CN112234855A - 一种电池测试设备的直流软启动系统及方法 - Google Patents

一种电池测试设备的直流软启动系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电池测试设备的直流软启动系统及方法，包括软启处理器，控制器，驱动机构，驱动电路，电压采集模块，与电网电连接的断路器，与断路器电连接的可调电阻，与可调电阻电连接的大功率隔离变压器，分别与大功率隔离变压器、控制器电连接的DC/AC电源模块，与DC/AC电源模块电连接的直流母线电容，分别与直流母线电容、控制器电连接用于给电池组充放电的第一电源模块。交流侧通过利用可调电阻起始阻值最大拉低进入隔离变压器的电压，电流经DC/AC电源模块进入直流母线电容，随控制器输出PWM调制信号控制驱动机构带动可调电阻的阻值由大逐渐减小，至直流母线电压达到软启动电压，实现软启动，实现直流母线电容软启后无缝进入运行状态。

Description

一种电池测试设备的直流软启动系统及方法
【技术领域】
本发明涉及软启动的技术领域，尤其是设计一种电池测试设备的直流软启动系统及方法。
【背景技术】
随着储能技术在各领域的应用越来越普及，结合电动汽车规划与储能行业发展指导意见，锂离子动力电池等多种储能产品进入高速发展期，功率密度与应用市场成倍增加。
目前，现有电池组的测试设备的直流电压等级小于1000V，功率等级小于350KW，而提升直流电压等级与面对母线软启电流冲击的问题。并且，现有储能与动力的电池组测试设备采用交流侧软启技术，存在接触器大电流的现象，对IGBT等元器件存在冲击。
因此，现有技术有待改进和发展。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种电池测试设备的直流软启动系统及方法，用于解决现有技术不适用于高压大功率的测试设备且存在大电流导致IGBT等元器件受到冲击等问题。
本发明的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种电池测试设备的直流软启动系统，包括软启处理器，控制器，驱动机构，驱动电路，电压采集模块，与电网电连接的断路器，与断路器电连接的可调电阻，与可调电阻电连接的大功率隔离变压器，分别与大功率隔离变压器、控制器电连接的DC/AC电源模块，与DC/AC电源模块电连接的直流母线电容，分别与直流母线电容、控制器电连接用于给电池组充放电的第一电源模块；
所述软启处理器与控制器电连接，所述电压采集模块的一端与处理器电连接，所述电压采集模块的另一端接入DC/AC电源模块与直流母线电容之间的连接，所述电压采集模块获取直流母线电容的电压并将电压转化成电信号传输给控制器，所述控制器根据电信号向驱动电路输出PWM调制信号，所述驱动电路根据PWM调制信号驱动驱动机构调节可调电阻阻值的大小。
优选地，所述直流母线电容的容量为1400uf。
优选地，所述可调电阻为0至500欧姆的可调电阻。
优选地，所述大功率隔离变压器的变比为1:2。
优选地，所述电网为三相四线制；
所述可调电阻为3个，分别串联接入电网的三根火线中。
优选地，所述DC/AC电源模块上设置有与控制器电连接用于可控整流的可控元件。
另一方面，本发明还提供了一种电池测试设备的直流软启动方法，包括如下步骤：
断路器闭合，软启处理器上电；
软启处理器判断软启时间是否大于预设时间；
若软启时间小于预设时间，软启处理器通过控制器向驱动电路输出PWM调制信号，驱动电路根据PWM调制信号驱动驱动机构将可调电阻的阻值由大到小的调节；
电网的电压经可调电阻调节依次传输至大功率隔离变压器、DA/AC电源模块、直流母线电容；
直流母线电容的电压上升，电压采集模块采集直流母线电容的电压并将电压转化成电信号传输给控制器，控制器判断直流母线电容的电压是否大于第一预设电压；
若直流母线电容的电压小于第一预设电压，控制器将直流母线电容的电压与预设电压进行对比并调制输出PWM调制信号，驱动电路根据PWM调制信号继续驱动驱动机构调节可调电阻阻值，至直流母线电容的电压大于第一预设电压，控制器停止输出PWM调制信号，软启处理器的软启动完成。
优选地，在所述软启处理器判断软启时间是否大于预设时间之后，还包括步骤：
若软启时间大于预设时间时，软启处理器的软启动失败。
优选地，在所述软启处理器的软启动完成之前，还包括步骤：
判断直流母线电容的电压是否大于第二预设电压；
若是，则控制器控制可控元件控制电压，软启处理器的软启动完成；若否，则返回步骤判断软启时间是否大于预设时间。
优选地，所述预设时间为10s，第一预设电压为1131V，第二预设电压为1500V。
本发明的有益效果在于：相较于现有技术，本发明电池测试设备的软启系统利用可调电阻，在系统上电时，软启处理器通过控制器向驱动电路输出PWM调制信号，驱动电路根据PWM调制信号驱动驱动机构将可调电阻的阻值由大到小的调节，利用可调电阻起始阻值最大拉低进入隔离变压器的电压，电流经DC/AC电源模块进入直流母线电容，实现软启直流母线电容，无大电流冲击，实现电池测试设备直流母线软启动，实现直流母线电容软启后无缝进入运行状态，解决现有采用交流侧软启存在接触器大电流的现象。
