CN104467004A - 新能源汽车电机测试电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新能源汽车电机测试电源，包括AC/DC电源单元、公共直流母线控制***、软控制器***和反馈桥控制电路，AC/DC电源单元采用并联模式和无互联线独立控制方式，由程序控制向汽车电机控制器供给电能或吸收电机制动时产生的回馈能量，放电、回馈电能转换时间短，转换过程稳定，电压脉动小，公共直流母线控制***包括整流/回馈单元、公共直流母线、逆变单元，所述回馈单元分为通过自耦变压器的能量回馈和不通过自耦变压器的能量回馈两种方式。本发明在汽车电机、家用电器电机等领域的检测设备中有着广阔的应用前景。

Description

新能源汽车电机测试电源
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，具体涉及一种新能源汽车电机测试电源。
背景技术
机车制动时，电动机处于回馈制动、发电运行状态机械能转变为电能；蓄电池组在维护的过程中，必须定期进行充放电实验；各类直流电源(线性电源、开关电源)在出厂前需进行老化试验。所有这些过程产生的能量都可以回收再生利用。目前，这些可再生的能量基本都是采用电阻放电装置进行电阻泄能，没有实现再生利用，与节能相违背。虽然也有采用半控型器件晶闸管进行有源逆变将能量回馈到电网，但由于晶闸管采取的是相控方式，运行过程中，网侧电流含有大量谐波，且功率因数低。随着新能源汽车日益受到全球的重视，汽车电气化的进程迅速。电机已成为国家产业发展的方向，建立健全汽车电机检测的试验平台和标准迫在眉睫。AC/DC采用高频PWM整流逆变电路利用IGBT器件的高开关频率特性，只要在交流侧加入简单的滤波装置，就能使变流侧电流正弦化，谐波含量低；并且，经过适当的控制电路能实现能量的双向流动和运行于单位功率因数状态。DC/DC用直流斩波技术代替变阻器。直流斩波器不仅能起调压的作用， 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出了一种新能源汽车电机测试电源，所述测试电源涉及新能源汽车电机检测电源***，采用的两级直流母线技术，且母线电压可调可控，在汽车检测试验平台中显得尤为重要，因为可调就可以更换多种电机，而无需对试验台作任何变动，双层直流母线的使用，使AC/DC很少回馈电能，电能损非常少，这对大功率、长时间运转的测试***来说，可为企业带来可观的经济效益。因此该新能源汽车电机测试电源在汽车电机、家用电器电机等领域的检测设备中有着广阔的应用前景。
本发明的技术方案为：一种新能源汽车电机测试电源，包括AC/DC电源单元、公共直流母线控制***、软控制器***和反馈桥控制电路， AC/DC电源单元采用并联模式和无互联线独立控制方式，由程序控制向汽车电机控制器供给电能或吸收电机制动时产生的回馈能量，放电、回馈电能转换时间短，转换过程稳定，电压脉动小，公共直流母线控制***包括整流/回馈单元、公共直流母线、逆变单元，所述回馈单元分为通过自耦变压器的能量回馈和不通过自耦变压器的能量回馈两种方式，通过自耦变压器的能量回馈可提高回馈支路中的电源电压，目的是在能量回馈过程中不必降低中间回路电压，使得逆变器能够获得一个较恒稳的直流电源，所述公共直流母线控制***使得电源在工作时一个电机处于电动状态，另一个电机处于发电状态，发电机发出的电能通过直流母线对电动状态电机实现能量的供给，每两个这样对拖电机单元组成***能量互给。
AC/DC电源单元的并联模式对于测试平台，根据实际需求随时增加测试电机时，只需在AC/DC段再并联相应容量的AC/DC电源单元，就能满足测试时的电能需求，无须重新设计、布置电源单元。
AC/DC电源单元的无互联线独立控制方式能自动均衡负载，实现等功率、同步输出。
对于共用直流母线，工作时如果其中一组两个电机处于突然制动，母线电压上升，将向外输出电能供另一组两个对拖的电机来补偿损耗。
所述软控制器***实现控制与检测一体化，将复杂供给、回馈逻辑简单化，实时准确地参与控制，方便灵活地供用户修改参数以适应不同工况的运行。
