发明内容
本发明从电动汽车充放电装置测试过程中,提高测试效率,实现节能,提出了一种电动汽车充放电装置双向运行测试系统及方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种电动汽车充放电装置的双向运行的测试系统,包括第一充放电设备、第二充放电设备、电池组、电阻负载、通讯单元、采集单元和测试工作站。
所述第一充放电设备和第二充放电设备同时接入电网,所述第一充放电设备和第二充放电设备的输出侧并联连接接入到电池组,所述输出侧第一充放电设备和第二充放电设备的输出侧通过开关接入电阻负载。
所述采集单元接入电网,同时与所述第一充放电设备和第二充放电设备相连接,所述测试工作站通过通讯单元与第一充放电设备、第二充放电设备通信,测试工作站通过通讯单元控制第一充放电设备和第二充放电设备的充放电状态。采集单元采集电网侧电压、电网侧电流、电网侧电流畸变、直流侧输出电压、输出电流、输出电流纹波和输出电压纹波信号。
所述第一充放电设备、第二充放电设备、电池组、采集单元均与所述通讯单元相连接。
第一充放电设备、第二充放电设备为被测试的对象,所述测试工作站通过通信单元控制第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电状态,所述第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电模式相反,所述第一充放电设备、第二充放电设备的充电电流值与放电电流值相同,如果第一充放电设备充电,则第二充放电设备放电,并且第一充放电设备的充电电流值与第二充放电设备的放电电流值相等,如果第一充放电设备放电,则第二充放电设备充电,并且第一充放电设备的放电电流值与第二充放电设备的充电电流值相等。即将第一充放电设备、第二充放电设备其中的一台充放电设备设置工作在充电模式,将另一台充放电设备设置工作在放电模式,将第一充放电设备、第二充放电设备的充电电流和放电电流设置相同,这样它们的在电池端将形成功率平衡,在电网输入端也将形成功率平衡。第一充放电设备、第二充放电设备分别从电网吸收功率和逆变功率,它们从电网获得较小的电能即可实现两台设备的双向测试。在耐久实验等长时间工作的测试中,这将消耗较小的电能即可实现较为节能的长期测试。
电网提供的电压为三相三线电压或者三相四线电压或者单相电压或者直流电压,所述电网为直接电网或者可调电压源,所述电网用于提供输入电源、功率输入和逆变输出环境。
电池组作为所述第一充放电设备、第二充放电设备的负载,从第一充放电设备、第二充放电设备充电或放电。在第一充放电设备、第二充放电设备工作在功率平衡模式下,电池的实际理论充电电流将为零,电池组仅提供输出电压而不吸收和输出功率。辅助电阻负载通过开关连接至电池端提供辅助的功率输出回路。
采集单元用于采集所述第一充放电设备、第二充放电设备和电网的信号,所述采集单元接收所述测试工作站的测试命令,依据所述测试命令,测试工作站通过通讯单元与充放电设备通信,模拟充放电状态。所述采集单元通过通信单元向测试工作站上传测试数据并接受测试工作站的采集指令,采集单元记录采集到的电信号并发送给测试工作站,所述测试工作站输出检测结果。
通讯单元包括CAN、以太网、PLC、RS485通信端口,所述通讯单元用于第一充放电设备、第二充放电设备、采集单元、电池组之间的通信交互,发送和接受测试工作站的指令信号,发送和接收第一充放电设备、第二充放电设备、采集单元的反馈信号和数据。通讯单元是各个单元之间的重要接口部分。
测试工作站为人机交互通道,用于将相关测试命令以报文形式发送给通讯单元,通讯单元再将测试命令发送至第一充放电设备、第二充放电设备、采集单元、电池组。
一种电动汽车充放电装置的双向运行的测试方法,包括以下步骤:
步骤S01,将第一充放电设备和第二充放电设备同时接入电网,所述第一充放电设备和第二充放电设备的输出侧并联连接接入到电池组,所述输出侧同时通过开关接入电阻负载;
