CN107742896A - 储能式动力电池模拟电源结构 - Google Patents

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宋文弟
潘小刚
王海波
杜吉庆
孙前双
严松
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

储能式动力电池模拟电源结构，涉及电力电子领域。包括动力电池模拟电源，所述动力电池模拟电源包括依次串接的主输入开关、输入接触器、AC/DC电源模块和DC/DC电源模块，DC/DC调压模块输出端的正负极之间连接有电容C2；AC/DC电源模块的输出端连接有用于将动力电池模拟电源在测试过程中产生的高频次、断续的、持续时间低于20ms的回馈能量进行储存的储能模块。本发明在第二代测试电源的基础上创新增加了储能模块，针对测试过程中的高频次、断续的、持续时间低于20ms的回馈电动势储存在直流母线端，在回馈结束电源处于输出状态下继续供给直流母线使用，可大幅减少直接馈网次数，减少对电网的污染，同时也提高了整机效率。

Description

储能式动力电池模拟电源结构
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体为一种储能式动力电池模拟电源结构。
背景技术
新能源汽车经过近十年的沉淀，近几年迎来了高速发展的时机。随着新能源汽车产能的提升，其直接的上游产业新能源电机、电机控制器以及新能源动力电池测试中能量的消耗越来越受到重视。
第一代电机及电机控制器实验电源使用的直接耗能式测试电源（把测试过程中的制动再生能量或者电池测试中的能量用电阻以热量的形式消耗，简称耗能式）。
第二代电机及电机控制器测试电源是双向回馈式测试电源，双向回馈式的测试电源可以把新能源测试过程中的制动再生能量或者电池测试中的能量回馈到电网，实现了能量的循环利用，但是随着电源装机容量的不断增加，回馈电能对电网的污染逐渐引起电力部门的注意，部分对电能质量要求较高场合已经开始限制电能回馈电网。
研究标明电机测试过程中超过80%的能量回馈持续时间低于20ms（甚至10ms），这种高频次、断续的回馈模式对电网污染最为严重，减少这种高频次、断续的回馈次数可以极大程度的减少对电网的污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种储能式动力电池模拟电源结构，在第二代测试电源的基础上创新增加了储能模块，针对测试过程中的高频次、断续的、续时间低于20ms的回馈电动势储存在直流母线端，在回馈结束电源处于输出状态下继续供给直流母线使用，可大幅减少直接馈网次数，减少对电网的污染，同时也提高了整机效率。
实现上述目的的技术方案是：储能式动力电池模拟电源结构，包括动力电池模拟电源，所述动力电池模拟电源包括依次串接的主输入开关、输入接触器、AC/DC电源模块和DC/DC电源模块，DC/DC调压模块输出端的正负极之间连接有电容C2；
其特征在于：AC/DC电源模块的输出端连接有用于将动力电池模拟电源在测试过程中产生的高频次、断续的、持续时间低于20ms的回馈电动势进行储存的储能模块。
本发明在第二代测试电源的基础上创新增加了储能模块，针对测试过程中的高频次、断续的、持续时间低于20ms的回馈电动势储存在直流母线端，在回馈结束电源处于输出状态下继续供给直流母线使用，可大幅减少直接馈网次数，减少对电网的污染，同时也提高了整机效率。
相对于现有技术的有益效果：1）可减小AC/DC电源模块的功率等级，降低前级器件成本；2）减少了器件的损耗，提高整机效率；3）减少一级响应切换，动态响应更快；4）小功率能量直接贮存在机器内部，不会频繁回馈电网，减少对电网的污染。
进一步地，输入接触器JK、AC/DC电源模块之间串接有LCL滤波电路。
进一步地，所述储能模块包括储能滤波电感L、滤波电容C1、IGBT模块Q、反并二极管D、直流断路器J、电流监测模块和储能单元E；
所述滤波电容C1连接在AC/DC电源模块输出端的正负极之间，储能单元E的正极端与IGBT模块Q的C极连接，储能单元E的负极端通过直流断路器J与滤波电容C1的负极端连接，IGBT模块Q的E极与储能滤波电感L、电流监测模块TC串接后与滤波电容C1的正极端连接，所述反并二级管D的正极连接IGBT模块Q的E极，所述反并二级管D的正极连接IGBT模块Q的C极。
进一步地，所述储能单元E为电池组或超级电容。
进一步地，电流监测模块为霍尔传感器。
储能模块的工作原理为：
a、AC/DC电源模块的输出电压为Ubus、工作电压为U1，回馈阈值为ΔU，即当Ubus＞U1+ΔU时，AC/DC电源模块启动回馈。
b、储能单元E的工作电压为Ubatt，正常工作时Ubus=Ubatt。当Ubus电压低于母线设定值Ubus时，IGBT模块Q脉冲开通，脉冲频率固定，占空比逐渐增加，为滤波电容C1充电。
c、当Ubus电压高于Ubatt电压时，通过储能滤波电感L，反并二极管D为储能单元E充电。在Ubatt<U1+ΔU时能量不会通过AC/DC电源模块回馈到电网。
d、电流监测模块TC监测储能单元E的充电和放电电流，并限制占空比，保证电流监测模块TC的检测值始终小于Imax。
e、当Ubatt超过过压保护值时J断开，切断与Ubus的连接，保证储能单元E的安全。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括动力电池模拟电源，动力电池模拟电源包括依次串接的主输入开关1、输入接触器2、LCL滤波电路3、AC/DC电源模块4和DC/DC电源模块5，AC/DC电源模块4输出端的正极串接有熔断器FU，DC/DC调压模块5输出端的正负极之间连接有电容C2。
AC/DC电源模块4的输出端连接有用于将动力电池模拟电源在测试过程中产生的高频次、断续的、持续时间低于20ms的回馈电动势进行储存的储能模块6，储能模块6包括储能滤波电感L、滤波电容C1、IGBT模块Q、反并二极管D、直流断路器J、电流监测模块TC和储能单元E；
滤波电容C1连接在AC/DC电源模块4的输出端的正负极之间，储能单元E的正极端与IGBT模块Q的C极连接，储能单元E的负极端通过直流断路器J与滤波电容C1的负极端连接，IGBT模块Q的E极与储能滤波电感L、电流监测模块TC串接后与滤波电容C1的正极端连接，所述反并二级管D的正极连接IGBT模块Q的E极，反并二级管D的正极连接IGBT模块Q的C极。
在本实施例中，储能单元E可以采用电池或超级电容。
在本实施例中，电流监测模块TC可以采用霍尔传感器。
储能模块6的工作原理为：
a、AC/DC电源模块4的输出电压为Ubus、工作电压为U1，回馈阈值为ΔU，即当Ubus＞U1+ΔU时，AC/DC电源模块启动回馈。
b、储能单元E的工作电压为Ubatt，正常工作时Ubus=Ubatt。当Ubus电压低于母线设定值Ubus时，IGBT模块Q脉冲开通，脉冲频率固定，占空比逐渐增加，为滤波电容C1充电。
c、当Ubus电压高于Ubatt电压时，通过储能滤波电感L，反并二极管D为储能单元E充电。在Ubatt<U1+ΔU时均不会通过AC/DC电源模块回馈到电网。
d、电流监测模块TC监测储能单元E的充电和放电电流，并限制占空比，保证电流监测模块TC的检测值始终小于Imax。
e、当Ubatt超过过压值时J断开，切断与储能单元E的连接，保证储能单元E的安全。