反馈桥控制电路包括反馈桥和反馈桥控制电路， 所述反馈桥的数量与构成变频器的功率单元的数量相一致， 所述反馈桥控制电路包括用于控制反馈桥导通与关断的能量回馈工况判断电路和用于触发反馈桥器件导通的反馈桥触发电路；能量回馈工况判断电路的信号输出端与反馈桥触发电路的控制端相连，触发电路的六路输出端分别与反馈桥器件相连。
本发明具有如下有益效果：
1）***对能量的供给和吸收方便自如，转换时间在10ms之内；
2)容量扩展方便、灵活；
3）电压可实现无级调节，以满足不同被测电机的电压等级需求；
4）每组测试电机共用直流母线实现能量的互馈；
5）多组被测电机测试***中，相互实现能量互馈；
6）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；
7）整流多级功率均衡同步输出电路，采用无互联线独立控制方式保证并联部分负载平衡，延长各单元使用寿命；
8）减少对电网污染，提高效率。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1为本发明的UC3907的内部结构示意图。
图2为本发明的能量回馈装置主电路的拓扑结构示意图。
图3为本发明的汽车电机测试试验台的机构示意图。
图4为本发明的采用AC/DC+DC/DC方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。
参见图1至图4所示，本发明包括AC/DC电源单元、公共直流母线控制***、软控制器***和反馈桥控制电路， AC/DC电源单元单元采用并联模式和无互联线独立控制方式，由程序控制向汽车电机控制器供给电能或吸收电机制动时产生的回馈能量，放电、回馈电能转换时间短，转换过程稳定，电压脉动小，公共直流母线控制***包括整流/回馈单元、公共直流母线、逆变单元，所述回馈单元分为通过自耦变压器的能量回馈和不通过自耦变压器的能量回馈两种方式，通过自耦变压器的能量回馈可提高回馈支路中的电源电压，目的是在能量回馈过程中不必降低中间回路电压，使得逆变器能够获得一个较恒稳的直流电源，所述公共直流母线控制***使得电源在工作时一个电机处于电动状态，另一个电机处于发电状态，发电机发出的电能通过直流母线对电动状态电机实现能量的供给，每两个这样对拖电机单元组成***能量互给。
AC/DC电源单元的并联模式对于测试平台，根据实际需求随时增加测试电机时，只需在AC/DC段再并联相应容量的AC/DC电源单元，就能满足测试时的电能需求，无须重新设计、布置电源单元。
AC/DC电源单元的无互联线独立控制方式能自动均衡负载，实现等功率、同步输出。并联AC/DC，由于多电源并联很难使负荷均衡。无互联线独立控制方式是实现比较完善的并联***中AC/DC模块的独流互联线是最理想的解决办法。这种无互联线的电源并联控制***的同步控制和均流控制只依赖于各个模块内的***控制策略，可使各逆变模块之间的控制***的电气联系完全隔离，***安装或维修更加简便、快速，并联运行更加可靠，容量的扩展也更加容易和方便。在这种并联方式的模块中有一个控制算法单元，能实时检测模块的输出电压电流，通过对频率和电压进行调节，控制模块本身的输出，使模块均分负载，从而达到同步和均流的目的。这种控制方式的实现必须要有很高的检测和控制精度，而且速度要快。
对于共用直流母线，工作时如果其中一组两个电机处于突然制动，母线电压上升，将向外输出电能供另一组两个对拖的电机来补偿损耗。
所述软控制器***实现控制与检测一体化，将复杂供给、回馈逻辑简单化，实时准确地参与控制，方便灵活地供用户修改参数以适应不同工况的运行。
反馈桥控制电路包括反馈桥和反馈桥控制电路，所述反馈桥的数量与构成变频器的功率单元的数量相一致，即在每一个功率单元整流桥旁反并联一反馈桥； 所述反馈桥控制电路包括用于控制反馈桥导通与关断的能量回馈工况判断电路和用于触发反馈桥器件导通的反馈桥触发电路；能量回馈工况判断电路的信号输出端与反馈桥触发电路的控制端相连，触发电路的六路输出端分别与反馈桥器件相连。采用６脉冲控制方式，通过检测、比较直流母线电压和Ｒ、Ｓ、Ｔ的电压给出反馈桥导通与关断的控制信号，从而使负载制动能量反馈回交流电网。这种装置充分利用了装置中移相变压器对谐波的抵消作用，具有对电网无谐波污染、功率因数高、控制简单、损耗小、成本低等优点。
