一种动力电池组测试能量回馈装置的制作方法

本发明涉及动力电池组的测试领域，特别是涉及一种动力电池组测试的能量回馈装置。

背景技术：

伴随着电动汽车行业的兴起，动力电池的质量和性能成为了制约电动汽车发展的关键一环。如何对动力电池进行测试评价，是直接影响动力电池质量的主要步骤。

实际工作中，针对动力电池组的测试工作虽然可能基于不同的理论或实验方法，但大体都需要采用测试系统进行，即对动力电池组进行充电和放电，从而获取电池容量、电压、电流、内阻和温度等参数，在相应参数的基础上对电池组的健康状态和循环寿命进行评估。

当前，动力电池组的充电试验采用基于电力变换原理的整流器根据不同的测试需求对动力电池组执行不同的充电规则，而放电试验采用的是非并网型的测试系统，一般采用两个技术思路：一是根据电动汽车动力性能试验方法让电动汽车以恒定速度在试验跑道或测功机上行驶使动力电池放电；二是根据电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法将放电测试能量用功率电阻损耗掉。第一种思路是针对已装车动力电池组的测试，第二种主要针对实验室动力电池组的测试。显而易见的是第二种思路可以得到高精度的放电测试电流，有利于动力电池的性能判断，但其存在一个重要缺点，就是功耗大、能量不能回收利用，且放电电流大小控制受限。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理、高效节能，可将动力电池组测试能量回馈电网的动力电池组测试能量回馈装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种动力电池组测试能量回馈装置，其特征在于：包括多个动力电池组，每个动力电池组的接线端均连接一相应电压范围的双向DC/DC变换器的输入端，每个所述双向DC/DC变换器的输出端均共同与一直流母线并联，该直流母线的另一端与DC/AC逆变器的前端相并联，该DC/AC逆变器的另一端输出为三相，并与滤波电路前端连接，所述滤波电路的另一端连接至三相电网。

而且，所述主电路内安装有信号采集装置，该信号采集装置包括与动力电池组数量相对应的电池组信号采集模块，用于采集每个动力电池组的实时电压和电流信号，所述直流母线内连接有用于采集直流母线电压和电流信号的直流母线信号采集模块，所述滤波电路的三个输出端子内分别连接有一采集该输出端子电压和电流信号的三相电网信号采集模块，所述电池组信号采集模块，直流母线信号采集模块和三相电网信号采集模块的信号输出端共同连接有一控制模块。

所述电池组信号采集模块包括一霍尔电流传感器和一霍尔电压传感器，该霍尔电流传感器连接在动力电池组和双向DC/DC变换器之间的主线路内，所述动力电池组的输出端线路穿过霍尔电流传感器连接至双向DC/DC变换器，所述霍尔电压传感器与一输入电阻串联，与该输入电阻共同与双向DC/DC变换器相并联。

所述直流母线信号采集模块包括一霍尔电流传感器和一霍尔电压传感器，该霍尔电流传感器与DC/AC逆变器的相串联，所述霍尔电压传感器与一输入电阻串联，与该输入电阻共同与C/AC逆变器相并联。

所述三相电网信号采集模块包括一霍尔电流传感器和一霍尔电压传感器，每个霍尔电流传感器与分别与该滤波电路的一个输出端子相串联，每个所述霍尔电压传感器分别与一输入电阻串联，并和该输入电阻与相应的滤波电路的输出端子相并联。

而且，每个所述双向DC/DC变换器的输出端分别安装一用于控制相应动力电池组开闭的电池组接入开关，所述DC/AC逆变器的每相输出与三相电网之间分别安装一用于控制相应相开闭的并网开关，每个所述并网开关和电池组接入开关均与所述控制模块相连接。

而且，所述双向DC/DC变换器包括两个绝缘栅双极型晶体管反并联二极管构成的模块、储能电感和直流母线电容器，输入端连接动力电池组两接线端，输出端与直流母线并联。

而且，所述DC/AC逆变器包括六组绝缘栅双极型晶体管反并联二极管模块构成三相全控桥。

而且，所述控制模块连接安装有一人机界面。

本发明的优点和积极效果是：

1、多个动力电池组与相适应的双向DC/DC变换器相配合，可将动力电池组能量的低电平转化为直流母线的高电平。

2、DC/AC逆变器，前端与直流母线并联，后端输出为三相，并与滤波电路连接。其由六组绝缘栅双极型晶体管(IGBT)反并联二极管模块构成的三相全控桥，采用高频PWM控制技术，具有双向四象限工作特性，用于将直流电转换为交流电。

