CN106019168A - 一种燃料电池汽车dc-dc变换器的试验系统 - Google Patents

一种燃料电池汽车dc-dc变换器的试验系统 Download PDF

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王跃
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies

Abstract

本发明公开了一种燃料电池汽车DC‑DC变换器的试验系统，涉及燃料电池汽车电力电子技术领域。该系统包括升压型DC‑DC变换器、降压型DC‑DC变换器、低压蓄电池组、高压蓄电池组、预充电及保护电路、上位机通讯网络六个部分。其中，升压型DC‑DC变换器与降压型DC‑DC变换器构成能量循环系统；低压蓄电池组和高压蓄电池组稳定、调节DC‑DC变换器的升降压比；预充电及保护电路实现DC‑DC变换器内部电容的预充电和试验系统的过流保护；上位机通讯网络控制、监测DC‑DC变换器的状态。该系统能灵活、全面地测试升压型DC‑DC变换器和/或降压型DC‑DC变换器在燃料电池汽车动力系统中的各种工作状态，又只产生很少的能量损失，满足DC‑DC变换器试验系统的功能性和经济性要求。

Description

一种燃料电池汽车DC-DC变换器的试验系统
技术领域
本发明涉及一种适用于燃料电池汽车DC-DC变换器的试验系统，属于燃料电池汽车电力电子技术领域。
背景技术
燃料电池汽车是一种效率高、排放低、续驶里程长的新能源汽车。为了有效利用能量，现有的燃料电池汽车通常添加蓄电池组和/或超级电容作为辅助动力源，以实现动态功率补充和制动能量回收等功能。为此，需要DC-DC变换器将两种动力源连接起来，调节燃料电池的功率输出，匹配两种动力源的电压等级。
DC-DC变换器在燃料电池汽车动力系统中处于核心位置，用于燃料电池汽车的DC-DC变换器功率等级在几十至上百千瓦之间，一般采用控制燃料电池端电流的控制模式，该电流通常高达几百安培。而一个DC-DC变换器在接入车辆动力系统测试之前，必须先在实验室条件下进行测试，确保各项功能全部能够正常工作。
但是，目前在实验室条件下一般采用阻性负载对DC-DC变换器进行测试。若用阻性负载对燃料电池汽车DC-DC变换器进行长时间大功率的测试，即使能够达到DC-DC变换器要求的试验条件，也需要消耗大量能量，且全部以热的形式耗散。根据以上分析，对于现有试验系统，要在实验室条件下满足燃料电池汽车DC-DC变换器的测试的功能性和经济性条件是很困难的。
本发明采用升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、低压蓄电池组和高压蓄电池组构成能量循环系统，采用预充电及保护电路保障试验系统的安全性，并采用上位机通讯网络控制和监测系统状态，可以实现大功率车用试验条件的模拟，同时大幅减少试验系统的能量消耗，实现对车用升压型DC-DC变换器和/或降压型DC-DC变换器不同工作状态的灵活测试。
发明内容
本发明涉及一种用于燃料电池汽车大功率DC-DC变换器的试验系统，该试验系统基于能量循环原理，能够模拟DC-DC变换器在燃料电池汽车上的工作环境，从而满足试验系统的功能性和经济性要求。
为达到上述目的，该燃料电池汽车DC-DC变换器试验系统由升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、低压蓄电池组、高压蓄电池组、预充电及保护电路、上位机通讯网络六个部分组成。
所述升压型DC-DC变换器的输入/输出端与所述降压型DC-DC变换器的输出/输入端相连，构成能量循环系统，使电能在所述低压蓄电池组和高压蓄电池组之间循环流动，实现车用升压型DC-DC变换器和/或降压型DC-DC变换器在大功率、大电流工作条件下的测试。
所述低压蓄电池组和高压蓄电池组由多节蓄电池串联而成，分别连接预充电及保护电路后连接于低压和高压直流母线(亦即升压型DC-DC变换器的输入/输出端或降压型DC-DC变换器的输出/输入端)，用于稳定DC-DC变换器输入输出端的电压，可以通过增减串联蓄电池数量的方式灵活调节试验系统的升降压比。
所述预充电及保护电路包含连接于低压蓄电池组和低压母线之间的预充电及保护电路和连接于高压蓄电池组和高压母线之间的预充电及保护电路，用于为升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器内部的电容预充电，减小试验系统启动瞬间的电流尖峰，并实现过流保护功能。低压端和高压端的预充电及保护电路均由熔断器、预充电电阻、预充电继电器及主继电器组成。低压端的熔断器、预充电电阻和预充电继电器串联于低压蓄电池组的正极和低压直流母线的正极之间，高压端的熔断器、预充电电阻和预充电继电器串联于高压蓄电池组的正极和高压直流母线的正极之间。低压端和高压端的主继电器均并联于相应的预充电电阻和预充电继电器之上。
所述上位机通讯网络包含用于控制、监测升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器的上位机CAN通讯网络，分别连接升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器的CAN通讯接口，可以分别控制升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC控制器的工作模式，分别调节两者的目标值，并监测两者的电流、电压、温度等工作状态。