  如图1所示, 通过均流总线(CURRENTBUS) 电路监视每一电源模块的输出电流, 判断出并联模块中输出电流最大者, 标为主模块, 调整其余模块, 使其输出电流与主模块输出电流之差在5%以内。UC3907的内部结构如图1所示。可分为电压环与电流环(包括均流控制) 两部分。其中电压环由电压放大器、接地放大器和驱动放大器构成。电流环由电流放大器、缓冲放大器、调节放大器和状态指示构成。      电压环用以稳定输出电压, 电流环由于要抑制噪声所以是一个较低带宽的环路。芯片的均流部分使用了电流放大器、缓冲放大器和调节放大器。电流放大器的输出, 代表了负载电流的模拟信号并送至单向缓冲放大器的输入端。由于缓冲放大器只提供电流, 所以它可以保证输出电流最高的模块成为主模块, 并能够以较低的阻抗驱动均流母线, 向其它模块传递信息, 而其它缓冲器在其对地负载阻抗达到10 kΩ 时截止。调节放大器将模块自身的输出电流与均流母线的信号相比较, 发出指令调节各单个模块的基准电压, 以保证电流平均分配。调节放大器的反向输入端有50mV的失调电压, 使该单元作为一个低输出信号的主控单元电源, 并产生一个零调节命令。而50mV的失调电压代表均流中的误差信号, 电流放大器通过电流检测电阻可以使误差减小到2.5mV, 导致所有从电源模块分流均匀, 主模块分担的电流比从模块分担的高几个百分点, 该失调电压也克服了因低频噪声的影响而使主控单元不稳定的情况。
能量回馈装置主电路的拓扑结构如图2所示,单相全桥PWM变流器采用了具有4个功率开关的H桥结构,每个功率开关反并联一个续流二极管,缓冲PWM过程中的无功电能。在交流侧,Ls为交流侧滤波电感,Rs为网侧等效电阻,R0-C0组成的高通滤波器滤除开关频率附近的高次谐波,变压器T为耦合、隔离变压器;在直流侧,E为放电装置(如电动机处于发电运行状态),L1为直流电流平波电抗器,保证直流电源以额定电流放电,Rdc为直流侧等效电阻,L2-C2组成的串联谐振滤波器消除直流电流中的二次谐波,C1稳定直流侧电压,并缓冲变流器交、直流侧的能量交换。
如图3汽车电机测试试验台的机构示意图。先经过AC/DC电源单元整流后，再经DC/DC调节成合适的电压等级供给电机的控制器，控制器驱动电机运行。每套测试***中，电机控制器通过 CAN1 与控制器通信，发送/接收驱动器运行参数、运行状态，给定信息；AC/DC电源单元以及DC/DC均由软控制器通过profibus终端用户交互，发送/接收***运行参数、运行状态、设定信息。
如图4采用AC/DC+DC/DC方式，成本低，控制灵活。电器***为新能源领域的电动汽车电机测试所独创，为三相输入,大功率直流可调输出电源，它可模拟蓄电池对电动汽车电机控制器进行多种功能的实验，并具有良好的保护功能，以确保在各种情况工作时控制器的安全。它配有先进的智能监控接口，可以与上位机连接形成智能监控电源，可对电源的所有参数设定，控制器的实验参数进行实时监控、记录并统。公共直流母线***是解决多电机传动技术的最优方案。在同一***中，同一时刻不同装置可工作在不同的状态，整流回馈单元保证了公共直流母线电压的稳定供给，又将多余的能量回馈给电网，实现了再生能源的合理利用。公共直流母线***设备结构紧凑，工作稳定。在多电机传动***中省去了大量的制动单元、制动电阻等***设备，节省了设备占地面积和设备维护量，减少了设备故障点，提高了设备的整体控制水平。在新能源汽车电机传动的场合应用公共直流母线技术是一种发展方向，它能在取得较高的动静态性能、调速精度的同时将***再生能量加以合理利用和回收。该技术具有较好的应用推广前景。与目前普遍采用的电阻能耗制动技术相比可实现能量循环利用，同时大大节省装置空间（电阻能耗制动方式为两个控制柜加一操作台，能量回馈方式只需要一个控制柜），而简单的AC/DC方式作为一个试验平台电源***，包容量太小，无法满足多品种电机测试要求，总效率相对低下。
本发明部分技术参数及功能如下：
1.输出电压36V-720V可调、电流600A，输出功率355kW。
2.恒压恒流：电压电流值从零至额定值连续可调，恒压恒流自动转换
3.保护方式：过压、过流、过温、缺相、短路自动切断输出、跳闸保护
4.报警功能：所有保护方式均有报警显示和报警声音，并提供有报警信号的开关量的输出端口。
5.稳压精度1%，稳流精度1%。
6.持续功率：单路80千瓦。
7.峰值功率：单路120千瓦。
8.电压分辨率：±18mV.
