新型電動汽車充放電試驗平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型電動汽車充放電試驗平臺，包括控制板、監控單元、液晶顯示器、指示燈、14V/1A變壓器、14V/0.5A變壓器、24V開關電源、5V&12V開關電源、多費率電能表、開關電源模塊、急停開關、三相四線電源、漏電斷路器、直流接觸器、直流熔斷器、電池包及BMS系統、逆變器、負載依次連接。該試驗平臺既可運行在整流狀態，從電網側向電池包輸送能量，也可運行在逆變狀態，從電池包向負載輸送能量，使系統接近單位功率因數運行，可用于驗證電動汽車與電網之間能量雙向流動。
【專利說明】新型電動汽車充放電試驗平臺
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電動汽車充放電【技術領域】，尤其涉及一種新型電動汽車充放電試驗平臺。
【背景技術】
[0002]汽車作為現代社會化大工業的產物，已經成為石油消耗的主體。大量排放的汽車尾氣造成嚴重的空氣污染，影響人民的身心健康和社會的可持續發展。要緩解資源與環境兩大問題，汽車工業必然向著環保、清潔、節能方向發展。以電動汽車為代表的新能源汽車具有零(低)污染物排放、低噪聲、能源效率高、維修及運行成本低等特點，代表了世界汽車發展的未來方向。
[0003]盡管各大汽車制造商投入大量資金進行電動汽車的研究與開發，但是他們都面臨著一個共同的難題:電動汽車的續航里程不夠長。無論是插電式混合動力車(PHEV)還是純電動汽車(EV)，都嚴重依賴充電網絡。完善充電配套設施是電動車大規模推廣的關鍵。目前，國家電網、南方電網在充電基礎設施方面已加快腳步，廣州、上海、深圳等地均有大型電動汽車充電站建成投入使用。電動汽車與充電設施相互依存、相互促進，共同構成一個新興產業鏈。成熟的電動汽車充電系統建設方案迫在眉睫。
[0004]電動汽車充電裝置的分類有不同方法，總體上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置。地面大功率快速充電機作為非車載充電裝置，是整個充電系統中為電動汽車實施安全快速可靠充電的關鍵核心設備，在充電系統成本中所占比例也最高。目前，作為電動汽車核心部件的動力電池在應用中存在安全、成本與使用壽命等諸多突出問題。
[0005]因此，研發出高效、節能、環保、節材、高可靠性、對電網無污染的高電能質量電動汽車充電裝置具有重要的現實意義，代替傳統的相控整流電源，并以此為平臺對電池的充電過程進行智能監控，實現能量的合理配置，并達到節能增效的目的更具有十分重要的意義和迫切性。
實用新型內容
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種新型電動汽車充放電試驗平臺，既可運行在整流狀態，從電網側向電池包輸送能量，也可運行在逆變狀態，從電池包向負載輸送能量，使系統接近單位功率因數運行，以驗證電動汽車與電網之間能量雙向流動。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案:新型電動汽車充放電試驗平臺，主要包括采用CAN總線連接的控制板和監控單元；控制板分別連接液晶顯示器、指示燈、14V/1A變壓器、14V/0.5A變壓器，液晶顯示器連接24V開關電源；監控單元分別連接5V&12V開關電源、多費率電能表一、開關電源模塊、急停開關、多費率電能表二 ；三相四線電源、漏電斷路器二、多費率電能表一、開關電源模塊、直流熔斷器、電池包及BMS系統、逆變器依次連接；逆變器、多費率電能表二、漏電斷路器三、負載依次連接；急停開關連接直流接觸器，直流接觸器位于直流熔斷器、電池包及BMS系統之間并與兩者連接；漏電斷路器一位于三相四線電源、漏電斷路器二之間并與兩者連接。
[0008]多費率電能表一與監控單元、開關電源模塊與監控單元、多費率電能表二與監控單元、液晶顯示器與控制板之間分別通過串口線連接。
[0009]三相四線電源中的A相及N線連接到漏電斷路器一的輸入端，三相四線電源與漏電斷路器二采用導線連接，漏電斷路器一的輸出端與24V開關電源、14V/1A變壓器、14V/0.5A變壓器、5V&12V開關電源的輸入端通過導線連接，開關電源模塊的輸出端采用導線連接到直流熔斷器輸入端的正負極，直流熔斷器的輸出端及電池包的正極采用導線連接到急停開關的輸入端，直流熔斷器與直流接觸器的負極采用導線相連，電池包的正負極采用導線與逆變器輸入端的正負極相連。
