一種動力電池與電池模擬器的安全切換裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于動力電池與電池模擬器的安全切換裝置和方法，具體涉及一種新能源車輛動力電池與電池模擬器的雙電源安全切換裝置和方法。
【背景技術】
[0002]隨著環(huán)境污染、資源短缺等問題的日益凸顯，建設環(huán)保型社會已成為當前重要的發(fā)展目標。汽車作為重要的交通工具，是現(xiàn)代社會生活不可或缺的組成部分，在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)型汽車在燃燒石化燃料時造成大量廢氣，是目前城市環(huán)境污染、空氣質(zhì)量下降的重要原因。新能源汽車因其使用成本低、環(huán)境污染小等優(yōu)點，必將得到快速發(fā)展，在汽車市場占據(jù)重要份額，交通部提出我國在2020年新能源汽車將達到30萬輛。新能源汽車主要包括混合動力汽車、純電動汽車以及氫動力汽車等。對新能源汽車而言，電池是重要的動力源，更是純電動汽車的唯一動力源。作為新能源汽車的核心部件，動力電池的發(fā)展對于對新能源汽車的量產(chǎn)化、市場化具有重要意義。
[0003]通常動力電池廠家根據(jù)適用車型的不同生產(chǎn)不同型號的電池，主要指標包括額定電壓、容量以及輸出功率。在動力電池產(chǎn)品的設計、研發(fā)過程中，動力電池除需滿足額定物理指標要求，還需通過臺架實驗，完成對電池、控制器以及負載電機的動力模擬測試，得到動力電池在不同負載工況下的相關性能數(shù)據(jù)。
[0004]電池模擬器是一種可以模擬動力電池的技術參數(shù)、充放電工作特性、開路電壓0CV與S0C的特性關系的電路裝置。就電動汽車而言，電池模擬器可對驅(qū)動電機、儲能式逆變器以及雙向充電機等設備進行測試。
[0005]電池模擬器通過模擬動力電池的輸入，對新能源汽車電機控制器的輸入功率、輸出電流、過載能力、耐壓及電機效率、堵轉(zhuǎn)電流、最高轉(zhuǎn)速、超速、饋電等性能進行模擬實驗。同時，電池模擬器還可以將電機超速實驗中的反電動勢的能量回饋電網(wǎng)，避免控制器損壞。
[0006]在產(chǎn)品研發(fā)階段，通過電池模擬器與電動汽車負載電機的動力模擬實驗，可得到車輛在各種車速、負載情況下對電池輸出工況的要求，并且可以獲得具體的電壓、電流等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在電池的設計研究過程中具有重要的指導意義。
[0007]在臺架實驗過程中，當動力電池發(fā)生故障、因特殊情況造成輸出功率異常，或者輸出端電壓突然降低時，為保障實驗數(shù)據(jù)的真實、可靠、完整，需要啟用備用電源為負載提供持續(xù)的動力輸出，保障負載系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時對動力電池進行一定時間的延時判斷:若電池出現(xiàn)不可自動恢復性故障，則應將動力電池輸出切斷，即由電池模擬器繼續(xù)供電，平穩(wěn)結(jié)束本次實驗;若動力電池只是臨時性意外故障，則待動力電池恢復正常后，應將電池模擬器與負載電機連接開關斷開，由動力電池為負載供電，繼續(xù)完成實驗。所以，在動力電池研發(fā)、測試的過程中，需要在動力電池和電池模擬器裝置間進行切換。
[0008]雙電源供電系統(tǒng)在切換的過程中需要重點考慮動力電源的安全切換問題，其中:一方面需要考慮動力電源的輸出匹配，即在切換的過程中，電池模擬器的輸出電壓應與動力電池輸出電壓相同或相近；另一方面需要保障切換過程是無縫切換，即在切換的過程中需要保障線路中不能出現(xiàn)電源中斷的情況。
