CN202267739U - 蓄电池充放电测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄电池充放电测试仪，包括数字控制单元和受其控制的蓄电池充放电电路，蓄电池充放电电路包括依次连接的DC/DC变换电路、DC/AC变换电路和并网开关，DC/DC变换电路包括一条或多条相互独立的直流通道，至少一条直流通道为其上设有直流斩波电路的斩波直流通道，直流通道的输入端设有蓄电池接线端子，输出端设有用于形成其输出端电压的直流母线电容，直流通道的输入端与并网开关的电源连接端之间连接有一条或多条设有软启开关的软启支路，所述一条或多条软启支路中至少有一条设有软启电阻。本实用新型的启动电流小，散热设计较为容易，并网冲击电流小，可广泛用于蓄电池的充放电过程。

Description

蓄电池充放电测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种蓄电池测试设备，特别涉及一种蓄电池充放电测试仪。

背景技术

现有的蓄电池充放电测试仪当闭合并网开关的瞬间，并网开关内外侧电压相差较大，因此产生明显的电流冲击，对电网的冲击较大。 

另外，通常只能同时对一组或两组蓄电池进行测试，测试效率低，要提高测试效率，就要多配备相应的测试仪，设备投入较高。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种蓄电池充放电测试仪，既实现了较小的启动电流，使得散热设计较为容易，又实现了较小的并网冲击电流，可广泛用于蓄电池的充放电过程，可减小对电网的冲击，还可提高功率因数，减小谐波。

本实用新型所采用的主要技术方案是：

一种蓄电池充放电测试仪，包括数字控制单元和受其控制的蓄电池充放电电路，所述蓄电池充放电电路包括依次连接的DC/DC变换电路、DC/AC变换电路和并网开关，所述DC/DC变换电路包括一条或多条相互独立的直流通道，至少一条所述直流通道为其上设有直流斩波电路的斩波直流通道，所述直流通道的输入端设有蓄电池接线端子，输出端设有用于形成其输出端电压的直流母线电容，输出端连接所述DC/AC变换电路的DC端，所述并网开关的一端连接所述DC/AC变换电路的AC端，另一端构成与电网或交流电源连接的电源连接端，还包括一条或多条设有软启开关的软启支路，所述软启支路的一端连接所述并网开关的电源连接端，另一端连接直流通道的输入端，所述多条软启支路中不同的软启支路分别与不同的直流通道对应，所述一条或多条软启支路中至少有一条设有软启电阻，且至少一条设置了软启电阻的所述软启支路与所述斩波直流通道相对应。

所述DC/AC变换电路自DC端到AC端依次设有逆变桥和隔离变压器。

所述直流斩波电路优选由直流通道滤波电路和电子开关组件构成，所述直流通道滤波电路为L、CL、LC或LCL滤波电路，所述电子开关组件由第一功率开关管和第二功率开关管组成，所述第一功率开关管的集电极连接直流母线电容的正极端，发射极连接所述第二功率开关管的集电极和所述直流通道滤波电路的正极输出端，所述第二功率开关管的发射极连接直流母线电容的负极端。

至少一条设置了软启电阻的所述软启支路上还可以并联有一条或多条由相互串联的旁路电阻和旁路开关组成的软启旁路，且至少有一条所述软启旁路与所述斩波直流通道相对应。

所述逆变桥是所述数字控制单元的控制对象之一，所述数字控制单元对所述逆变桥的输出的控制目标是使所述并网开关内侧电压与交流电网电压同幅同相或基本同幅同相，所述数字控制单元调节或不调节所述直流通道的输出，当调节所述直流通道的输出时，采用PWM方式调节，且控制目标是使所述直流母线电容电压达到或超过所述隔离变压器的内侧线电压的峰值。

所述蓄电池充放电测试仪还设有用于输入参数和控制指令以及输出检测和控制结果的监控单元，设有或不设有上位机，所述监控单元与所述数字控制单元双向通信连接，设有所述上位机时，所述上位机与所述监控单元双向通信连接。

对于上述任意一种蓄电池充放电测试仪，所述直流通道优选为一条、两条或三条，当有两条时，其中至少有一条是所述斩波直流通道，当有三条时，其中至少有两条是所述斩波直流通道。

本实用新型的有益效果：

由于设置了软启支路，可以在并网之前先通过软启电阻将所述直流通道的输入端接入所述交流电网，并利用交流电网对所述直流母线电容充电，一方面减小了启动电流，相应降低了散热要求，另一方面，在并网前实现了对直流母线电容的充电，为进一步要解决的减小并网时的冲击电流问题作了必要的准备，设置多个软启支路有助于对启动过程的优化控制。

