CN112014665A - 燃料电池大功率dc-dc变换器测试系统 - Google Patents

燃料电池大功率dc-dc变换器测试系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种燃料电池大功率DC‑DC变换器测试系统，包括：低压蓄电池组；待测升压型DC‑DC变换器；低压侧预充电及保护电路与低压蓄电池组串联；小功率直流源；辅助降压型DC‑DC变换器与待测升压型DC‑DC变换器的输出端串联；高压蓄电池组；高压蓄电池组与高压侧预充电及保护电路串联；水冷组件；控制单元用于采集待测升压型DC‑DC变换器和辅助降压型DC‑DC变换器的输入输出电压、输入输出电流和相电流，并采集水冷组件的当前温度，并控制待测升压型DC‑DC变换器的电流控制和辅助降压型DC‑DC变换器的电压，实现电流能量回路。由此，极大地减小了测试系统的占地空间以及所造成的实验室温升和能量消耗。

Description

燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统
技术领域
本申请涉及大功率DC-DC变换器(DC-DC converter)测试技术领域，特别涉及一种燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统。
背景技术
燃料电池汽车作为新能源汽车的代表之一，受到了越来越多的关注。大功率DC-DC变换器是燃料电池动力系统的重要组成部分之一，其把不可控的燃料电池输出电压转换为可控的直流母线电压，从而维持了整车动力系统及控制系统的可靠运行。因此，变换器的设计、开发及性能测试环节尤为重要。
相关技术中，如图1所示，DC-DC变换器一般采用阻性负载测试系统进行性能测试，阻性负载测试系统包括燃料电池模拟装置、预充电及保护电路、待测升压型DC-DC变换器、阻性负载、水冷装置以及控制单元，其中，燃料电池模拟装置与预充电及保护电路串联后再与待测升压型DC-DC变换器输入端串联；待测升压型DC-DC变换器输出端与阻性负载串联；水冷装置用来冷却待测升压型DC-DC变换器；控制单元通过CAN通讯，实时采集待测升压型DC-DC变换器的输入输出电压、输入输出电流、相电流以及水冷装置的温度；控制单元控制预充电及保护电路开关的开通和关断。
然而，在阻性负载测试系统进行性能测试过程中发现，采用该测试系统对燃料电池大功率DC-DC变换器进行测试时会产生以下几个问题：
(1)DC-DC变换器输出功率很大，因此，阻性负载的功率等级要求较高，数量较多，测试系统占据空间较大，成本较高；
(2)DC-DC变换器的输出功率几乎全部转换为阻性负载的热量，造成电能的大量浪费；
(3)阻性负载产生大量热辐射，对实验室的冷却系统产生一定的要求，且高温环境对实验室安全将造成不利影响。
因此，急需一种新的燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，以有效克服上述问题。
申请内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，解决了相关技术中阻性负载测试系统大量浪费电能的技术问题，极大地减小了测试系统的占地空间以及所造成的实验室温升和能量消耗。
为达到上述目的，本申请实施例提供一种燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，包括：
低压蓄电池组和待测升压型DC-DC变换器；
低压侧预充电及保护电路，所述低压侧预充电及保护电路与所述低压蓄电池组串联，以基于所述低压蓄电池组对所述待测升压型DC-DC变换器进行预充电的同时，对变换器低压侧进行电流保护，并吸收低压侧纹波电压；
小功率直流源，所述小功率直流源与所述待测升压型DC-DC变换器的输入端串联，以补充系统的能量损耗；
辅助降压型DC-DC变换器，所述辅助降压型DC-DC变换器与所述待测升压型DC-DC变换器的输出端串联，形成串联回路；
高压蓄电池组；
高压侧预充电及保护电路，所述高压蓄电池组与所述高压侧预充电及保护电路串联，以基于所述高压蓄电池组对所述降压型DC-DC变换器进行预充电的同时，对变换器高压侧进行电流保护，并吸收高压侧纹波电压；
水冷组件，用于冷却所述待测升压型DC-DC变换器和所述辅助降压型DC-DC变换器；以及
控制单元，用于采集所述待测升压型DC-DC变换器和所述辅助降压型DC-DC变换器的输入输出电压、输入输出电流和相电流，并采集所述水冷组件的当前温度，并控制所述待测升压型DC-DC变换器的电流控制和所述辅助降压型DC-DC变换器的电压，实现电流能量回路。
另外，根据本申请上述实施例的燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统还可以具有以下附加的技术特征：
可选地，所述低压蓄电池组的电压根据所述待测升压型DC-DC变换器测试所需的输入电压确定。
可选地，所述低压侧预充电及保护电路包括：
第一熔断器；
第一预充电电阻，所述预充电电阻与所述熔断器串联；
第一开关和第二开关，所述第二开关与所述预充电电阻串联，所述第一开关均与所述第二开关和所述预充电电阻并联。
可选地，所述高压蓄电池组的电压根据所述待测升压型DC-DC变换器测试所需的输出电压确定。
可选地，所述高压侧预充电及保护电路包括：
第二熔断器；
第二预充电电阻，所述第二预充电电阻与所述第二熔断器串联；
第三开关和第四开关，所述第四开关与所述第二预充电电阻串联，所述第三开关均与所述第四开关和所述第二预充电电阻并联。
可选地，所述水冷组件包括：
