CN105471083A - 一种动力电池与电池模拟器的安全切换装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池与电池模拟器的安全切换装置和方法,该装置包括电池模拟器,电池模拟器包括串联设置的调压器和整流模块，调压器用于连接交流市电,电池模拟器顺次经过第一安全开关、电机控制器与负载电机相连；其中电池模拟器输出的直流电源同时接入第一电压监测器；动力电池顺次经过单向电路、第二安全开关、电机控制器与负载电机连接；动力电池同时与第二电压监测器相连，第一、第二电压监测器与控制系统相连；控制系统接收第一、第二电压监测器输出的两路电压值，控制系统根据两路电压值，输出对电池模拟器的调压控制信号以及对第一、第二安全开关的断开和闭合控制信号。本装置和方法实现了负载双电源供电的无缝切换。

Description

一种动力电池与电池模拟器的安全切换装置和方法

技术领域

本发明属于动力电池与电池模拟器的安全切换装置和方法，具体涉及一种新能源车辆动力电池与电池模拟器的双电源安全切换装置和方法。

背景技术

随着环境污染、资源短缺等问题的日益凸显，建设环保型社会已成为当前重要的发展目标。汽车作为重要的交通工具，是现代社会生活不可或缺的组成部分，在国民经济建设中发挥着重要的作用。传统型汽车在燃烧石化燃料时造成大量废气，是目前城市环境污染、空气质量下降的重要原因。新能源汽车因其使用成本低、环境污染小等优点，必将得到快速发展，在汽车市场占据重要份额，交通部提出我国在2020年新能源汽车将达到30万辆。新能源汽车主要包括混合动力汽车、纯电动汽车以及氢动力汽车等。对新能源汽车而言，电池是重要的动力源，更是纯电动汽车的唯一动力源。作为新能源汽车的核心部件，动力电池的发展对于对新能源汽车的量产化、市场化具有重要意义。

通常动力电池厂家根据适用车型的不同生产不同型号的电池，主要指标包括额定电压、容量以及输出功率。在动力电池产品的设计、研发过程中，动力电池除需满足额定物理指标要求，还需通过台架实验，完成对电池、控制器以及负载电机的动力模拟测试，得到动力电池在不同负载工况下的相关性能数据。

电池模拟器是一种可以模拟动力电池的技术参数、充放电工作特性、开路电压OCV与SOC的特性关系的电路装置。就电动汽车而言，电池模拟器可对驱动电机、储能式逆变器以及双向充电机等设备进行测试。

电池模拟器通过模拟动力电池的输入，对新能源汽车电机控制器的输入功率、输出电流、过载能力、耐压及电机效率、堵转电流、最高转速、超速、馈电等性能进行模拟实验。同时，电池模拟器还可以将电机超速实验中的反电动势的能量回馈电网，避免控制器损坏。

在产品研发阶段，通过电池模拟器与电动汽车负载电机的动力模拟实验，可得到车辆在各种车速、负载情况下对电池输出工况的要求，并且可以获得具体的电压、电流等数据，这些数据在电池的设计研究过程中具有重要的指导意义。

在台架实验过程中，当动力电池发生故障、因特殊情况造成输出功率异常，或者输出端电压突然降低时，为保障实验数据的真实、可靠、完整，需要启用备用电源为负载提供持续的动力输出，保障负载系统的稳定运行，同时对动力电池进行一定时间的延时判断：若电池出现不可自动恢复性故障，则应将动力电池输出切断，即由电池模拟器继续供电，平稳结束本次实验；若动力电池只是临时性意外故障，则待动力电池恢复正常后，应将电池模拟器与负载电机连接开关断开，由动力电池为负载供电，继续完成实验。所以，在动力电池研发、测试的过程中，需要在动力电池和电池模拟器装置间进行切换。

双电源供电系统在切换的过程中需要重点考虑动力电源的安全切换问题，其中：一方面需要考虑动力电源的输出匹配，即在切换的过程中，电池模拟器的输出电压应与动力电池输出电压相同或相近；另一方面需要保障切换过程是无缝切换，即在切换的过程中需要保障线路中不能出现电源中断的情况。