由于设置了设有直流斩波电路的斩波直流通道，可充分利用直流斩波电路的电压变换功能改变直流母线电容电压的大小，通常是升高直流母线电容的电压，以尽可能地使并网开关闭合瞬间并网开关内侧电压可以与并网开关外侧的电压在大小上达到匹配。

采用本实用新型的直流通道的设置，既可以进行升压也可以进行降压，可适用于较宽的蓄电池组输入电压范围；

由于所述DC/AC变换电路上设有逆变桥，可以充分利用逆变桥的变换功能使得并网开关内侧的电压与外侧的电压同幅同相或基本同幅同相，即达到同步，以减小甚至消除并网开关闭合瞬间的电流冲击。

由于设置了软启旁路，并采用升压隔离变压器，在先闭合软启开关对直流母线电容充电以后，可以再闭合旁路开关进一步升高直流母线电容电压，即使不通过数字控制调节所述直流斩波电路的输出电压，只要旁路电阻的阻值选取合适，仍然可以实现直流母线电容电压至少不小于升压隔离变压器的内侧线电压的峰值，因此可以简化系统结构、提高系统可靠性；

各个直流通道可独立运行，均可实现充电/放电功能，通过数字控制可以容易的实现多种运行模式，如恒电流，恒功率，恒电阻运行等。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为软启动电路的第一个实施例的原理图；

图3为软启动电路的第二个实施例的原理图；

图4为软启动电路的第三个实施例的原理图；

图5为软启动电路的第四个实施例的原理图；

图6为直流通道的一个电路组成实施例；

图7为两条直流通道组成boost升压电路的一个实施例的电路图；

图8为三条直流通道组成boost升压电路的一个实施例的电路图；

图9为交流接触器接线方式示意图；

图10为设置软启旁路的软启动电路的一个实施例的原理图。

具体实施方式

如图1、10所示，一种蓄电池充放电测试仪，包括数字控制单元和受其控制的蓄电池充放电电路，所述蓄电池充放电电路包括依次连接的DC/DC变换电路、DC/AC变换电路和并网开关，即该变流器内部采用DC/DC和DC/AC两步变换。电能可以在直流负载（即蓄电池）与交流电网间双向流动，当电能由蓄电池向交流电网流动时，所述变流器处于放电工作状态，反之则处于充电工作状态。所述DC/DC变换电路包括一条或多条相互独立的直流通道，至少一条所述直流通道为其上设有直流斩波电路的斩波直流通道，所述直流通道的输入端设有蓄电池接线端子，用于连接蓄电池，输出端设有用于形成其输出端电压的直流母线电容，直流母线电容可用于暂时存储来自负载或交流电网侧的电能。输出端连接所述DC/AC变换电路的DC端，所述并网开关的一端连接所述DC/AC变换电路的AC端，另一端构成与电网或交流电源连接的电源连接端。所述蓄电池充放电电路还包括一条或多条设有软启开关的软启支路，所述软启支路的一端连接所述并网开关的电源连接端，另一端连接所述直流通道的输入端，所述多条软启支路中不同的软启支路分别与不同的直流通道对应，所述一条或多条软启支路中至少有一条设有软启电阻，且至少一条设置了软启电阻的所述软启支路与所述斩波直流通道相对应。

所述DC/AC变换电路自DC端到AC端依次设有逆变桥和隔离变压器，所述逆变桥是实现DC/AC变换的核心部分，所述隔离变压器可以是升压、降压或1:1隔离变压器，所述并网开关用于控制所述蓄电池充放电电路是否接入所述交流电网。

启动所述变流器时，先闭合所述软启开关MC，交流电网输出的电能经由软启电阻和DC/DC变换电路，给直流母线电容充电，由于并网开关处于断开状态，且所述蓄电池充放电电路具有一定的调节输出的能力，使得并网开关内侧电压一定程度上相对独立于并网开关的外侧电压（即交流电网电压），使得调节并网开关内侧电压达到与交流电网电压同幅同相或基本同幅同相成为可能，还由于软启电阻的存在可明显减小启动电流。所谓基本同幅同相是指两幅值（或两相位）之间的差值在基于并网要求的相应差值容限之内。

利用所述DC/DC变换电路的电压变换功能，可以容易地改变直流母线电容的电压的大小，通常是升高直流母线电容的电压使得并网开关闭合瞬间并网开关内侧电压可以与其外侧电压在大小上达到匹配，最好是将直流母线电容电压升高到隔离变压器内侧线电压的峰值以上。

