專利名稱：新能源汽車電池模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新能源汽車電池模擬器。
背景技術(shù)：
目前，電池的放電維護(hù)通常采用兩種方法進(jìn)行一是串接負(fù)載電阻放電，把蓄電池存儲(chǔ)的電能耗散在大功率電阻的發(fā)熱中，因此，每進(jìn)行一次維護(hù)工作須消耗大量的電能，并且要及時(shí)監(jiān)視電池電壓的變化，以防過放的發(fā)生，其放電電流控制也不方便；另一種是采用可控硅有源逆變方式進(jìn)行放電維護(hù)，該方式將電能饋送電網(wǎng)，以達(dá)節(jié)能降耗目的，該方式雖然可將能量返回給電網(wǎng)起到節(jié)能作用，但由于其反饋給電網(wǎng)的電流波形為方波，含有大量的高次諧波成分，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，且運(yùn)行時(shí)電磁噪聲較大，并網(wǎng)功率因數(shù)也較低，會(huì)損失大量的無功電能。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了新能源汽車電池模擬器，所述模擬器借助于變壓器大容量，控制抽頭調(diào)節(jié)范圍輸出多種電壓，后經(jīng)AC/DC后變成直流，靠變壓器的電壓調(diào)節(jié)能力，彌補(bǔ)了 AC/DC本身大范圍調(diào)節(jié)電壓的難題。由于其采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制和管理，可以方便各類用戶需求，并具有蓄電池充放電曲線的優(yōu)化設(shè)定控制，有助于延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，也方便蓄電池的生產(chǎn)和管理，在節(jié)能降耗方面可以得到大大提高。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為新能源汽車電池模擬器，包括寬調(diào)壓范圍自耦變壓器、 LCL濾波器、斬波器、電池和控制單元，所述寬調(diào)壓范圍自耦變壓器設(shè)置一個(gè)繞組，所述LCL 濾波器通過三相電源線與寬調(diào)壓范圍自耦變壓器相連接，所述斬波器包括一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述輸入端通過電源線與LCL濾波器相連接，所述輸出端通過電源線與電池相連。所述控制單元包括控制器、直流電流模塊、直流電壓模塊和交流并網(wǎng)電流模塊。所述控制器通過信號(hào)線與直流電流模塊相連接。所述控制器通過信號(hào)線與直流電壓模塊相連接。所述控制器通過信號(hào)線與交流并網(wǎng)電流模塊相連接。所述控制器為西門子S7-300控制器。本實(shí)用新型具有如下有益效果1)系統(tǒng)對(duì)能量的供給和吸收方便自如，轉(zhuǎn)換時(shí)間短；2)自耦變壓器的使用，擴(kuò)寬了 AC/DC單元直流輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍；3)電壓可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，以滿足不同被測(cè)電機(jī)的電壓等級(jí)需求；4)每組測(cè)試電機(jī)共用直流母線實(shí)現(xiàn)能量的互饋；5)多組被測(cè)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，相互實(shí)現(xiàn)能量互饋；6)引入全新的軟控制器對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)置，無須任何人工干預(yù)；7)整流多級(jí)功率均衡同步輸出電路，保證并聯(lián)部分負(fù)載平衡，延長(zhǎng)各單元使用壽命；8)減少對(duì)電網(wǎng)污染，提高效率。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本實(shí)用新型的AC/DC結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的電流控制原理圖。圖4為本實(shí)用新型的閉環(huán)電流控制示意圖。圖5AC/DC回饋系統(tǒng)示意圖。圖中，1、寬調(diào)壓范圍自耦變壓器；2、LCL濾波器；3、斬波器；4、電池。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明，并非限制本實(shí)用新型所涉及的范圍。參見圖1至圖5所示，本實(shí)用新型包括寬調(diào)壓范圍自耦變壓器1、LCL濾波器2、斬波器3、電池4和控制單元。寬調(diào)壓范圍自耦變壓器1是只有一個(gè)繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時(shí)，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，外施電壓只加在繞組的-部分線匝上。通常把同時(shí)屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自藕變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高.這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、 電壓等級(jí)的提高和輸送容量的增大，自藕變壓器由于其容量大、損耗小、造價(jià)低而得到廣泛應(yīng)用.