步骤S02,所述测试工作站通过通信单元控制第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电状态,所述第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电模式相反,所述第一充放电设备、第二充放电设备的充电电流值和放电电流值相同。
步骤S03,进行第一充放电设备、第二充放电设备的整流输出检测、输出电压误差检测、输出电流误差检测、整流稳压精度检测、整流稳流精度检测、整流纹波系统检测、功率因数检测、均流不平衡检测、限流特性检测、限压特性检测、效率检测、逆变电压不平衡检测、逆变直流分量检测、逆变电网频率响应时间检测和逆变电网电压响应时间检测。
与现有技术相比,本发明的有益效果有:
1、第一充放电设备、第二充放电设备分别从电网吸收功率和逆变功率,从电网获得较小的电能即可实现两台设备的双向测试,在长时间工作的测试中,这将消耗较小的电能即可实现较为节能的长期测试。
2、本发明中的输入电网不局限于交流电网形式,根据充放电设备不同,可以是直流电压、单相交流电压、三相交流电压,适应不同充放电设备的测量。
3、本发明中的第一充放电设备、第二充放电设备不局限于某种具体的实现方式,它们可以是相同的充放电设备也可以是不同的充放电设备。
4、该系统具有统一的控制平台,可以实现所有设备的统一调度和控制,容易管理;该测试系统以友好的方式向用户提示检测结果,具有直观、便捷的优点;
5、测试系统的通信单元具有多种端口,使其便于与各类型组合充电设备连接,有较宽的适用性;
6、本发明能够为专业检测机构或生产制造商提供有效检测、评估电动汽车组合充电设备性能和功能的方法和手段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示,一种电动汽车充放电装置的双向运行的测试系统,包括第一充放电设备、第二充放电设备、电池组、电阻负载、通讯单元、采集单元和测试工作站。图1中第一充放电设备、第二充放电设备使用充放电设备1和充放电设备2表示。
所述第一充放电设备和第二充放电设备同时接入电网,所述第一充放电设备和第二充放电设备的输出侧并联连接接入到电池组,所述输出侧第一充放电设备和第二充放电设备的输出侧通过开关接入电阻负载。
所述采集单元接入电网,同时与所述第一充放电设备和第二充放电设备相连接,所述测试工作站通过通讯单元与第一充放电设备、第二充放电设备通信,测试工作站通过通讯单元控制第一充放电设备和第二充放电设备的充放电状态。采集单元采集电网侧电压、电网侧电流、电网侧电流畸变、直流侧输出电压、输出电流、输出电流纹波和输出电压纹波信号。
所述第一充放电设备、第二充放电设备、电池组、采集单元均与所述通讯单元相连接。
第一充放电设备、第二充放电设备为被测试的对象,所述测试工作站通过通信单元控制第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电状态,所述第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电模式相反,所述第一充放电设备、第二充放电设备的充电电流值与放电电流值相同。即将第一充放电设备、第二充放电设备其中的一台充放电设备设置工作在充电模式,将另一台充放电设备设置工作在放电模式,将第一充放电设备、第二充放电设备的充电电流和放电电流设置相同,这样它们的在电池端将形成功率平衡,在电网输入端也将形成功率平衡。第一充放电设备、第二充放电设备分别从电网吸收功率和逆变功率,它们从电网获得较小的电能即可实现两台设备的双向测试。在耐久实验等长时间工作的测试中,这将消耗较小的电能即可实现较为节能的长期测试。
电网提供的电压为三相三线电压或者三相四线电压或者单相电压或者直流电压,所述电网为直接电网或者可调电压源,所述电网用于提供输入电源、功率输入和逆变输出环境。
电池组作为所述第一充放电设备、第二充放电设备的负载,从第一充放电设备、第二充放电设备充电或放电。在第一充放电设备、第二充放电设备工作在功率平衡模式下,电池的实际理论充电电流将为零,电池组仅提供输出电压而不吸收和输出功率。辅助电阻负载通过开关连接至电池端提供辅助的功率输出回路。