对于即定的所述逆变桥，在使用过程中通常不调节所述隔离变压器的变比，而是优选调节所述逆变桥的交流输出，改变其输出的电压幅值和相位，由于所述逆变桥的输出电压与并网开关的内侧电压存在确定的定量关系，因此调节所述逆变桥的输出相当于间接地改变并网开关的内侧电压的幅值和相位，因此可以实现并网开关内外侧电压的同幅同相或基本同幅同相。

可见，通过设置软启支路作为启动过程的临时通路，配合DC/DC变换升高直流母线电容电压缩小并网开关内外侧电压幅值的差距，并调节逆变桥的输出电压的幅值和相位进一步使得并网开关内外侧电压同幅同相或基本同幅同相，可以使并网开关闭合瞬间其内外侧的平稳对接，以此实现同步并网，从而减小甚至消除并网开关闭合瞬间的电流冲击。

如图6所示，要实现上述的DC/DC变换主要是通过调节所述直流斩波电路的输出实现的，所述直流斩波电路优选由直流通道滤波电路FLT和电子开关组件（即图中所示的桥臂）BR构成，所述直流通道滤波电路可以为L、CL、LC或LCL滤波电路，优选为LCL-T型滤波电路，单端接负载，在蓄电池充放电电路正常工作状态下，可较好地降低负载一侧直流电流的纹波水平。所述电子开关组件由第一功率开关管（如图6中的S1）和第二功率开关管（如图6中的S2）组成，所述第一功率开关管的集电极连接直流母线电容的正极端，发射极连接所述第二功率开关管的集电极和所述直流通道滤波电路的正极输出端（即储能电感的输出端），所述第二功率开关管的发射极连接直流母线电容的负极端，所述功率开关管可以是MOS管、IGBT管、碳化硅SiC功率器件或IGCT等可控型功率开关器件，所构成的所述直流斩波电路为升压式直流斩波电路，由此可通过脉宽调制等方式控制功率开关管的工作状态和方式，调节斩波电路参数，在直流母线电容上形成所需要的输出。

除了所述斩波直流通道之外的其他直流通道上均设置有所述电子开关组件，其中第一功率开关管S1和第二功率开关管S2相连接的点构成其所在直流通道的输入端，所述电子开关组件的输出端构成其所在直流通道的输出端，为了便于表达，把这种直流通道称为基础直流通道（参见图4的第二条直流通道）。

作为电路启动条件之一，所述DC/AC变换电路的AC端自所述交流电网进行交流取电的方式可以为三相三线制或三相四线制中的任意两相线电压、三相四线制中的任意一相相电压或单独的市电输入电压，取电较为方便。

所述隔离变压器的初级端或次级端还可以连接有交流通道滤波电路，用于所述DC/AC变换电路交流侧的滤波。

优选地，至少一条设置了软启电阻的所述软启支路上还可以并联有一条或多条由相互串联的旁路电阻和旁路开关组成的软启旁路，且至少有一条所述软启旁路与所述斩波直流通道相对应，即至少一条所述斩波直流通道所对应的软启支路为设有所述软启旁路的软启支路。当设有两条所述直流通道时，设置软启旁路的电路结构可参见图10，在这种情况下，可以采用数字控制技术控制所述直流斩波电路的输出，也可以不对所述直流斩波电路的输出进行调节，前提是通过其他手段可以使母线电容电压升高到规定值。

所述隔离变压器优选为升压隔离变压器，对应同一所述直流通道的所述软启电阻的阻值优选大于所述旁路电阻的阻值，所述软启电阻的阻值较大，可以使直流母线电容充电时的软启电流（软启动过程中流过直流通道的电流即为相应直流通道的软启电流）较小，所述旁路电阻的阻值较小，可以使直流母线电容的电压进一步提高，使得直流母线电压不小于升压隔离变压器内侧线电压峰值。如果旁路电阻的阻值选取合适，直流母线电容电压可以通过增加并联的旁路开关实现进一步升高，无需进行数字控制，即可使得无冲击软启动实现起来较为容易，提高了系统的可靠性。

减小并网冲击是本实用新型要解决的主要问题之一，为此，对所述逆变桥（一般为三相逆变桥）的控制是解决该问题的关键，采用所述数字控制单元对所述逆变桥的输出的控制目标是：使所述并网开关内侧电压与交流电网电压同幅同相或基本同幅同相，所述数字控制单元调节或不调节所述直流通道的输出，当调节所述直流通道的输出时，采用PWM方式调节，且控制目标是使所述直流母线电容电压达到或超过所述隔离变压器的内侧线电压的峰值。通过数字控制技术对所述逆变桥进行控制，提高了并网同步的精度。