9.电流分辨率：±12mA.
10.整流逆变转换时间：不超过10毫秒。
共直流母线技术一般用在多电机交流调速***中，采用单独的整流/回馈装置为***提供一定功率的直流电源，调速用逆变器直接挂接在直流母线上。当***工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能；当***工作在发电状态时，能量通过母线及回馈装置直接回馈给电网，以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备占地面积等目的。本发明涉及新能源汽车电机检测电源***，采用的两级直流母线技术，且母线电压可调可控，在汽车检测试验平台中显得尤为重要，因为可调就可以更换多种电机，而无需对试验台作任何变动，双层直流母线的使用，使AC/DC电源单元很少回馈电能，电能损非常少，这对大功率、长时间运转的测试***来说，可为企业带来可观的经济效益。因此该新能源汽车电机测试电源在汽车电机、家用电器电机等领域的检测设备中有着广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种新能源汽车电机测试电源，其特征在于：包括AC/DC电源单元、公共直流母线控制***、软控制器***和反馈桥控制电路， AC/DC电源单元采用并联模式和无互联线独立控制方式，由程序控制向汽车电机控制器供给电能或吸收电机制动时产生的回馈能量，放电、回馈电能转换时间短，转换过程稳定，电压脉动小，公共直流母线控制***包括整流/回馈单元、公共直流母线、逆变单元，所述回馈单元分为通过自耦变压器的能量回馈和不通过自耦变压器的能量回馈两种方式，通过自耦变压器的能量回馈可提高回馈支路中的电源电压，目的是在能量回馈过程中不必降低中间回路电压，使得逆变器能够获得一个较恒稳的直流电源，所述公共直流母线控制***使得电源在工作时一个电机处于电动状态，另一个电机处于发电状态，发电机发出的电能通过直流母线对电动状态电机实现能量的供给，每两个这样对拖电机单元组成***能量互给。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车电机测试电源，其特征在于：AC/DC电源单元的并联模式对于测试平台，根据实际需求随时增加测试电机时，只需在AC/DC段再并联相应容量的AC/DC电源单元，就能满足测试时的电能需求，无须重新设计、布置电源单元。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车电机测试电源，其特征在于：AC/DC电源单元的无互联线独立控制方式能自动均衡负载，实现等功率、同步输出。
4.根据权利要求1或3所述的新能源汽车电机测试电源，其特征在于：对于共用直流母线，工作时如果其中一组两个电机处于突然制动，母线电压上升，将向外输出电能供另一组两个对拖的电机来补偿损耗。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车电机测试电源，其特征在于：所述软控制器***实现控制与检测一体化，将复杂供给、回馈逻辑简单化，实时准确地参与控制，方便灵活地供用户修改参数以适应不同工况的运行。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车电机测试电源，其特征在于：反馈桥控制电路包括反馈桥和反馈桥控制电路， 所述反馈桥的数量与构成变频器的功率单元的数量相一致， 所述反馈桥控制电路包括用于控制反馈桥导通与关断的能量回馈工况判断电路和用于触发反馈桥器件导通的反馈桥触发电路；能量回馈工况判断电路的信号输出端与反馈桥触发电路的控制端相连，触发电路的六路输出端分别与反馈桥器件相连。
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