现有较为成熟的切换装置主要采用人工切换方式，基本原理是：当主电源发生故障时，通过人工切换选择备用电源为负载进行供电。这种切换方式虽然在一定程度上提高了直流电源设备运行的可靠性，但切换过程中会造成负载供电的短时中断，影响设备的安全可靠运行。这种切换方式应用在负载对切换时间要求较低的场合，因此，针对纯电动汽车动力电池组的突然失压的切换控制，采用人工切换是不可行的。

切换开关通常采用控制芯片监测主电源的供电状态，当主电源发生故障时，控制器通过信号激励切断主电源供电线路，同时接通备用电源供电线路。这种切换控制方式虽然可以缩短双电源供电切换过程的中断时间，但当负载对电源连续性要求较高时，依然会使负载系统发生中断，无法保障负载安全运行。

目前的电源切换装置中存在的具体问题包括：

1机械式切换装置，通过人工操作机械式电源切换装置，通常在主电源与备电源之间存在联锁设置，当由主电源向备用电源切换过程中不可避免的存在转换时间差，使负载系统出现瞬间掉电的情况，无法满足对供电电源要求较高的环境，容易产生危险事故；

2基于逻辑控制器的自动切换装置，通过逻辑控制器的互锁控制可以实现毫秒级的切换，这种切换方法虽然可以大大缩短系统的切换时间，但是对系统的稳定性以及对交流电脉冲的适应性有较高的要求；

3已有的实现双电源无缝切换技术，其原理是当主电源出现失压趋势时，立即通过升压控制电路对备用电源进行升压，使备用电源可以满足为负载进行供电的要求。但是该方法中的备用电源以主电源额定输出电压为控制标准，无法动态模拟电池的输出电压，容易出现负载瞬间承受高压的危险，从而对负载设备造成损坏。

发明内容

本发明的目的是在于克服已有技术的缺点，提供一种动力电池与电池模拟器的安全切换方法和装置,本方法和装置实现了负载双电源供电的无缝切换，不仅可以使负载电压在切换过程中保持稳定，而且可以使为负载供电的两个电源实现无缝切换。

本发明的目的通过以下方案来实现：

本发明的一种动力电池与电池模拟器的安全切换装置,它包括电池模拟器,所述的电池模拟器包括串联设置的调压器和整流模块，所述的调压器用于连接交流市电,所述的电池模拟器顺次经过第一安全开关、电机控制器与负载电机相连，用于实现负载电机的第一路负载驱动；其中电池模拟器输出的直流电源同时接入第一电压监测器；动力电池顺次经过单向电路、第二安全开关、电机控制器与负载电机连接，用于实现负载电机的第二路负载驱动；所述的动力电池同时与第二电压监测器相连，所述的第一、第二电压监测器与控制系统相连；所述的控制系统接收第一、第二电压监测器输出的两路电压值，所述的控制系统根据两路电压值，输出对电池模拟器的调压控制信号以及对第一、第二安全开关的断开和闭合控制信号。

本发明的一种动力电池与电池模拟器的安全切换方法，它包括以下步骤：

步骤一、闭合动力电池与电机控制器间的第二安全开关，使得动力电池支路的驱动电路连通，向负载电机供电；

步骤二、在负载电机运转过程中，动力电池支路的第二电压监测器通过控制系统向电池模拟器输出动力电池电压值，实现电池模拟器动态跟踪动力电池电压值以使电源模拟器与动力电池具有同样的输出电压值，当动力电池的电压值突破控制系统内设定的预判断阈值时，闭合电池模拟器与负载电机之间的第一安全开关，此时共有两路直流电源为负载电机供电,经过设定时间的动力电池输出电压监测，判定动力电池是瞬间偏离正常的电压值范围，还是发生不可自动恢复性故障：若为瞬间偏离电压值，然后又恢复正常供电，则待动力电池电压输出恢复到正常值范围后，断开电池模拟器与负载电机之间的第一安全开关，仍由动力电池进行供电；若动力电池发生不可自动恢复性故障，则断开第二安全开关,由电池模拟器给负载电机供电，待一定时间后进行安全停机。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本装置和方法实现了负载双电源供电的无缝切换，不仅可以使负载电压在切换过程中保持稳定，而且使负载的两个供电电源实现无缝切换。该方法适用于对切换时间要求较高的场合，特别适用于纯电动汽车动力电池模拟测试过程中动力电池与电池模拟器进行切换的工况。