所述升压式直流斩波电路的输出优选通过所述数字控制单元采用PWM方式调节。通过改变所述电子开关组件中的功率开关管的导通时间，改变所述升压式直流斩波电路输出电压的平均值，从而改变所述直流母线电容电压的值，实际应用中至少不小于隔离变压器内侧线电压的峰值。

所述蓄电池充放电电路可以有多种具体的实现形式，以设有两条直流通道的情况为例，软启电阻和软启开关的相对位置可以相互调换（参见图2和3）、部分直流通道上可以不设置滤波器（参见图4）、部分软启支路上可以不设置软启电阻（参见图5），只要对于变流器整体而言，直流母线电容的电压能够升高到规定值即可。

上述各种所述蓄电池充放电电路的工作过程是：

（1）闭合软启开关，交流电流经过软启电阻对直流母线电容进行充电。

（2）通过数字控制技术对boost升压电路进行控制，使直流母线电容电压进一步升高，直流母线电容电压至少应不小于隔离变压器内侧线电压峰值。

（3）三相逆变桥对直流电压进行DC/AC变换，使得并网开关内侧的电压与并网开关外侧的交流电网电压同幅同相或基本同幅同相。

（4）闭合并网开关，断开软启开关，完成整个软启动过程。

在交流同步并网后，直流负载接入前，每个通道独立进行直流同步，再闭合各通道的直流输入开关，从而开始充电或放电操作。

而设置了所述软启旁路的所述蓄电池充放电电路的软启动工作过程是：

（1）闭合软启开关，交流电流经过软启电阻对直流母线电容进行充电。

（2）闭合旁路开关，直流母线电容电压进一步升高，使得直流母线电容电压至少不小于升压隔离变压器内侧线电压峰值。

（3）三相逆变桥对直流电压进行DC/AC变换，使得并网开关内侧的电压与并网开关外侧的交流电网电压同幅同相或基本同幅同相。

（4）闭合并网开关，断开软启开关，完成整个软启动过程。

所述软启开关和/或旁路开关可以采用交流接触器。由于通常情况下负载端与交流电网侧压差较大，常规的交流接触器难以承受，因此选用设有相互串联的多对主触点的交流接触器，使处于最远端的两个所述主触点接入相应的软启支路或软启旁路（参见图9），相当于提高了交流接触器的耐压能力。

所述数字控制单元设有用于接收传感器信号的若干采样信号输入端，以实时接收反馈的相应监测点的电压、电流，形成闭环控制。所述传感器优选包括分别用于检测所述并网开关内、外两侧电压和直流母线电容电压的电压传感器，以及用于检测软启电流（软启开关闭合后、并网开关闭合前，一条直流通道上所述电子开关组件的输入电流即为该直流通道的软启电流）的电流传感器和/或用于检测电网的供电电流的电流传感器。实践中，对软启电流和电网的供电电流的采样通常择一进行，其目的是使被测电流（也是被控电流）与相应的电压的相位相同，以提高功率因数，减小谐波。其中，对软启电流的检测可使用霍尔传感器进行，对并网开关内、外两侧电压的检测用于对并网开关内、外侧电压的同幅同相或基本同幅同相控制，软启电流和直流母线电容电压均处于受控状态。优选采用高精度采样芯片进行采样，控制精度高达1/1000。

所述蓄电池充放电测试仪还可设有用于输入参数和控制指令以及输出检测和控制结果的监控单元，即主要承担着输入、输出作用。所述监控单元与所述数字控制单元双向通信连接。所述监控单元优选包括LCD触摸屏，不仅可直观地显示检测和控制结果，还可以方便地通过其输入控制目标参量等数据以及发送控制指令等。

所述蓄电池充放电测试仪还可以设置上位机，并使所述上位机与所述监控单元双向通信连接，可实现对控制过程的远程监控。还可用于组网。所述上位机的数量可以是一台或多台。

对于上述任意一种所述蓄电池充放电测试仪，所述直流通道优选为一条、两条或三条，当有一条直流通道时，其为所述斩波直流通道，其电路构成单相半桥boost升压电路（参见图6）；当设有两条直流通道时，全部为所述斩波直流通道，或者一条是所述斩波直流通道，另一条是所述基础直流通道，优选为前者，构成单相全桥（或称H桥）boost升压电路（参见图7），对于设有两条直流通道的情况，至少一条直流通道上应设有带软启电阻的软启支路；当设有三条直流通道时，全部为所述斩波直流通道，或者其中两条是所述斩波直流通道，一条是所述基础直流通道，优选为前者，构成三相半桥boost升压电路（参见图8），相比图7所示电路，其升压速度更快，对于设有三条直流通道的情况，其中至少两条直流通道上应设有带软启电阻的软启支路。