3、直流母线(DC-LINK)，前端连接双向DC/DC变换器，后端连接与DC/AC逆变器，作为多个双向DC/DC变换器的共用输出端，电压稳定控制为600V。

4、滤波电路，由电感和电容构成，前端连接DC/AC逆变器，后端连接三相电网，用于将DC/AC逆变器输出的经脉冲调制后的电压波形滤波为交流正弦波形。

5、信号采集装置，其中信号采集装置包括电池组信号采集模块，直流母线信号采集模块和三相电网信号采集模块，分别用于实时采集动力电池组，直流母线和滤波电路输出端子的实时电压以及电流信号并将被测电压或电流信号转换为(-5V,+5V)之间的电压信号，另外其配合信号调理电路可将信号采集装置中的霍尔传感器输出的范围为(-5V,+5V)的电压信号转换为控制芯片DSP可接受的(-3V,+3V)范围内的电压信号。

6、控制模块，其控制核心为DSP，用于接收信号采集电路的电信号，计算后输出控制DC/AC逆变器工作的控制信号，并通过IGBT驱动模块，用于隔离放大PWM信号以驱动装置中IGBT的开通和关断。

7、电池组接入开关，即接触器S11、S12、S13......S1n-1,S1n,可用于控制动力电池组是否投入放电试验。

8、人机界面，用于完成人机信息交换。

9、本发明中，利用电力变换技术，将储存于动力电池组的能量分别经过双向DC/DC变换器的升压、DC/AC逆变器的直流——交流变换和滤波电路的滤波后回馈至电网，在此过程中电流可控可调节，可以满足放电规则的要求，实现电流的精确控制，与传统的放电模式比较，更加方便、快捷；将储存于动力电池组中的能量回馈至电网，与通过功率电阻泄放能量相比较，可以实现能量的节约，对于大型动力电池组，节能效果尤其明显；利用多组双向DC/DC直流变换电路适配不同电压等级的动力电池组，可以显著扩展本发明的适用对象；在不需放电测试的情况下，多组动力电池组经对应双向DC/DC变换器后可以共直流母线同时实现能量回馈电网，大大提高能量回馈的效率。

附图说明

图1为本发明的模块示意图；

图2为本发明的系统结构图；

图3为本发明中双向DC/DC变换器的拓扑结构图；

图4为本发明中DC/AC逆变器的拓扑结构图；

图5为本发明中所用霍尔电压传感器连接图；

图6为本发明中所用霍尔电流传感器连接图；

图7为本发明中所用的信号调理电路结构图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作详细说明，所述实施例是说明性的，而非限制性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种动力电池组测试能量回馈装置，本发明的创新在于，包括多个动力电池组，所述动力电池组由动力电池单体经串、并联构成，其电压为各串联单体电压之和，每个动力电池组的接线端均连接一不同额定电压值的动力电池组，其后端连接至与之相适应的双向DC/DC变换器的输入端，每个所述双向DC/DC变换器的输出端均共同与一直流母线并联，该直流母线的另一端与DC/AC逆变器的前端相并联，所述直流母线的电压稳定控制为600V，该DC/AC逆变器的另一端输出为三相与一滤波电路的一端连接，所述滤波电路的另一端连接至三相电网。

本实施例中，所述主电路内安装有信号采集装置，该信号采集装置包括与动力电池组数量相对应的电池组信号采集模块，用于采集每个动力电池组的实时电压和电流信号，所述直流母线内连接有用于采集直流母线电压和电流信号的直流母线信号采集模块，所述滤波电路的三个输出端子内分别连接有一采集该输出端子电压和电流信号的三相电网信号采集模块，所述信号采集装置可将被测电压或电流信号转换为(-5V,+5V)之间的电压信号，所述电池组信号采集模块，直流母线信号采集模块和三相电网信号采集模块配合信号调理电路可将信号采集装置中的霍尔传感器输出的范围为(-5V,+5V)的电压信号转换为控制芯片DSP可接受的(-3V,+3V)范围内的电压信号；电池组信号采集模块，直流母线信号采集模块和三相电网信号采集模块的信号输出端共同连接的DSP为控制核心，用于接收信号采集装置的电信号，并通过计算后，输出用于控制DC/AC逆变器工作的控制信号，且可通过IGBT驱动模块，用于隔离放大PWM信号以驱动装置中IGBT的开通和关断。