附图说明

附图是本发明的一种动力电池与电池模拟器的安全切换装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明：

如附图所示的本发明的一种动力电池与电池模拟器的安全切换装置,它包括电池模拟器1,所述的电池模拟器包括串联设置的调压器和整流模块，所述的调压器用于连接交流市电,所述的电池模拟器1顺次经过第一安全开关2、电机控制器3与负载电机4相连，用于实现负载电机的第一路负载驱动；其中电池模拟器1输出的直流电源同时接入第一电压监测器8；动力电池5顺次经过单向电路6、第二安全开关7、电机控制器3与负载电机4连接，用于实现负载电机的第二路负载驱动；所述的动力电池5同时与第二电压监测器9相连，所述的第一、第二电压监测器与控制系统10相连；所述的控制系统10接收第一、第二电压监测器8、9输出的两路电压值，所述的控制系统10根据两路电压值，输出对电池模拟器1的调压控制信号以及对第一、第二安全开关2、7的断开和闭合控制信号。

本发明的一种动力电池与电池模拟器的安全切换方法，它包括以下步骤：

步骤一、闭合动力电池5与电机控制器3间的第二安全开关7，使得动力电池支路的驱动电路连通，向负载电机4供电；

步骤二、在负载电机运转过程中，动力电池支路的第二电压监测器9通过控制系统向电池模拟器输出动力电池电压值，实现电池模拟器动态跟踪动力电池电压值以使电源模拟器与动力电池具有同样的输出电压值，当动力电池的电压值突破控制系统内设定的预判断阈值(当电压值突破预判断阈值后，认为电压有突破故障阈值的趋势，而系统是不允许当只有电池供电时，电池电压发生突破故障阈值的情况出现的)时，闭合电池模拟器与负载电机之间的第一安全开关2,此时共有两路直流电源为负载电机供电,经过设定时间的动力电池输出电压监测，判定动力电池是瞬间偏离正常的电压值范围，还是发生不可自动恢复性故障：若为瞬间偏离电压值，然后又恢复正常供电，则待动力电池电压输出恢复到正常值范围后，断开电池模拟器与负载电机之间的第一安全开关2，仍由动力电池进行供电；若动力电池发生不可自动恢复性故障，则断开第二安全开关7,由电池模拟器给负载电机供电，待一定时间后进行安全停机。

本方法实现了负载双电源供电的无缝切换。

Claims (2)

1.一种动力电池与电池模拟器的安全切换装置,其特征在于:它包括电池模拟器,所述的电池模拟器包括串联设置的调压器和整流模块，所述的调压器用于连接交流市电,所述的电池模拟器顺次经过第一安全开关、电机控制器与负载电机相连，用于实现负载电机的第一路负载驱动；其中电池模拟器输出的直流电源同时接入第一电压监测器；动力电池顺次经过单向电路、第二安全开关、电机控制器与负载电机连接，用于实现负载电机的第二路负载驱动；所述的动力电池同时与第二电压监测器相连，所述的第一、第二电压监测器与控制系统相连；所述的控制系统接收第一、第二电压监测器输出的两路电压值，所述的控制系统根据两路电压值，输出对电池模拟器的调压控制信号以及对第一、第二安全开关的断开和闭合控制信号。

2.一种动力电池与电池模拟器的安全切换方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤一、闭合动力电池与电机控制器间的第二安全开关，使得动力电池支路的驱动电路连通，向负载电机供电；

步骤二、在负载电机运转过程中，动力电池支路的第二电压监测器通过控制系统向电池模拟器输出动力电池电压值，实现电池模拟器动态跟踪动力电池电压值以使电源模拟器与动力电池具有同样的输出电压值，当动力电池的电压值突破控制系统内设定的预判断阈值时，闭合电池模拟器与负载电机之间的第一安全开关,此时共有两路直流电源为负载电机供电,经过设定时间的动力电池输出电压监测，判定动力电池是瞬间偏离正常的电压值范围，还是发生不可恢复性故障；若为瞬间偏离电压值，然后又恢复正常供电，则待动力电池电压输出恢复到正常值范围后，断开电池模拟器与负载电机之间的第一安全开关，仍由动力电池进行供电；若动力电池发生不可恢复性故障，则断开第二安全开关,由电池模拟器给负载电机供电，待一定时间后进行安全停机。