第一水冷装置，用于冷却所述待测升压型DC-DC变换器；
第二水冷装置，用于冷却所述辅助降压型DC-DC变换器。
可选地，上述的燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，还包括：
第五开关，所述第五开关设置于所述小功率直流源和所述待测升压型DC-DC变换器的输入端之间。
根据本申请实施例的燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，通过在待测升压型DC-DC变换器与降压型DC-DC变换器之间形成能量回路，在运行过程中仅有很少一部分能量损耗在蓄电池内阻和两台变换器上，绝大部分能量实现了循环利用，从而解决了相关技术中阻性负载测试系统大量浪费电能的技术问题，极大地减小了测试系统的占地空间以及所造成的实验室温升和能量消耗。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为相关技术中的阻性负载测试系统的结构示意图。
图2为根据本申请实施例提供的一种燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参照附图描述根据本申请实施例提出的燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统。
图2为本申请实施例所提供的一种燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统的结构示意图。
如图2所示，该燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统100包括：低压蓄电池组10、待测升压型DC-DC变换器20、低压侧预充电及保护电路30、小功率直流源40、辅助降压型DC-DC变换器50、高压蓄电池组60、高压侧预充电及保护电路70、水冷组件和控制单元80。
其中，低压侧预充电及保护电路30与低压蓄电池组10串联，以基于低压蓄电池组10对待测升压型DC-DC变换器20进行预充电的同时，对变换器低压侧进行电流保护，并吸收低压侧纹波电压。小功率直流源40与待测升压型DC-DC变换器20的输入端串联，以补充系统100的能量损耗。辅助降压型DC-DC变换器50与待测升压型DC-DC变换器20的输出端串联，形成串联回路。高压蓄电池组60与高压侧预充电及保护电路70串联，以基于高压蓄电池组60对降压型DC-DC变换器50进行预充电的同时，对变换器高压侧进行电流保护，并吸收高压侧纹波电压。水冷组件用于冷却待测升压型DC-DC变换器20和辅助降压型DC-DC变换器50。控制单元80用于采集待测升压型DC-DC变换器20和辅助降压型DC-DC变换器50的输入输出电压、输入输出电流和相电流，并采集水冷组件的当前温度，并控制待测升压型DC-DC变换器50的电流控制和辅助降压型DC-DC变换器50的电压，实现电流能量回路。
需要说明的是，控制单元80可以通过CAN通讯，分别实现待测升压型DC-DC变换器20的电流控制以及辅助降压型DC-DC变换器50的电压控制；控制单元80可以通过CAN通讯，实时采集待测升压型DC-DC变换器20以及辅助降压型DC-DC变换器50的输入输出电压、输入输出电流和相电流；
可选地，在一些实施例中，低压蓄电池组10的电压由待测升压型DC-DC变换器20测试所需的输入电压而定。如图2所示，低压蓄电池组10的“+”极与低压侧预充电及保护电路30串联后对待测升压型DC-DC变换器20进行预充电，对变换器低压侧实现电流保护并吸收低压侧纹波电压，低压蓄电池组10的“-”极与待测升压型DC-DC变换器20输入端的“-”极相连。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，低压侧预充电及保护电路30可以包括：熔断器FU1，预充电电阻R1以及开关K1、K2。其中，第一熔断器FU1、第一预充电电阻R1、第一开关K1和第二开关K2。其中，第一熔断器FU1“1”端与低压蓄电池组10的“+”极相连，第一熔断器FU1“2”端与第一预充电电阻R1的“1”端相连，即第一预充电电阻R1与第一熔断器FU1串联；第一预充电电阻R1的“2”端第二开关K2的“1”端相连，第一预充电电阻R1的“1”端与第一开关K1的“1”端相连，即第二开关K2与第一预充电电阻R1串联后与第一开关K1并联；第二开关K2的“2”端与第一开关K1的“2”端相连后再与待测升压型DC-DC变换器20的输入端的“+”极相连。
进一步地，在一些实施例中，如图2所示，待测升压型DC-DC变换器20输出端的“+”极与辅助降压型DC-DC变换器50输入端的“+”极相连，待测升压型DC-DC变换器20输出端的“-”极与辅助降压型DC-DC变换器50输入端的“-”极相连，辅助降压型DC-DC变换器50输出端的“+”极与待测升压型DC-DC变换器20输入端的“+”极相连，辅助降压型DC-DC变换器50输出端的“-”极与待测升压型DC-DC变换器20输入端的“-”极相连，形成一个串联回路。
可选地，在一些实施例中，高压蓄电池组60的电压根据待测升压型DC-DC变换器20测试所需的输出电压确定。如图2所示，高压蓄电池组60的“+”极与高压侧预充电及保护电路70串联后对辅助降压型DC-DC变换器50进行预充电，对变换器高压侧实现电流保护并吸收高压侧纹波电压，高压蓄电池组60的“-”极与待测升压型DC-DC变换器20输出端的“-”极相连。