采集单元用于采集所述第一充放电设备、第二充放电设备和电网的信号,所述采集单元接收所述测试工作站的测试命令,依据所述测试命令,测试工作站通过通讯单元与充放电设备通信,控制第一充放电设备、第二充放电设备的充放电状态。所述采集单元通过通信单元向测试工作站上传测试数据并接受测试工作站的采集指令,采集单元记录采集到的电信号并发送给测试工作站,所述测试工作站输出检测结果。
通讯单元包括CAN、以太网、PLC、RS485通信端口,所述通讯单元用于第一充放电设备、第二充放电设备、采集单元、电池组之间的通信交互,发送和接受测试工作站的指令信号,发送和接收第一充放电设备、第二充放电设备、采集单元的反馈信号和数据。通讯单元是各个单元之间的重要接口部分。
测试工作站为人机交互通道,用于将相关测试命令以报文形式发送给通讯单元,通讯单元再将测试命令发送至第一充放电设备、第二充放电设备、采集单元、电池组。
一种电动汽车充放电装置的双向运行的测试方法,包括以下步骤:
步骤S01,将第一充放电设备和第二充放电设备同时接入电网,所述第一充放电设备和第二充放电设备的输出侧并联连接接入到电池组,所述输出侧同时通过开关接入电阻负载;
步骤S02,所述测试工作站通过通信单元控制第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电状态,所述第一充放电设备、第二充放电设备的工作充放电模式相反,所述第一充放电设备、第二充放电设备的充电电流值和放电电流值相同。
步骤S03,进行第一充放电设备、第二充放电设备的整流输出检测、输出电压误差检测、输出电流误差检测、整流稳压精度检测、整流稳流精度检测、整流纹波系统检测、功率因数检测、均流不平衡检测、限流特性检测、限压特性检测、效率检测、逆变电压不平衡检测、逆变直流分量检测、逆变电网频率响应时间检测和逆变电网电压响应时间检测。本步骤S所述的检测项具体检测过程如下。
1、整流输出检测
充放电装置整流输出检测应在表1给出的检测点进行(该检测点是指交流输入电压、直流输出电压和输出电流点的组合)。根据需要,检测时可增加其它检测点。以下检测项中充放电装置即为第一充放电设备、第二充放电设备。
表1充放电装置整流输出检测点
2、输出电压误差检测
充放电装置设置在恒压状态下运行,以输出电压调节范围的上限值、中值和下限值三点作为必测点。检测程序如下:
在额定交流输入电压条件下,设定电压误差检测的整定值作为基准值;
调整负载电流为50%额定输出电流值,测量输出电压;
重新设定输出电压整定值,再调整负载,按上述步骤测量输出电压;
按式(1)计算直流输出电压误差,输出电压误差不应超过±0.5%。
式中:
ΔU——输出电压误差;
Uz——交流输入电压为额定值且负载电流为50%的额定输出电流时,输出电压的测量值;
UZ0——输出电压的整定值。
3、输出电流误差检测
充放电装置设置在恒流状态下运行,以输出电流为其额定值的100%、50%和20%三点作为必测点。检测程序如下:
在额定交流输入电压条件下,设定电流误差检测的整定值作为基准值;
调整输出电压为调节范围内的中值,测量输出电流;
重新设定输出电流整定值,再调整负载,按上述步骤测量输出电流;
按式(2)计算直流输出电流误差,输出电流误差不应超过±1%。
式中:
ΔI——输出电流误差;
Iz——交流输入电压为额定值且输出电压在上、下限范围内的中间值时,输出电流的测量值;
IZ0——输出电流的整定值。
4、整流稳压精度检测
充放电装置设置在恒压状态下运行,在额定交流输入电压和50%直流输出电流的条件下,选取稳压整定值,一般以输出电压调节范围的上限值、中值和下限值三点作为必测点。检测程序如下:
设定输出电压的整定值,在额定交流输入电压、50%直流输出电流的条件下,测量输出电压作为基准值;
调整负载使其分别为空载和额定直流输出电流,测量输出电压;
调整交流输入电压分别为90%和110%,对应测量直流输出电流为其额定值0、50%和100%时的输出电压;
重新设定直流输出电压整定值,再分别调整负载和交流输入电压,按上述步骤分别测量输出电压;
按式(3)计算直流输出稳压精度,稳压精度不应超过±0.5%。
式中:
δU——稳压精度;
UZ——交流输入电压为额定值且负载电流为50%的额定输出电流时,输出电压的测量值;
UM——输出电压的极限值。