[0010]漏電斷路器二與多費率電能表一、多費率電能表一與開關電源模塊、逆變器與多費率電能表二、多費率電能表二與漏電斷路器三、漏電斷路器三與負載之間分別采用三線四相制導線連接。
[0011]逆變器為三相四線220V逆變器。
[0012]監控單元包括主板模塊、核心板模塊、液晶模塊、直流充電終端CAN總線通信模塊、高頻開關電源RS485總線模塊、按鍵輸入模塊、以太網通訊模塊和輸入/輸出模塊。
[0013]針對目前電動汽車充電裝置難以滿足實際使用需求的問題，發明人設計了本實用新型的新型電動汽車充放電試驗平臺，既可運行在整流狀態，從電網側向電池包輸送能量，也可運行在逆變狀態，從電池包向負載輸送能量，使系統接近單位功率因數運行，以驗證電動汽車與電網之間能量雙向流動。與現有技術相比，本實用新型具有以下突出優點:
[0014]<1>該試驗平臺基于鋰動力電池特性、電力電子技術、計算機控制技術，具備電動汽車充電、放電、逆變功能，能充分模擬電動汽車充電過程、放電過程、雙向電能轉換等。
[0015]〈2>該試驗平臺能提供自動和手動雙充電模式，前者是根據鋰電池的狀態及負載特性動態調整充電參數，執行分階段智能充電；后者包括按電量充電模式、按金額充電模式、按時間充電模式。
[0016]<3>該試驗平臺能顯示模擬電動汽車電池組充電、放電時各充電數據的實時狀態，還能為電動汽車充電信息交互監控主站提供電池相關信息，為決策提供依據。
[0017]<4>該試驗平臺能夠分別計量電動汽車電池組充電、放電時的電能值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型試驗平臺的結構示意圖，圖中:I控制板，2監控單元，3指示燈，4液晶顯示器，524V開關電源，614V/1A變壓器，714V/0.5A變壓器，85V&12V開關電源，9漏電斷路器一，10三相四線電源，11漏電斷路器二，12多費率電能表一，13開關電源模塊，14直流熔斷器，15直流接觸器，16電池包，17逆變器，18多費率電能表二，19漏電斷路器三，20負載，21急停開關。
[0019]圖2是本實用新型試驗平臺中電池組與充電機的工作原理框圖。
[0020]圖3是本實用新型試驗平臺中監控單元的工作原理框圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 如圖1至3所示，該新型電動汽車充放電試驗平臺，主要包括采用CAN總線連接的控制板I和監控單元2 ;控制板分別連接液晶顯示器4、指示燈3U4V/1A變壓器6、14V/0.5A變壓器7，液晶顯示器連接24V開關電源5 ;監控單元分別連接5V&12V開關電源8、多費率電能表一 12、開關電源模塊13、急停開關、多費率電能表二 18 ;三相四線電源10、漏電斷路器二 11、多費率電能表一、開關電源模塊、直流熔斷器14、電池包及BMS系統、逆變器依次連接；逆變器17、多費率電能表二、漏電斷路器三19、負載20依次連接；急停開關21連接直流接觸器15，直流接觸器位于直流熔斷器、電池包16及BMS系統之間并與兩者連接；漏電斷路器一 9位于三相四線電源、漏電斷路器二之間并與兩者連接。
[0022]多費率電能表一與監控單元、開關電源模塊與監控單元、多費率電能表二與監控單元、液晶顯示器與控制板之間分別通過串口線連接。
[0023]三相四線電源中的A相及N線連接到漏電斷路器一的輸入端，三相四線電源與漏電斷路器二采用導線連接，漏電斷路器一的輸出端與24V開關電源、14V/1A變壓器、14V/0.5A變壓器、5V&12V開關電源的輸入端通過導線連接，開關電源模塊的輸出端采用導線連接到直流熔斷器輸入端的正負極，直流熔斷器的輸出端及電池包的正極采用導線連接到急停開關的輸入端，直流熔斷器與直流接觸器的負極采用導線相連，電池包的正負極采用導線與逆變器輸入端的正負極相連。
[0024]漏電斷路器二與多費率電能表一、多費率電能表一與開關電源模塊、逆變器與多費率電能表二、多費率電能表二與漏電斷路器三、漏電斷路器三與負載之間分別采用三線四相制導線連接。
[0025]監控單元包括主板模塊、核心板模塊、液晶模塊、直流充電終端CAN總線通信模塊、高頻開關電源RS485總線模塊、按鍵輸入模塊、以太網通訊模塊和輸入/輸出模塊。
[0026]試驗時，主要設備的作用如下:
[0027]電池包:采用鋰電池，用于模擬電動汽車上的動力電池組。
[0028]BMS系統(電池管理系統):用于對電池充放電的管理、監控和保護，避免單體電池損壞而影響整個電池組的性能。電池組與BMS系統的連接及工作原理如圖2所示。