可选地，在一些实施例中，高压侧预充电及保护电路包60括：第二熔断器FU2、第二预充电电阻R2、第三开关K3和第四开关K4。其中，高压侧预充电及保护电路包括熔断器FU2，预充电电阻以及开关K3、K4，其中，所述第二熔断器FU2的“1”端与待测升压型DC-DC变换器20输出端的“+”极相连，第二熔断器FU2的“2”端与第二预充电电阻R2的“1”端相连，即第二预充电电阻R2与第二熔断器FU2串联；第二预充电电阻R2的“2”端与第四开关K4的“1”端相连，第二预充电电阻R2的“1”端与第三开关K3的“1”端相连，第三开关K3的“2”端与第四开关K4的“2”端相连后再与高压蓄电池组60的“+”极相连，第四开关K4与第二预充电电阻R2串联后与第三开关K3并联。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，水冷组件包括：第一水冷装置91和第二水冷装置92。其中，第一水冷装置91用于冷却待测升压型DC-DC变换器20；第二水冷装置92，用于冷却辅助降压型DC-DC变换器50。控制单元80可以通过CAN通讯，实时采集第一水冷装置91和第二水冷装置92的温度。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，上述的燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，还包括：第五开关K5，第五开关K5设置于小功率直流源和待测升压型DC-DC变换器20的输入端之间。
具体地，如图2所示，小功率直流源与第五开关K5串联后再与待测升压型DC-DC变换器20输入端串联，为变换器测试系统的运行补充能量损耗，小功率直流源的“+”极与第五开关K5的“1”端相连，第五开关K5的“2”端与待测升压型DC-DC变换器20输入端的“+”极相连，小功率直流源“-”极与待测升压型DC-DC变换器20输入端的“-”极相连；需要说明的是，控制单元80可以分别控制第一开关K1～第五开关K5的开通和关断。
根据本申请实施例提出的燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，通过在待测升压型DC-DC变换器与降压型DC-DC变换器之间形成能量回路，在运行过程中仅有很少一部分能量损耗在蓄电池内阻和两台变换器上，绝大部分能量实现了循环利用，从而解决了相关技术中阻性负载测试系统大量浪费电能的技术问题，极大地减小了测试系统的占地空间以及所造成的实验室温升和能量消耗。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种燃料电池大功率DC-DC变换器测试系统，其特征在于，包括：
低压蓄电池组和待测升压型DC-DC变换器；
低压侧预充电及保护电路，所述低压侧预充电及保护电路与所述低压蓄电池组串联，以基于所述低压蓄电池组对所述待测升压型DC-DC变换器进行预充电的同时，对变换器低压侧进行电流保护，并吸收低压侧纹波电压；
小功率直流源，所述小功率直流源与所述待测升压型DC-DC变换器的输入端串联，以补充系统的能量损耗；
辅助降压型DC-DC变换器，所述辅助降压型DC-DC变换器与所述待测升压型DC-DC变换器的输出端串联，形成串联回路；
高压蓄电池组；
高压侧预充电及保护电路，所述高压蓄电池组与所述高压侧预充电及保护电路串联，以基于所述高压蓄电池组对所述降压型DC-DC变换器进行预充电的同时，对变换器高压侧进行电流保护，并吸收高压侧纹波电压；
水冷组件，用于冷却所述待测升压型DC-DC变换器和所述辅助降压型DC-DC变换器；以及
控制单元，用于采集所述待测升压型DC-DC变换器和所述辅助降压型DC-DC变换器的输入输出电压、输入输出电流和相电流，并采集所述水冷组件的当前温度，并控制所述待测升压型DC-DC变换器的电流控制和所述辅助降压型DC-DC变换器的电压，实现电流能量回路。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低压蓄电池组的电压根据所述待测升压型DC-DC变换器测试所需的输入电压确定。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低压侧预充电及保护电路包括：
第一熔断器；
第一预充电电阻，所述预充电电阻与所述熔断器串联；
第一开关和第二开关，所述第二开关与所述预充电电阻串联，所述第一开关均与所述第二开关和所述预充电电阻并联。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压蓄电池组的电压根据所述待测升压型DC-DC变换器测试所需的输出电压确定。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压侧预充电及保护电路包括：
第二熔断器；
第二预充电电阻，所述第二预充电电阻与所述第二熔断器串联；
第三开关和第四开关，所述第四开关与所述第二预充电电阻串联，所述第三开关均与所述第四开关和所述第二预充电电阻并联。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水冷组件包括：
第一水冷装置，用于冷却所述待测升压型DC-DC变换器；
第二水冷装置，用于冷却所述辅助降压型DC-DC变换器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
第五开关，所述第五开关设置于所述小功率直流源和所述待测升压型DC-DC变换器的输入端之间。
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