5、整流稳流精度检测
充放电装置设置在恒流状态下运行,在额定交流输入电压和额定直流输出电压条件下,选取稳流整定值,一般以输出电流为其额定值的100%、50%和20%三点作为必测点。检测程序如下:
设定输出电流的整定值,在额定交流输入电压、直流输出电压为其调节范围内中值的条件下,测量输出电流作为基准值;
调整负载使其分别为输出电压调节范围内的上限值和下限值,测量输出电流;
调整交流输入电压分别为90%和110%,对应测量直流输出电压为其调节范围内的上限值、中值和下限值时的输出电流;
重新设定直流输出电流整定值,再分别调整负载和交流输入电压,按上述步骤分别测量输出电流;
按式(4)计算直流输出稳流精度,稳流精度不应超过±1%。
式中:
δI——稳流精度;
IZ——交流输入电压为额定值且输出电压在上、下限范围内的中间值时,输出电流的测量值;
IM——输出电流的极限值。
6、整流纹波系统检测
由于充放电装置(第一充放电设备、第二充放电设备)直流输出一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的,这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份,这种叠加在直流稳定量上的交流分量称之为纹波。纹波的成分较为复杂,它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波,另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合,对纹波的要求各不一样。对动力蓄电池来说,当充电纹波太多时,动力蓄电池正极板腐蚀加快,蓄电池池很容易损坏,对电池监测控制设备来说,由于窄脉冲达到一定的高度会干扰数字或逻辑控制部件,使设备运行的可靠性降低。事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的。除了这些,纹波还有以下危害。
(1)容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生较多的危害;
(2)降低了电源的效率;
(3)较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器;
(4)会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作;
(5)会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作。
总之,它们在我们不需要的地方出现都是有害的,需要我们避免的。对于如何抑制和去除谐波和纹波的方式方法有很多,但想完全消除,似乎是很难办到的,我们只有将其控制在一个允许的范围之内,不对环境和设备产生影响就算达到了我们的目的。
所以需要对充放电装置进行纹波检测。一般使用交流毫伏表来测量纹波电压,因为交流毫伏表只对交流电压响应,并且灵敏度比较高,可测量很小的交流电压,而纹波往往是比较小的交流电压。如果没有交流毫伏表,也可使用示波器来测量。将示波器的输入设置为交流耦合,调整Y轴增益,使波形大小合适,读出电压值,可估算出纹波电压的大小。新型的数字示波器都可以直接读出纹波值。
充放电装置(第一充放电设备、第二充放电设备)设置在恒压状态下运行,以输出电压调节范围的上限值、中值和下限值三点作为必测点。检测程序如下:
(1)在额定交流输入电压条件下,设定直流输出电压的整定值;
(2)调整负载使其分别为0、50%和100%额定直流输出电流,分别测量直流输出电压和输出电压的交流分量峰-峰值;
(3)调整交流输入电压分别为90%和110%,对应测量直流输出电流为其额定值的0、50%和100%时的直流输出电压和输出电压的交流分量峰-峰值;
(4)重新设定输出电压整定值,再分别调整负载,按上述步骤分别测量直流输出电压和输出电压的交流分量峰-峰值;
(5)示波器要求:频带宽20MHz,水平扫描速度0.4s/DIV;
(6)按式(5)计算纹波系数,输出纹波系数不应超过1%。
式中:
XPP——纹波系数;
UPP——输出电压交流分量峰-峰值;