由電磁感應(yīng)的原理可知，變壓器并不要有分開的原繞組和副繞組，只有一個(gè)線圈也能達(dá)到變換電壓的的。普通變壓器的原，副繞組是互相絕緣的，只用磁的聯(lián)系而沒有電的聯(lián)系，依線圈組數(shù)的不同，這種變壓器又可分為雙圈變壓器或多圈變壓器自耦變壓器中的電壓，電流和匝數(shù)的關(guān)系和變壓器，既V1/V2 = V1/V2 = 12/11 = K。自耦變壓器最大特點(diǎn)是，副繞組是原繞組的一部分(如圖中自耦降壓變壓器)，或原繞組是副繞組的一部分自耦式變壓器的好處兩個(gè)繞組部分重疊，因此可以節(jié)省了部分銅線、體積較細(xì)、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。 LCL濾波器2位于寬調(diào)壓范圍自耦變壓器1的輸出端，由于該電源提供的是直流電，因此在并網(wǎng)時(shí)，需要通過DC/AC逆變器實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換，逆變輸出的交流電經(jīng)簡(jiǎn)單的L或LC濾波器與電網(wǎng)相連。電壓變換器因其成熟的技術(shù)廣泛應(yīng)用于此。變流器中存在大量的非線性元件，特別是靜止變流器以開關(guān)方式工作，從而引起電網(wǎng)電流、電壓波形畸變，使高次諧波顯著增加。然而采用L濾波器時(shí)，為了減小電流紋波，不得不增加L，導(dǎo)致濾波器體積增大；采用LC濾波器，雖然結(jié)構(gòu)和參數(shù)選取簡(jiǎn)單，但無法抑制輸出電流中的高頻紋波，容易因電網(wǎng)阻抗的不確定性影響濾波效果。LCL濾波器2因其高效的濾波效果受到廣泛重視。由于濾波器潛在的要求，使其參數(shù)的選擇對(duì)濾波器的性能影響很大。所述LCL濾波器2通過三相電源線與寬調(diào)壓范圍自耦變壓器1相連接，所述斬波器3包括一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述輸入端通過電源線與LCL濾波器2相連接，所述輸出端通過電源線與電池4相連?？刂茊卧刂破?、直流電流模塊、直流電壓模塊和交流并網(wǎng)電流模塊。所述控制器通過信號(hào)線與直流電流模塊相連接。所述控制器通過信號(hào)線與直流電壓模塊相連接。所述控制器通過信號(hào)線與交流并網(wǎng)電流模塊相連接。所述控制器為西門子S7-300控制器。電池的充放電系統(tǒng)需要控制直流電流和直流電壓(功率由電壓電流決定)，而交流并網(wǎng)電流也是需要控制的，因此，該系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)應(yīng)包含有三閉環(huán)控制?？刂破骺刹捎梦鏖T子S7-300的PLC作為主控制器，對(duì)各量進(jìn)行采集控制，以達(dá)到穩(wěn)定閉環(huán)的效果。由于系統(tǒng)存在三閉環(huán)控制，各調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)設(shè)定對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性有較大影響，各調(diào)節(jié)器參數(shù)應(yīng)合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證系統(tǒng)的充放電電壓和電流的穩(wěn)定。系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)如下。1)充放電曲線設(shè)定可以由用戶在本機(jī)液晶顯示操作面板上設(shè)定合適的電壓電流充放電數(shù)值，以有限數(shù)組實(shí)現(xiàn)曲線的擬合，控制充放電電流跟蹤設(shè)定曲線，并最終穩(wěn)定在電池充放電的上下限電壓值上。2)充放電模式設(shè)定設(shè)置了放電模式、充電模式和循環(huán)自動(dòng)充放電模式。在充放電模式下，如果系統(tǒng)完成了充放電過程，則自動(dòng)停機(jī)等待并聲音提示。在循環(huán)自動(dòng)充放電模式，會(huì)根據(jù)用戶設(shè)定的循環(huán)充放電次數(shù)，自動(dòng)完成充放電控制，并停機(jī)聲音提示。3)上位機(jī)的通信控制及管理本機(jī)系統(tǒng)設(shè)有ftOfibus通信接口，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。本機(jī)可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線將運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，如電池電壓、電池電流等；上位機(jī)也可以發(fā)送控制指令給下位機(jī)，如充電電壓電流指令、放電電壓電流指令等，并可以同時(shí)監(jiān)控和管理多臺(tái)蓄電池充放電設(shè)備，圖形顯示當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)和歷史運(yùn)行曲線等。對(duì)于該型的電池充放電維護(hù)裝置，除了要具備一般的逆變電源保護(hù)功能，如交流過流、直流過流、短路、蓄電池過充過放、散熱器超溫等，特別還應(yīng)有孤島效應(yīng)的防止與保護(hù)功能。