所述电池组信号采集模块包括一霍尔电流传感器(HCS1n)和一霍尔电压传感器(HVS1n)，该霍尔电流传感器(HCS1n)分别安装在动力电池组正极输出端,与相对应的动力电池组和双向DC/DC变换器之间的主线路相连接，所述动力电池组的输出端线路穿过霍尔电流传感器连接至双向DC/DC变换器，所述霍尔电压传感器(HCS1n)与输入电阻(R1n)串联，与该输入电阻共同与双向DC/DC变换器相并联；所述直流母线信号采集模块包括一霍尔电流传感器(HCS21)和一霍尔电压传感器(HVS21)，该霍尔电流传感器与DC/AC逆变器和直流母线的线路相连接，所述直流母线的输出端线路穿过霍尔电流传感器连接至DC/AC逆变器，所述霍尔电压传感器与一输入电阻(R21)串联，与该输入电阻共同与DC/AC逆变器相并联；所述三相电网信号采集模块包括霍尔电流传感器(HCS31)，(HCS32)，(HCS33)和霍尔电压传感器(HVS31)，(HVS32)，(HVS33)，每个霍尔电流传感器与分别与该滤波电路的一个输出端子线路相连接，所述滤波电路输出端线路穿过霍尔电流传感器连接至三相电网，每个所述霍尔电压传感器分别与输入电阻(R31),(R32),(R33)串联，并和该输入电阻与相应的滤波电路的输出端子相并联(所述n为动力电池组的数量)；

本实施例中，每个所述双向DC/DC变换器的输出端分别安装一用于控制相应动力电池组开闭的电池组接入开关，所述DC/AC逆变器的每相输出与三相电网之间分别安装一用于控制相应相开闭的并网开关，每个所述并网开关和电池组接入开关均与所述DSP的控制端相连接。

本实施例中，所述双向DC/DC由两个绝缘栅双极型晶体管反并联二极管构成的模块、储能电感(L)和直流母线电容器(C_F)组成，输入端连接动力电池组两端，输出端与直流母线(DC-LINK)并联。

本实施例中，所述DC/AC前端与直流母线并联，后端输出为三相，并与滤波电路连接。其由六组绝缘栅双极型晶体管(IGBT)反并联二极管模块构成的三相全控桥，采用高频PWM控制技术，具有双向四象限工作特性，用于将直流电转换为交流电。

本实施例中，所述人机界面可采用按钮和液晶显示器的组合或者采用触摸屏。

本实施例中，为安全起见，控制电路和驱动电路采用不同的开关电源供电。

本实施例中，优选的动力电池组作为直流侧的储能元件，通过双DC/DC变换器并联于直流母线两端，然后经DC/AC逆变器和滤波电路与三相电网连接。为使得逆变后交流电压与电网电压同频同相同幅值，本发明直流母线电压控制在600V，动力电池组的最高电压一般低于此电压，故双向DC/DC工作在升压模式。在能量回馈过程中，动力电池组电流根据放电需要调节以满足测试对放电规则的要求。

本发明工作时：

开启相应的电池组接入开关，即接触器S11、S12、S13......S1n-1,S1n,将需要进行放电试验的动力电池组开启形成闭合回路，在放电试验过程中，电池组信号采集模块包含的霍尔电流传感器(HCS1n)和霍尔电压传感器(HVS1n)，可对相应的动力电池组的电流和电压信号进行采集，之后通过双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器将动力电池组的直流电逆变回馈至电网；此过程中，直流母线信号采集模块包括的霍尔电流传感器(HCS21)和霍尔电压传感器(HVS21)，以及三相电网信号采集模块包括霍尔电流传感器(HCS31)，(HCS32)，(HCS33)和霍尔电压传感器(HVS31)，(HVS32)，(HVS33)，对其电流的电压信号进行实时检测，保证其回馈的电压与电网电压同频同相同幅值。

在所述动力电池组测试能量回馈装置在能量回馈并网过程中，实时采集动力电池组的电压值，当该电压值低于动力电池组电压阈值下限时，控制电路发出停止指令，停止能量回馈过程。

本发明中，利用电力变换技术，将储存于动力电池组的能量分别经过双向DC/DC变换器的升压、DC/AC逆变器的直流——交流变换和滤波电路的滤波后回馈至电网，在此过程中电流可控可调节，可以满足放电规则的要求，实现电流的精确控制，与传统的放电模式比较，更加方便、快捷；将储存于动力电池组中的能量回馈至电网，与通过功率电阻泄放能量相比较，可以实现能量的节约，对于大型动力电池组，节能效果尤其明显；利用多组双向DC/DC直流变换电路适配不同电压等级的动力电池组，可以显著扩展本发明的适用对象；在不需放电测试的情况下，多组动力电池组经对应双向DC/DC变换器后可以共直流母线同时实现能量回馈电网，大大提高能量回馈的效率。