综上所述，本发明采用升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、低压蓄电池组和高压蓄电池组构成能量循环系统，采用预充电及保护电路保障试验系统的安全性，并采用上位机通讯网络控制和监测系统状态，可以实现大功率车用试验条件的模拟，同时大幅减少试验系统的能量消耗。
与一般DC-DC变换器的试验系统不同，本发明不以纯电阻作为负载，因此减小了系统损耗；采用能量循环方式，又可以实现大功率、大电流的车用电气环境模拟。因而可以实现对车用升压型DC-DC变换器和/或降压型DC-DC变换器不同工作状态的灵活测试，且简单易行、成本低廉，对于改善燃料电池汽车DC-DC变换器的测试环境具有重大意义。
附图说明
图1为本发明所述燃料电池汽车DC-DC变换器试验系统结构示意图。
具体实施方式
参照附图，下面详细叙述本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明所述燃料电池汽车DC-DC变换器试验系统结构示意图。该试验系统由升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、低压蓄电池组、高压蓄电池组、预充电及保护电路、上位机通讯网络六个部分组成。各部分的具体连接方式为：
升压型DC-DC变换器的输入端和降压型DC-DC变换器的输出端相连构成低压直流母线；升压型DC-DC变换器的输出端和降压型DC-DC变换器的输入端相连构成高压直流母线；形成能量循环系统。
低压蓄电池组和高压蓄电池组分别由多节蓄电池串联而成，预充电及保护电路包含连接于低压蓄电池组和低压直流母线之间的预充电及保护电路和连接于高压蓄电池组和高压直流母线之间的预充电及保护电路，分别由熔断器、预充电电阻、预充电继电器和主继电器组成。
低压蓄电池组的正极与低压端预充电及保护电路的熔断器F1相连于1，负极与低压直流母线的负极相连于5；低压端预充电及保护电路的熔断器F1的另一端与预充电电阻R1、主继电器S2的一端相连于2，预充电电阻R1的另一端与预充电继电器S1的一端相连于3，预充电继电器S1的另一端、主继电器S2的另一端与低压直流母线的正极相连于4。
高压蓄电池组的正极与高压端预充电及保护电路的熔断器F2相连于10，负极与高压直流母线的负极相连于6；高压端预充电及保护电路的熔断器F2的另一端与预充电电阻R2、主继电器S4的一端相连于9，预充电电阻R2的另一端与预充电继电器S3的一端相连于8，预充电继电器S3的另一端、主继电器S4的另一端与高压直流母线的正极相连于7。
上位机通讯网络由控制、监测升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器的上位机和CAN通讯网络组成，分别连接升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器的CAN通讯接口。
试验时，首先依序闭合低压端预充电继电器S1、高压端预充电继电器S3，预充电电阻R1、R2接入电路，与DC-DC变换器内部的电容构成RC电路。通过上位机监测DC-DC变换器两端电容的电压变化，当确定电容充电已基本完成时，依序闭合低压端主继电器S2、高压端主继电器S4并断开低压端预充电继电器S1、高压端预充电继电器S3，即可正式开始试验测试。根据试验步骤通过上位机控制升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器的工作，并监测两者的电流、电压、温度等状态。试验中，由于降压型DC-DC变换器可以将经由升压变换器转换的较高电压的电能降压转换回较低电压的电能，构成能量循环系统，所以使电能在所述低压蓄电池组和高压蓄电池组之间循环流动。当试验中发生短路等故障导致熔断器F1或F2中流过的电流超过其限值时，熔断器熔断，变换器与蓄电池组的连接断开。
这样的试验系统，可以实现大功率、大电流的车用试验条件，同时只消耗少量能量(包括蓄电池组内阻的能量损耗和两个DC-DC变换器内部的能量损耗等)。因此，本试验系统可以满足燃料电池汽车对DC-DC变换器试验系统的功能性和经济性要求，实现对车用升压型DC-DC变换器和/或降压型DC-DC变换器不同工作状态的灵活测试。

Claims (1)

1.一种燃料电池汽车DC-DC变换器的试验系统，其特征在于，由升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器、低压蓄电池组、高压蓄电池组、预充电及保护电路、上位机通讯网络六个部分组成，其中，
所述升压型DC-DC变换器的输入/输出端与所述降压型DC-DC变换器的输出/输入端相连；
所述低压蓄电池组和高压蓄电池组由多节蓄电池串联而成，用于稳定DC-DC变换器输入输出端的电压，可以通过增减串联蓄电池数量的方式调节试验系统的升降压比；
所述预充电及保护电路包含连接于低压蓄电池组和低压直流母线之间的预充电及保护电路和连接于高压蓄电池组和高压直流母线之间的预充电及保护电路，分别由熔断器、预充电电阻、预充电继电器和主继电器组成，用于为升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器内部的电容预充电，并实现过流保护功能；
所述上位机通讯网络包含用于控制、监测升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC变换器的上位机CAN通讯网络，可以分别控制升压型DC-DC变换器和降压型DC-DC控制器的工作模式，分别调节两者的目标值，并监测两者的电流、电压、温度等工作状态，实现对车用升压型DC-DC变换器和/或降压型DC-DC变换器不同工作状态的测试。
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