CN204142849U - 用于模拟电动汽车充电的电池仿真器和系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真器和系统。其中，电池仿真器包括：采集器，与电流源相连接，用于采集电流源输出的电流信号；控制器，与上位机和采集器分别相连接，用于根据上位机输出的电池模拟参数和电流信号得到输出电压，其中，电池模拟参数为用于模拟电动汽车充电的电池参数；以及输出模块，与控制器和充电桩分别相连接，用于将输出电压输出至充电桩。通过本实用新型，解决了现有技术中对充电桩的充电测试结果不准确的问题，达到了提高充电桩的充电测试结果的准确性的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车领域，具体而言，涉及一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真器和系统。
背景技术
随着电动汽车的推广，国内电动汽车数量在不断增加，电动汽车充电电路采用电力电子变换电路，如果电动汽车大规模充电并网，可能对电网造成谐波污染，影响电力系统正常运行。对于这些影响电网运行的因素，需要通过有效的手段来进行评估，因此，这就要求对每个充电站的充电桩进行测试，检测每个充电桩在电动汽车进行充电时，对电网造成的影响。
目前，对充电桩进行测试的过程中，需要采用大量的电动汽车的电池接到充电桩进行充电，这样的测试方式需要大量的电池，测试过程消耗大量人力物力，而且由于电动汽车的电池使用状态及其本身的性能参数会随着使用的次数、时间等因素变化而变化，测试使用的电池难以真实反映这些性能参数的变化，从而导致对充电桩的充电测试结果不准确。
针对现有技术中对充电桩的充电测试结果不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真器和系统，以解决现有技术中对充电桩的充电测试结果不准确的问题。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真器。根据本实用新型的电池仿真器包括：采集器，与电流源相连接，用于采集电流源输出的电流信号；控制器，与上位机和采集器分别相连接，用于根据上位机输出的电池模拟参数和电流信号得到输出电压，其中，电池模拟参数为用于模拟电动汽车充电的电池参数；以及输出模块，与控制器和充电桩分别相连接，用于将输出电压输出至充电桩。
进一步地，电池仿真器还包括：通讯模块，与控制器和上位机分别相连接，其中，控制器与上位机通过通讯模块进行通讯。
进一步地，通讯模块包括RS-485接口，通讯模块通过RS-485总线与上位机进行通讯。
进一步地，采集器由模拟量采集卡构成，模拟量采集卡用于采集模拟量的电流信号，并将模拟量的电流信号转化为数据信号传输至控制器。
进一步地，控制器包括DSP处理器，用于得到输出电压。
进一步地，输出模块包括输出接口，输出模块通过输出接口与充电桩相连接。
进一步地，采集器、控制器和输出模块之间均采用RS-232接口进行通讯。
进一步地，电池模拟参数包括：待仿真的电池容量、电池循环使用次数、电池的初始荷电状态和电池模型的类型。
为了实现上述目的，根据本实用新型的另一方面，提供了一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真系统。根据本实用新型的用于模拟电动汽车充电的电池仿真系统包括：上位机；以及上述的用于模拟电动汽车充电的电池仿真器，与上位机相连接。
根据本实用新型实施例，通过采用采集器、控制器和输出模块模拟出上位机设置电池模拟参数对应的充电电池，接入到充电桩上，从而无需采用真实的充电电池即可实现不同状态的充电电池充电时对电网的影响，能够显著提高仿真可信度，有效体现电池充放电过程的暂态过程和电池的老化水平，更贴近实际电池，提高仿真精度，解决了现有技术中对充电桩的充电测试结果不准确的问题，达到了提高充电桩的充电测试结果的准确性的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是根据本实用新型实施例的电池仿真器的示意图；
图2是根据本实用新型实施例的PNGV电池模型的电路图；
图3是根据本实用新型实施例的Thevenin电池模型的电路图；以及
