电动制动转换时间短，电动与制动状态转换能在10ms之内完成；
2)电压可实现无级调节，以满足不同被测电机及控制器电压等级需求；
3)电能可回馈电网，能量不浪费；
4)整流及逆变功率因数高，谐波小；
5)引入全新的软控制器对各种参数进行修改设置，无须任何人工干预；
6)引入专家智能系统，自动识别被测电机及控制器负载特性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型。
图1为本实用新型的结构原理示意图。
图2为本实用新型的AC/DC整流模块结构示意图。
图3为本实用新型的控制单元原理示意图。
图4为本实用新型的控制系统原理图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明，并非限制本实用新型所涉及的范围。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明，并非限制本实用新型所涉及的范围。
参见图1至图4所示，本实用新型包括AC/DC变流模块、直流转换DC/DC模块、控制单元、被测电机及控制器。AC/DC变流模块输出540-780V直流电压，再经使用直流斩波原理的DC/DC输出0-750V直流电压供不同类型的被测电机及控制器使用，AC/DC，DC/DC可实现双向能量传输，被测电机电动时，AC/DC处于整流方式，DC/DC处于降压斩波方式，电能由电网经AC/DC、DC/DC输出给被测电机及控制器；被测电机制动时，DC/DC处于升压回馈方式，AC/DC处于逆变方式，电机能量由DC/DC、AC/DC回馈电网。
AC/DC变流模块的电路结构如图2所示，双向SPWM逆变整流装置一般采用电压型逆变主电路，其功率开关器件为绝缘栅型双极晶体管(IGBT)，采用电流控制方式。其BP端与BN端与DC/DC输入的正极和负极相连，电阻Rs预充电电阻，以防止在合闸瞬间由于滤波电容的初始零电压，产生大的短路冲击电流，在预充电完毕后，接触器KM1闭合，短路Rs。其电容的选择与逆变器输出额定功率、母线电压有关，若电容量选择过小，逆变器直流母线电压的波动幅度将较大。
直流转换环节控制结构如图3所示，图中，Tv为采样周期，KdP、Kdl分别为直流电流外环PI调节器的比例、积分增益系数。PI调节器的参数整定方法与交流Gde(s)为直流放电传递函数，Wei(s)为交流环传递函数。电池的充放电系统需要控制直流电流和直流电压(功率由电压电流决定)，而交流并网电流也是需要控制的，因此，该系统的控制单元包含有三闭环控制。控制器可采用西门子S7-300的PLC作为主控制器，对各量进行采集控制，以达到稳定闭环的效果。由于系统存在三闭环控制，各调节器的控制参数设定对系统稳定性和快速性有较大影响，各调节器参数应合理优化设计，以保证系统的充放电电压和电流的稳定。
控制系统程序结构流程图如图4所示。软件程序根据用户事先设定好的逻辑运行。可以设定电动电压、电流，回馈电压、电流，电动回馈转化时间等参数。
系统主要功能设计如下。
1)电动运行曲线设定可以由用户在本机液晶显示操作面板上设定合适的电压电流为控制器提供电压电流参数，以有限数组实现曲线的拟合，控制电动时电流跟踪设定曲线，并最终稳定在电池充放电的上下限电压值上。
2)在制动模式下，如果系统完成了电动、制动过程，则自动停机等待并声音提示。
3)上位机的通信控制及管理本机系统设有Profibus通信接口，可以实现多机联网通信。本机可以通过现场总线将运行状态及数据传送至上位机，如电池模拟器电压、电池电流等；上位机也可以发送控制指令给下位机，如电动电压电流指令、回馈电压电流指令等，并可以同时监控和管理多电池模拟器设备，图形显示当前运行参数和历史运行曲线等。
4)系统的故障保护，对于该型的电池模拟器装置，除了要具备一般的逆变电源保护功能。采用双向SPWM逆变整流技术，由于其可以方便地实现并网电动制动电流的正弦波形和高功率因数控制，对电网无污染，因此是高效节能的绿色电源。系统功率开关器件选用IGBT，其开关工作频率可以达到20kHz以上，采用专用的DSP数据处理器控制，正弦波形的畸变率很小、噪音很低，系统设计的具有蓄电池联网群控智能化充放电的管理功能，可以适应不同电压等级和类型的电机测试系统生产和维护。由于该装置具有良好的控制性能和经济指标，其推广应用前景良好。
另外，本领域技术人员还可在本实用新型原理内做其它变化，当然，这些依据本实用新型原理所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围内。
Claims (4)
1.全智能电池模拟器，其特征在于：包括AC/DC变流模块、直流转换DC/DC模块、控制单元、被测电机及控制器，所述AC/DC整流模块位于所述直流转换DC/DC模块的前端，其包括输入接口和输出接口，所述输入接口与三相电网相连，所述输出接口通过电源线与直流转换DC/DC模块相连，所述直流转换DC/DC模块通过电源线与所述被测电机及控制器相连。
2.根据权利要求1所述的全智能电池模拟器，其特征在于：所述AC/DC变流模块包括一个电压型逆变主电路，所述电压型逆变主电路采用电流控制方式。
3.根据权利要求1或2所述的全智能电池模拟器，其特征在于：直流转换DC/DC模块包括逆变模块、整流滤波电路、输出反馈电路和脉冲宽度调节电路，在逆变模块与整流滤波电路之间设置有逆变变压器，输出反馈电路位于整流滤波电路的后端，并通过电源线与整流、滤波电路相连接，所述脉冲宽度调节电路通过一个调节器与输出反馈电路相连接，脉冲宽度调节电路通过电源线与逆变模块相连接。
4.根据权利要求3所述的全智能电池模拟器，其特征在于：所述控制单元包含直流电流闭环控制单元、直流电压闭环控制单元和交流并网电流控制单元。
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