[0009]現(xiàn)有較為成熟的切換裝置主要采用人工切換方式，基本原理是:當主電源發(fā)生故障時，通過人工切換選擇備用電源為負載進行供電。這種切換方式雖然在一定程度上提高了直流電源設備運行的可靠性，但切換過程中會造成負載供電的短時中斷，影響設備的安全可靠運行。這種切換方式應用在負載對切換時間要求較低的場合，因此，針對純電動汽車動力電池組的突然失壓的切換控制，采用人工切換是不可行的。
[0010]切換開關通常采用控制芯片監(jiān)測主電源的供電狀態(tài)，當主電源發(fā)生故障時，控制器通過信號激勵切斷主電源供電線路，同時接通備用電源供電線路。這種切換控制方式雖然可以縮短雙電源供電切換過程的中斷時間，但當負載對電源連續(xù)性要求較高時，依然會使負載系統(tǒng)發(fā)生中斷，無法保障負載安全運行。
[0011 ]目前的電源切換裝置中存在的具體問題包括:
[0012]1機械式切換裝置，通過人工操作機械式電源切換裝置，通常在主電源與備電源之間存在聯(lián)鎖設置，當由主電源向備用電源切換過程中不可避免的存在轉(zhuǎn)換時間差，使負載系統(tǒng)出現(xiàn)瞬間掉電的情況，無法滿足對供電電源要求較高的環(huán)境，容易產(chǎn)生危險事故；
[0013]2基于邏輯控制器的自動切換裝置，通過邏輯控制器的互鎖控制可以實現(xiàn)毫秒級的切換，這種切換方法雖然可以大大縮短系統(tǒng)的切換時間，但是對系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及對交流電脈沖的適應性有較高的要求；
[0014]3已有的實現(xiàn)雙電源無縫切換技術，其原理是當主電源出現(xiàn)失壓趨勢時，立即通過升壓控制電路對備用電源進行升壓，使備用電源可以滿足為負載進行供電的要求。但是該方法中的備用電源以主電源額定輸出電壓為控制標準，無法動態(tài)模擬電池的輸出電壓，容易出現(xiàn)負載瞬間承受高壓的危險，從而對負載設備造成損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是在于克服已有技術的缺點，提供一種動力電池與電池模擬器的安全切換方法和裝置，本方法和裝置實現(xiàn)了負載雙電源供電的無縫切換，不僅可以使負載電壓在切換過程中保持穩(wěn)定，而且可以使為負載供電的兩個電源實現(xiàn)無縫切換。
[0016]本發(fā)明的目的通過以下方案來實現(xiàn):
[0017]本發(fā)明的一種動力電池與電池模擬器的安全切換裝置，它包括電池模擬器，所述的電池模擬器包括串聯(lián)設置的調(diào)壓器和整流模塊，所述的調(diào)壓器用于連接交流市電，所述的電池模擬器順次經(jīng)過第一安全開關、電機控制器與負載電機相連，用于實現(xiàn)負載電機的第一路負載驅(qū)動;其中電池模擬器輸出的直流電源同時接入第一電壓監(jiān)測器;動力電池順次經(jīng)過單向電路、第二安全開關、電機控制器與負載電機連接，用于實現(xiàn)負載電機的第二路負載驅(qū)動;所述的動力電池同時與第二電壓監(jiān)測器相連，所述的第一、第二電壓監(jiān)測器與控制系統(tǒng)相連;所述的控制系統(tǒng)接收第一、第二電壓監(jiān)測器輸出的兩路電壓值，所述的控制系統(tǒng)根據(jù)兩路電壓值，輸出對電池模擬器的調(diào)壓控制信號以及對第一、第二安全開關的斷開和閉合控制信號。
[0018]本發(fā)明的一種動力電池與電池模擬器的安全切換方法，它包括以下步驟:
[0019]步驟一、閉合動力電池與電機控制器間的第二安全開關，使得動力電池支路的驅(qū)動電路連通，向負載電機供電；
[0020]步驟二、在負載電機運轉(zhuǎn)過程中，動力電池支路的第二電壓監(jiān)測器通過控制系