UDC——直流输出电压平均值。
7、功率因数检测
充放电装置连接负载,并设置在恒压状态下整流运行,交流输入额定电压,设定直流输出电压整定值为上限值,调整负载电流为50%~100%额定电流输出值,测量充放电装置的输入功率因数;调整充放电装置在恒流状态下整流运行,交流输入额定电压,设定直流输出电流整定值为额定值,在上、下限范围内改变直流输出电压整定值,再次测量充放电装置的输入功率因数。当充放电装置输出功率大于额定功率的50%时,功率因数不应小于0.9。
8、均流不平衡检测
采用模块并联运行的充放电装置应进行均流不平衡检测,充放电装置连接负载,并设置在恒压状态下整流运行,交流输入额定电压,设定直流输出电压整定值,调整负载电流为50%~100%额定电流输出值,分别测量各模块直流输出电流。在上、下限范围内改变直流输出电压整定值,重复上述测量。断开充放电装置任一个模块电源后,再次重复上述测量。均流不平衡检测需要不少于4台的并联运行模块。均流不平衡度不应超过±5%。
均流不平衡度按公式(6)计算:
式中:
β——均流不平衡度;
I——实测模块输出电流的极限值;
IP——N个工作模块直流输出电流的平均值;
IN——模块额定电流值。
9、限流特性检测
充放电装置连接负载,并设置在恒压状态下整流运行,调整负载使直流输出电流增加,当直流输出电流超过整定值时,充放电装置应能自动降低直流输出电压值,从而限制直流输出电流的增加;当直流输出电流回调到整定值以下时,充放电装置恢复恒压状态整流运行。
10、限压特性检测
充放电装置连接负载,并设置在恒流状态下整流运行,调整负载使直流输出电压增加,当直流输出电压超过整定值时,充放电装置应能自动降低直流输出电流值,从而限制直流输出电压的增加;当直流输出电压回调到整定值以下时,充放电装置恢复恒流状态整流运行。
11、效率检测
充放电装置连接负载,设置在恒压状态下整流运行,交流输入额定电压,设定直流输出电压整定值为上限值,调整负载电流为50%~100%额定直流输出电流值,测量充放电装置的输入有功功率和输出功率;调整充放电装置在恒流状态下整流运行,交流输入额定电压,设定直流输出电流整定值为额定值,在上、下限范围内改变直流输出电压整定值,再次测量充放电装置的输入有功功率和输出功率。当充放电装置输出功率为额定功率的50%~100%时,效率不应小于90%。
充电效率按公式(7)计算:
式中:
η——效率;
PZ——直流输出功率;
Pj——交流输入有功功率。
12、逆变电压不平衡
充放电装置并网运行时(三相输出),引起接入电网的公共连接点的三相电压不平衡度不超过GB/T 15543规定的限值,公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2%,短时不得超过4%;充放电装置引起的负序电压不平衡度不超过1.3%,短时不超过2.6%。
13、逆变直流分量
充放电装置额定功率并网运行时,向电网馈送的直流电流分量应不超过其输出电流额定值的0.5%或5mA,取二者中较大值。
14、逆变电网频率响应时间
电网频率在额定频率变化时,充放电装置逆变输出时的工作状态应该满足表2的要求。当因为频率响应的问题充放电装置切出电网后,在电网频率恢复到允许运行的电网频率时充放电装置能重新启动运行。
表2充放电装置在不同电网频率下的运行要求
15、逆变电网电压响应时间
对于单相交流220V充放电装置,当电网电压在额定电压的-15%到+10%范围内变化时,充放电装置逆变时应能正常工作。对于三相交流380V充放电装置,当电网电压在额定电压10%范围内变化时,充放电装置应能正常工作。如充放电装置交流侧输出电压等级为其他值,电网电压在GB/T 12325中对应的电压等级所允许的偏差范围内时,充放电装置应能正常工作。
充放电装置交流输出端电压超出此电压范围时,允许充放电装置切断向电网供电,切断时应发出警示信号。充放电装置对异常电压的反应时间应满足表2的要求。在电网电压恢复到允许的电压范围时充放电装置能正常启动运行。此要求适用于多相系统中的任何一相。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。