本实用新型采用交流软启动，由于电网的相对稳定性，避免了直流启动的不确定性，显著提高了测试仪的可靠性。

本文针对蓄电池充放电电路、软启支路和软启旁路所称的“输入”、“输出”是针对所述变流器处于放电工作状态时所述蓄电池充放电电路中的电能流动方向而言的，而实际上电能可以在变流器中双向流动，因此上述表达并不构成对电能实际流动方向的限定。所称的“内侧”是靠近负载的一侧，“外侧”为靠近交流电网的一侧。

Claims (10)

1.一种蓄电池充放电测试仪，包括数字控制单元和受其控制的蓄电池充放电电路，所述蓄电池充放电电路包括依次连接的DC/DC变换电路、DC/AC变换电路和并网开关，所述DC/DC变换电路包括一条或多条相互独立的直流通道，至少一条所述直流通道为其上设有直流斩波电路的斩波直流通道，所述直流通道的输入端设有蓄电池接线端子，输出端设有用于形成其输出端电压的直流母线电容，输出端连接所述DC/AC变换电路的DC端，所述并网开关的一端连接所述DC/AC变换电路的AC端，另一端构成与电网或交流电源连接的电源连接端，其特征在于还包括一条或多条设有软启开关的软启支路，所述软启支路的一端连接所述并网开关的电源连接端，另一端连接直流通道的输入端，所述多条软启支路中不同的软启支路分别与不同的直流通道对应，所述一条或多条软启支路中至少有一条设有软启电阻，且至少一条设置了软启电阻的所述软启支路与所述斩波直流通道相对应。

2.根据权利要求1所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述DC/AC变换电路自DC端到AC端依次设有逆变桥和隔离变压器。

3.根据权利要求2所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述直流斩波电路由直流通道滤波电路和电子开关组件构成，所述直流通道滤波电路为L、CL、LC或LCL滤波电路，所述电子开关组件由第一功率开关管和第二功率开关管组成，所述第一功率开关管的集电极连接直流母线电容的正极端，发射极连接所述第二功率开关管的集电极和所述直流通道滤波电路的正极输出端，所述第二功率开关管的发射极连接直流母线电容的负极端。

4.根据权利要求3所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述DC/AC变换电路的AC端自所述交流电网进行交流取电的方式为三相三线制或三相四线制中的任意两相线电压、三相四线制中的任意一相相电压或单独的市电输入电压。

5.根据权利要求4所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述隔离变压器的初级端或次级端还连接有交流通道滤波电路。

6.根据权利要求5所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于至少一条设置了软启电阻的所述软启支路上还并联有一条或多条由相互串联的旁路电阻和旁路开关组成的软启旁路，且至少一条所述斩波直流通道所对应的软启支路为设有所述软启旁路的软启支路。

7.根据权利要求6所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述逆变桥是所述数字控制单元的控制对象之一，所述数字控制单元对所述逆变桥的输出的控制目标是使所述并网开关内侧电压与交流电网电压同幅同相或基本同幅同相，所述数字控制单元调节或不调节所述直流通道的输出，当调节所述直流通道的输出时，采用PWM方式调节，且控制目标是使所述直流母线电容电压达到或超过所述隔离变压器的内侧线电压的峰值。

8.根据权利要求7所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述软启开关和/或旁路开关采用设有相互串联的多对主触点的交流接触器。

9.根据权利要求8所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于还设有用于输入参数和控制指令以及输出检测和控制结果的监控单元，所述监控单元与所述数字控制单元双向通信连接。

10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述直流通道为一条、两条或三条，当有两条时，其中至少有一条是所述斩波直流通道，当有三条时，其中至少有两条是所述斩波直流通道。

11.根据权利要求8所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于还设有上位机和用于输入参数和控制指令以及输出检测和控制结果的监控单元，所述监控单元与所述数字控制单元双向通信连接，所述上位机与所述监控单元双向通信连接。

12.根据权利要求11所述的蓄电池充放电测试仪，其特征在于所述直流通道为一条、两条或三条，当有两条时，其中至少有一条是所述斩波直流通道，当有三条时，其中至少有两条是所述斩波直流通道。

Images