【附图说明】
图1为本发明实施例电池测试设备的直流软启动系统的原理框图。
图2为本发明实施例电池测试设备的直流软启动系统大功率隔离变压器、DC/AC电源模块、直流母线电容、第一电源模块、电池组之间的电路示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请参照附图1和附图2，本发明实施例中的一种电池测试设备的直流软启动系统。该电池测试设备的直流软启动系统包括：软启处理器4，与软启处理器4电连接的控制器5，与控制器5电连接的驱动电路6，与驱动电路6电连接的驱动机构7，与控制器5电连接的电压采集模块3，与电网13电连接的断路器12，与断路器12电连接的接触器11，与接触器11电连接的可调电阻10，与可调电阻10电连接的大功率隔离变压器9，分别与大功率隔离变压器9、控制器5电连接的DC/AC电源模块8，与DC/AC电源模块8电连接的直流母线电容14，分别与直流母线电容14、控制器5电连接用于给电池组1充放电的第一电源模块2。软启处理器4用于给控制器5发送指令，并通过控制器5控制DC/AC电源模块8、第一电源模块2、驱动电路6有序的工作。
这样，当断路器12闭合，软启处理器4上电，软启处理器4通过控制器5向驱动电路6输出PWM调制信号，驱动电路6根据PWM调制信号驱动驱动机构7将可调电阻10的阻值由大到小的调节；电网13的电压经可调电阻10调节依次传输至大功率隔离变压器9、DC/AC电源模块8、直流母线电容14，电压采集模块3实时采集直流母线电容14的电压并将电压转化成电信号传输给控制器5，控制器5将直流母线电容14的电压与预设电压进行对比并调制输出PWM调制信号，驱动电路6根据PWM调制信号继续驱动驱动机构7调节可调电阻10阻值，至直流母线电容14的电压达到软启动电压，控制器5则停止输出PWM调制信号，软启处理器4的软启动完成。
通过交流侧的利用可调电阻10起始阻值最大拉低进入隔离变压器的电压，电流经DC/AC电源模块8进入直流母线电容14，实现软启直流母线电容14，无大电流冲击，并随控制器5输出PWM调制信号控制驱动机构7带动可调电阻10的阻值由大逐渐减小，至直流母线电压逐渐达到软启动电压，实现电池测试设备直流母线软启动，即可实现直流母线电容14软启后无缝进入运行状态，解决现有采用交流侧软启存在接触器11大电流的现象。
具体的，控制器5为DSP芯片，驱动机构7为电机。电网13为三相四线制，可调电阻10为3个，分别串联接入电网13的三根火线中，且可调电阻10均与驱动机构7机械连接，实现同步调节可调电阻10，有效降低进入大功率隔离变压器9的电压。
为实现本发明电池测试设备的额定功率达到800KW，适用于测试大功率储能电池组1或动力电池组1，直流母线电容14的容量为1400uf，可调电阻10为0至500欧姆的可调电阻10，大功率隔离变压器9的变比为1:2。
在此，需要说明的是，为使本发明适用更大容量的电池组1的测试，提高电池测试设备的额定功率，可使提高改变直流母线电容14的容量、大功率隔离变压器9的变比，且为防止软启动时大电流的冲击，可提高改变可调电阻10的阻值范围实现，在此不一一赘述。
DC/AC电源模块8作为整流变换在软启过程中主要起到不控整流与可控整流控制两种工作模式。具体的，DC/AC电源模块8为多电平拓扑结构，如图2所示，DC/AC电源模块8为三电平拓扑结构，在此不作限定。且DC/AC电源模块8为上设置有与控制器5电连接用于可控整流的可控元件，可控元件与控制器5电连接，当需要可控整流时，即可通过可控元件控制。其中，可控元件可为可控硅元件、IGBT等。
第一电源模块2包括用于控制第一电池组11充放电的第一DC/DC电源模块21以及用于控制第二电池组12充放电的第二DC/DC电源模块22，直流母线电容14的一端分别与第一DC/DC电源模块21、第二DC/DC电源模块22、DC/AC电源模块8的正极端电连接，直流母线电容14的另一端分别与与第一DC/DC电源模块21、第二DC/DC电源模块22、DC/AC电源模块8的负极端电连接，即第一DC/DC电源模块21、第二DC/DC电源模块22并联，这样，可实现给第一电池组11或第二电池组12单独充放电，或同时充放电。具体的，第一DC/DC电源模块21与第二DC/DC电源模块22均为多电平拓扑结构，如第一DC/DC电源模块21与第二DC/DC电源模块22均为二电平拓扑结构，如图2所示，在此不作限定。
在本实施例中，为方便实际中实用安装，将处理器31、电压采集模块3、第一DC/DC电源模块21、第二DC/DC电源模块22集中构成一个直流柜，将DC/AC电源模块8、隔离变压器23集中构成交流柜。
另外，配合上述软启系统，本发明实施例还提供了一种电池测试设备的直流软启动方法，包括如下步骤：
S1，断路器12闭合，接触器11导通，软启处理器4上电；