图4是根据本实用新型实施例的电池仿真器系统的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实用新型实施例提供了一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真器。
图1是根据本实用新型实施例的电池仿真器的示意图。如图1所示，该用于模拟电动汽车充电的电池仿真器100包括：采集器102、控制器104和输出模块106。
采集器102与电流源(图中未示出)相连接，用于采集电流源输出的电流信号。
具体地，电流源输出的电流信号通常为模拟量的电流信号，采集器102对模拟量的信号进行滤波之后，转换为数字信号传输给控制器104。
控制器104与上位机108和采集器102分别相连接，用于根据上位机108输出的电池模拟参数和电流信号得到输出电压，其中，电池模拟参数为用于模拟电动汽车充电的电池参数。
控制器104接收采集器102采集的电流信号，还接收上位机108输出的电池模拟参数，根据该电池模拟参数利用电流信号可以模拟出电动汽车的充电电池的输出电压。由于充电电池对于电网的影响通常是由于充电电池本身具有一定的电压，通过上位机108设置不同的电池模拟参数，用于控制上述控制器104模拟出相应参数的充电电池的输出电压，从而可以利用该输出电压对充电桩进行测试。
具体地，控制器104可以基于等效电路模型进行电池仿真，其过程为：首先，控制器对接收到的模拟信号进行积分运算，计算电池当前荷电状态；然后，调取电池参数表，查表得到电池参数数值；然后，根据等效电路模型方程计算得到电池电压；最后，输出仿真结果即计算得到的电池电压。
输出模块106与控制器104和充电桩(图中未示出)分别相连接，用于将输出电压输出至充电桩。
输出模块106将控制器104得到的输出电压输出至充电桩，充电桩在该输出电压下工作，从而使得工作人员能够对在该输出电压工作的充电桩进行检测，测出该充电桩对电网的影响。
这样，通过采用采集器、控制器和输出模块模拟出上位机设置电池模拟参数对应的充电电池，接入到充电桩上，从而无需采用真实的充电电池即可实现不同状态的充电电池充电时对电网的影响，能够显著提高仿真可信度，有效体现电池充放电过程的暂态过程和电池的老化水平，更贴近实际电池，提高仿真精度，解决了现有技术中对充电桩的充电测试结果不准确的问题，达到了提高充电桩的充电测试结果的准确性的效果。
优选地，电池仿真器100还包括通讯模块110，该通讯模块110与控制器104和上位机108分别相连接，其中，控制器104与上位机108通过通讯模块110进行通讯。
进一步地，通讯模块110包括RS-485接口，通讯模块通过RS-485总线与上位机进行通讯。
通讯模块110采用RS-485格式，实现控制器104和上位机108的通讯。该通讯模块110能够实现全双工通信，既实现上位机108对控制器104的仿真模式选择，参数配置，也实现控制器104将仿真数据实时上报给上位机108。采用RS-485格式，便于仿真规模的扩大。当需要进行多个电池同时进行实时仿真的场合，可以方便的扩展通讯网络。通讯模块支持电池仿真器与上位机的通讯，上位机能够实时监测电池仿真波形，并修改设定参数。
优选地，采集器102由模拟量采集卡构成，模拟量采集卡用于采集模拟量的电流信号，并将模拟量的电流信号转化为数据信号传输至控制器104。
采集器由模拟量采集卡构成，其中，采集卡能够对单端或差分信号进行采集。模拟量采集卡首先实现对输入电流信号的滤波，然后进行高精度采样，将模拟信号转化为数字信号，以字符串格式传输给控制器104。
优选地，控制器104包括DSP处理器，用于得到输出电压。
控制器104由DSP处理器构成，能够运算电池仿真模型，接收上位机108控制信号，反馈仿真电池内部参数。采用DSP处理器实现控制器运算，成本较低，体积较小。
进一步地，本实用新型实施例中的DSP处理器可以采用了TI公司产TMS320F28027型号DSP，但并不限于此。控制器104按上述算法对电池进行仿真，实时向上位机108反馈电压数值，并将其输出。
使用DSP处理器作为控制器104及控制方案，使其能够处理电池内部参数随电池状态不同而产生的变化。
优选地，输出模块106包括输出接口，输出模块通过输出接口与充电桩相连接。输出模块可以采用模拟量输出卡，将控制器104仿真得到电压数值以模拟量形式反馈给数字仿真部分。输出模块能够实现电池仿真器与实时仿真数字模块的连接，仿真可靠性高。
优选地，采集器102、控制器104和输出模块106之间均采用RS-232接口进行通讯。采集器102、控制器104和输出模块106之间采用RS-232接口以RS-232协议进行通信。