孤島效應(yīng)是指并網(wǎng)型逆變電源在電網(wǎng)斷電時(shí)，逆變器仍然保持對(duì)失壓電網(wǎng)中的某一部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)，這樣電力孤島效應(yīng)區(qū)域會(huì)發(fā)生電壓和頻率不穩(wěn)定現(xiàn)象，有可能對(duì)外部設(shè)備造成損壞或發(fā)生觸電安全事故。圖7為孤島效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理，正常供電時(shí)，開關(guān) A閉合，蓄電池逆變電源和電網(wǎng)同時(shí)給負(fù)載供電。當(dāng)電網(wǎng)突然停電，即從A處斷開，若這時(shí)負(fù)載阻抗正好與輸出電流相匹配，則在電網(wǎng)斷開時(shí)，負(fù)載電壓不會(huì)有任何變化，采用常規(guī)檢測(cè)電壓方法，系統(tǒng)無法判斷電網(wǎng)停電，仍然繼續(xù)向負(fù)載供電，即產(chǎn)生了孤島效應(yīng)。對(duì)孤島效應(yīng)的識(shí)別有多種方式，可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。一般規(guī)定并網(wǎng)逆變電源本機(jī)應(yīng)同時(shí)具有主動(dòng)和被動(dòng)識(shí)別能力，以提高孤島效應(yīng)識(shí)別的可靠性，并且要求識(shí)別響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于Is。主動(dòng)式孤島效應(yīng)的識(shí)別方式有主動(dòng)頻率偏移、有功功率變動(dòng)、無功功率變動(dòng)等。被動(dòng)式方式有電壓相位跳動(dòng)、三次電壓諧波變動(dòng)、頻率變化等?？刂平槊鍹BT[0038]電腦軟件BTS-600[0039]外部控制模擬輸入，CAN[0040]分辨率士 12位[0041]數(shù)據(jù)采集率IOms[0042]精度士 0. 25%全程[0043]直流電流紋波(全程[0044]電流上升時(shí)間(10-90%負(fù)載)I< 5ms[0045]電壓上升時(shí)間(10-90%負(fù)載)U< 20ms[0046]電源供應(yīng)3 相，50/60HZ環(huán)境溫度10-40° C(50-104° F)另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本實(shí)用新型原理內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本實(shí)用新型原理所做的變化，都應(yīng)包含在本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.新能源汽車電池模擬器，其特征在于包括寬調(diào)壓范圍自耦變壓器、LCL濾波器、斬波器、電池和控制單元，所述寬調(diào)壓范圍自耦變壓器設(shè)置一個(gè)繞組，所述LCL濾波器通過三相電源線與寬調(diào)壓范圍自耦變壓器相連接，所述斬波器包括一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述輸入端通過電源線與LCL濾波器相連接，所述輸出端通過電源線與電池相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源汽車電池模擬器，其特征在于所述控制單元包括控制器、直流電流模塊、直流電壓模塊和交流并網(wǎng)電流模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新能源汽車電池模擬器，其特征在于所述控制器通過信號(hào)線與直流電流模塊相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新能源汽車電池模擬器，其特征在于所述控制器通過信號(hào)線與直流電壓模塊相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新能源汽車電池模擬器，其特征在于所述控制器通過信號(hào)線與交流并網(wǎng)電流模塊相連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及新能源汽車電池模擬器，包括寬調(diào)壓范圍自耦變壓器、LCL濾波器、斬波器、電池和控制單元，所述寬調(diào)壓范圍自耦變壓器設(shè)置一個(gè)繞組，所述LCL濾波器通過三相電源線與寬調(diào)壓范圍自耦變壓器相連接，所述斬波器包括一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述輸入端通過電源線與LCL濾波器相連接，所述輸出端通過電源線與電池相連。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制和管理，可以方便各類用戶需求，并具有蓄電池充放電曲線的優(yōu)化設(shè)定控制，有助于延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，也方便蓄電池的生產(chǎn)和管理，在節(jié)能降耗方面可以得到大大提高。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202150714SQ20112023958
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者吳彪, 張以剛, 張文武, 高德欣 申請(qǐng)人:張文武