S2，软启处理器4判断软启时间是否大于预设时间；
S3，若软启时间小于预设时间，软启处理器4通过控制器5向驱动电路6输出PWM调制信号，驱动电路6根据PWM调制信号驱动驱动机构7将可调电阻10的阻值由大到小的调节；
S4，电网13的电压经可调电阻10调节依次传输至大功率隔离变压器9、DA/AC电源模块、直流母线电容14；
S5，直流母线电容14的电压上升，电压采集模块3采集直流母线电容14的电压并将电压转化成电信号传输给控制器5，控制器5判断直流母线电容14的电压是否大于第一预设电压；
S6，若直流母线电容14的电压小于第一预设电压，控制器5将直流母线电容14的电压与预设电压进行对比并调制输出PWM调制信号，驱动电路6根据PWM调制信号继续驱动驱动机构7调节可调电阻10阻值，至直流母线电容14的电压大于第一预设电压，控制器5停止输出PWM调制信号。
S7，判断直流母线电容14的电压是否大于第二预设电压；
S8，若是，则控制器5控制可控元件控制电压，软启处理器4的软启动完成；若否，则返回步骤判断软启时间是否大于预设时间。
其中，第二预设电压大于第一预设电压。
在步骤S2之后，电池测试设备的直流软启动方法还包括步骤：S9，若软启时间大于预设时间时，软启处理器4的软启动失败。
具体的，预设时间为10s，第一预设电压为1131V，第二预设电压为1500V。这里，需要说明的是，为使本发明适用更大容量的电池组1的测试，提高电池测试设备的额定功率，同根据需求调整软启动的预设时间、第一预设电压、第二预设电压实现，在此不一一赘述。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池测试设备的直流软启动系统，其特征在于，包括软启处理器，控制器，驱动机构，驱动电路，电压采集模块，与电网电连接的断路器，与断路器电连接的可调电阻，与可调电阻电连接的大功率隔离变压器，分别与大功率隔离变压器、控制器电连接的DC/AC电源模块，与DC/AC电源模块电连接的直流母线电容，分别与直流母线电容、控制器电连接用于给电池组充放电的第一电源模块；
所述软启处理器与控制器电连接，所述电压采集模块的一端与处理器电连接，所述电压采集模块的另一端接入DC/AC电源模块与直流母线电容之间的连接，所述电压采集模块获取直流母线电容的电压并将电压转化成电信号传输给控制器，所述控制器根据电信号向驱动电路输出PWM调制信号，所述驱动电路根据PWM调制信号驱动驱动机构调节可调电阻阻值的大小。
2.根据权利要求1所述的电池测试设备的直流软启动系统，其特征在于，所述直流母线电容的容量为1400uf。
3.根据权利要求1或2所述的电池测试设备的直流软启动系统，其特征在于，所述可调电阻为0至500欧姆的可调电阻。
4.根据权利要求3所述的电池测试设备的直流软启动系统，其特征在于，所述大功率隔离变压器的变比为1:2。
5.根据权利要求4所述的电池测试设备的直流软启动系统，其特征在于，所述电网为三相四线制；
所述可调电阻为3个，分别串联接入电网的三根火线中。
6.根据权利要求5所述的电池测试设备的直流软启动系统，其特征在于：所述DC/AC电源模块上设置有与控制器电连接用于可控整流的可控元件。
7.一种电池测试设备的直流软启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
断路器闭合，软启处理器上电；
软启处理器判断软启时间是否大于预设时间；
若软启时间小于预设时间，软启处理器通过控制器向驱动电路输出PWM调制信号，驱动电路根据PWM调制信号驱动驱动机构将可调电阻的阻值由大到小的调节；
电网的电压经可调电阻调节依次传输至大功率隔离变压器、DA/AC电源模块、直流母线电容；
直流母线电容的电压上升，电压采集模块采集直流母线电容的电压并将电压转化成电信号传输给控制器，控制器判断直流母线电容的电压是否大于第一预设电压；
若直流母线电容的电压小于第一预设电压，控制器将直流母线电容的电压与预设电压进行对比并调制输出PWM调制信号，驱动电路根据PWM调制信号继续驱动驱动机构调节可调电阻阻值，至直流母线电容的电压大于第一预设电压，控制器停止输出PWM调制信号，软启处理器的软启动完成。
8.根据权利要求7所述的电池测试设备的直流软启动方法，其特征在于，在所述软启处理器判断软启时间是否大于预设时间之后，还包括步骤：
若软启时间大于预设时间时，软启处理器的软启动失败。
9.根据权利要求8所述的电池测试设备的直流软启动方法，其特征在于，在所述软启处理器的软启动完成之前，还包括步骤：
判断直流母线电容的电压是否大于第二预设电压；
若是，则控制器控制可控元件控制电压，软启处理器的软启动完成；若否，则返回步骤判断软启时间是否大于预设时间。
10.根据权利要求9所述的电池测试设备的直流软启动方法，其特征在于，所述预设时间为10s，第一预设电压为1131V，第二预设电压为1500V。
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