优选地，本实用新型实施例的电池模拟参数包括：待仿真的电池容量、电池循环使用次数、电池的初始荷电状态和电池模型的类型。
电池模型的类型可以是PNGV电池或者Thevenin电池中任意一种类型的电池。图2是PNGV电池模型的电路图，图3是Thevenin电池模型的电路图。下面结合图2至图4对本实用新型实施例的方案进行描述。
控制器接收通信模块传来的上位机信号，得到要仿真的电池容量C，电池循环使用次数k，初始荷电状态SOC0，电池模型的选择。
由采集器对输入的模拟量电流信号进行采集，将模拟量转化为数字量IL。
控制器接收采集器传递的信号，并且对该信号进行积分运算Q＝∫ILdt。
控制器计算当前仿真电池的荷电状态并将该数值反馈给上位机。
如果上位机选择PNGV电池模型，则根据当前SOC以及循环次数k的数值，在PNGV模型参数表中进行查表，得到电池参数Uoc，如果上位机选择Thevenin电池模型，则在Thevenin模型参数表中进行查表，得到电池参数Uoc。
构建电路方程，计算输出电压。如果上位机选择PNGV电池模型，则根据 Qp＝∫(iL-ip)dt计算输出电压。如果上位机选择Thevenin模型，根据Qp＝∫(iL-ip)dt计算输出电压。并通过通信模块将该输出电压反馈给上位机。
通过输出模块将上述计算得到的数值以模拟量形式输出。
在上述中，一次充电过程完成，充电次数加1，k＝k+1。
本实用新型实施例还提供了一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真系统，该系统包括：上位机和上述实施例提供的用于模拟电动汽车充电的电池仿真器，该电池仿真器与上位机相连接。
具体地，在实验室环境下，使用本电池仿真器，搭建的电池仿真系统如图4所示，配电网的数字仿真模型在实时数字仿真仪(Real Time Digital Simulator，简称为RTDS)上搭建，而物理仿真部分则可以由本实用新型实施例的电池仿真器完成，同时，数字仿真和物理仿真的结果都传递给上位机。上位机的控制程序在LabVIEW上完成，通过上位机的控制，电池仿真器可以仿真不同电池容量，不同老化程度的电池在配电网充电的情况。
在测试当中，我们对较为典型的了60Ah全新锂电池和老化锂电池进行了仿真。电池仿真器接收数字仿真部分传递过来的模拟信号，通过模拟信号采集卡将模拟信号转化为数字信号，并传递控制器。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真器，其特征在于，包括：
采集器，与电流源相连接，用于采集所述电流源输出的电流信号；
控制器，与上位机和所述采集器分别相连接，用于根据所述上位机输出的电池模拟参数和所述电流信号得到输出电压，其中，所述电池模拟参数为用于模拟电动汽车充电的电池参数；以及
输出模块，与所述控制器和充电桩分别相连接，用于将所述输出电压输出至所述充电桩。
2.根据权利要求1所述的电池仿真器，其特征在于，所述电池仿真器还包括：
通讯模块，与所述控制器和所述上位机分别相连接，其中，所述控制器与所述上位机通过所述通讯模块进行通讯。
3.根据权利要求2所述的电池仿真器，其特征在于，所述通讯模块包括RS-485接口，所述通讯模块通过RS-485总线与所述上位机进行通讯。
4.根据权利要求1所述的电池仿真器，其特征在于，所述采集器由模拟量采集卡构成，所述模拟量采集卡用于采集模拟量的电流信号，并将所述模拟量的电流信号转化为数据信号传输至所述控制器。
5.根据权利要求1所述的电池仿真器，其特征在于，所述控制器包括DSP处理器，用于得到所述输出电压。
6.根据权利要求1所述的电池仿真器，其特征在于，所述输出模块包括输出接口，所述输出模块通过所述输出接口与所述充电桩相连接。
7.根据权利要求1所述的电池仿真器，其特征在于，所述采集器、所述控制器和所述输出模块之间均采用RS-232接口进行通讯。
8.根据权利要求1所述的电池仿真器，其特征在于，所述电池模拟参数包括：待仿真的电池容量、电池循环使用次数、电池的初始荷电状态和电池模型的类型。
9.一种用于模拟电动汽车充电的电池仿真系统，其特征在于，包括：
上位机；以及
权利要求1至8中任一项所述的用于模拟电动汽车充电的电池仿真器，与所述上位机相连接。
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