[0029]逆變器:采用三相四線220V逆變器，用于將電池包的直流電轉換為三相四線制交流電為模擬負載供電。
[0030]多費率電能表:為交流計量裝置，用于計量三相交流電通過充電機為動力電池包充電的電能和動力電池包逆變后給空調負載供電的電能計量。
[0031]液晶顯示器:用于實現人機交互，支持屏幕顯示、觸摸輸入、充電信息/故障信息/用戶信息/設備信息顯示，具有LED背光，在不充電和開始充電10分鐘后，屏幕循環播放圖片廣告。
[0032]漏電斷路器、直流熔斷器、直流接觸器:連接在交流進線和逆變交流出線端，用于實現過流和漏電保護。
[0033]監控單元:為充電監控單元，其連接及工作原理如圖3所示。
[0034]<1>主板模塊與核心板模塊:通過104pin兩排插座連接，核心板模塊提供與主板模塊連接所需的所有輸出/輸入信號、通訊接口，主板提供核心板模塊所需的電源接口。
[0035]<2>主板模塊與液晶模塊:主板模塊為液晶模塊提供5V電源及通訊接口。
[0036]<3>主板模塊與直流充電終端CAN總線通信模塊:接收來自直流充電終端的操作命令對充電參數(時間、方式、電流、電壓等)進行設置并執行相應操作，完成用戶的充電過程；上傳給上位機相關參數、數據、告警信息等。
[0037]<4>主板模塊與高頻開關電源RS485總線模塊:向各個充電電源模塊發送控制指令(設置相關參數、讓電源模塊處于工作或停止狀態)、監控電源模塊的電壓、電流及獲取電源相關工作狀態信息，對所有充電電源模塊進行統一監控。
[0038]<5>主板模塊與按鍵輸入模塊:主板模塊接受用戶的按鍵輸入命令，可以手動翻閱相關監控參數，設置相關終端信息等。
[0039]<6>主板模塊與以太網通訊模塊:支持通過以太網絡與后臺系統的功能。
[0040]<7>主板模塊與輸入/輸出模塊:所有外部數字輸入口都用光耦隔離或繼電器隔離后送到核心板；這些數字信號分別為煙霧傳感器輸入、直流接觸器反饋輸入、熱熔器反饋輸入、直流接觸器控制、充電結束燈。
【權利要求】
1.一種新型電動汽車充放電試驗平臺，其特征在于主要包括采用CAN總線連接的控制板和監控單元；控制板分別連接液晶顯示器、指示燈、14V/1A變壓器、14V/0.5A變壓器，液晶顯示器連接24V開關電源；監控單元分別連接5V&12V開關電源、多費率電能表一、開關電源模塊、急停開關、多費率電能表二；三相四線電源、漏電斷路器二、多費率電能表一、開關電源模塊、直流熔斷器、電池包及BMS系統、逆變器依次連接；逆變器、多費率電能表二、漏電斷路器三、負載依次連接；急停開關連接直流接觸器，直流接觸器位于直流熔斷器、電池包及BMS系統之間并與兩者連接；漏電斷路器一位于三相四線電源、漏電斷路器二之間并與兩者連接。
2.根據權利要求1所述的新型電動汽車充放電試驗平臺，其特征在于:所述多費率電能表一與監控單元、開關電源模塊與監控單元、多費率電能表二與監控單元、液晶顯示器與控制板之間分別通過串口線連接。
3.根據權利要求2所述的新型電動汽車充放電試驗平臺，其特征在于:所述三相四線電源中的A相及N線連接到漏電斷路器一的輸入端，三相四線電源與漏電斷路器二采用導線連接，漏電斷路器一的輸出端與24V開關電源、14V/1A變壓器、14V/0.5A變壓器、5V&12V開關電源的輸入端通過導線連接，開關電源模塊的輸出端采用導線連接到直流熔斷器輸入端的正負極，直流熔斷器的輸出端及電池包的正極采用導線連接到急停開關的輸入端，直流熔斷器與直流接觸器的負極采用導線相連，電池包的正負極采用導線與逆變器輸入端的正負極相連。
4.根據權利要求3所述的新型電動汽車充放電試驗平臺，其特征在于:所述漏電斷路器二與多費率電能表一、多費率電能表一與開關電源模塊、逆變器與多費率電能表二、多費率電能表二與漏電斷路器三、漏電斷路器三與負載之間分別采用三線四相制導線連接。
5.根據權利要求4所述的新型電動汽車充放電試驗平臺，其特征在于:所述逆變器為三相四線220V逆變器。
6.根據權利要求4所述的新型電動汽車充放電試驗平臺，其特征在于:所述監控單元包括主板模塊、核心板模塊、液晶模塊、直流充電終端CAN總線通信模塊、高頻開關電源RS485總線模塊、按鍵輸入模塊、以太網通訊模塊和輸入/輸出模塊。
【文檔編號】G01R31/36GK203479998SQ201320424233
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月17日 優先權日:2013年7月17日
【發明者】祝文姬, 高立克, 吳智丁, 薛晨, 吳麗芳, 吳劍豪, 李珊, 李克文, 俞小勇, 劉于祥 申請人:廣西電網公司電力科學研究院