Claims (5)

1.储能式动力电池模拟电源结构，包括动力电池模拟电源，所述动力电池模拟电源包括依次串接的主输入开关、输入接触器、AC/DC电源模块和DC/DC电源模块，DC/DC调压模块输出端的正负极之间连接有电容C2；
其特征在于：AC/DC电源模块的输出端连接有用于将动力电池模拟电源在测试过程中产生的高频次、断续的、持续时间低于20ms的回馈能量进行储存的储能模块。
2.根据权利要求1所述的储能式动力电池模拟电源结构，其特征在于：输入接触器JK、AC/DC电源模块之间串接有LCL滤波电路。
3.根据权利要求1所述的一种储能式动力电池模拟电源结构，其特征在于：所述储能模块包括储能滤波电感L、滤波电容C1、IGBT模块Q、反并二极管D、直流断路器J、电流监测模块TC和储能单元E；
所述滤波电容C1连接在AC/DC电源模块输出端的正负极之间，储能单元E的正极端与IGBT模块Q的C极连接，储能单元E的负极端通过直流断路器J与滤波电容C1的负极端连接，IGBT模块Q的E极与储能滤波电感L、电流监测模块TC串接后与滤波电容C1的正极端连接，所述反并二级管D的正极连接IGBT模块Q的E极，所述反并二级管D的正极连接IGBT模块Q的C极。
4.根据权利要求3所述的储能式动力电池模拟电源结构，其特征在于：所述储能单元为电池或超级电容。
5.根据权利要求3所述的储能式动力电池模拟电源结构，其特征在于：电流监测模块为霍尔传感器。
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