專利名稱：蓄電池充放電測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種蓄電池測試設備，特別涉及一種蓄電池充放電測試儀。
背景技術：
現有的蓄電池充放電測試儀當閉合并網開關的瞬間，并網開關內外側電壓相差較大，因此產生明顯的電流沖擊，對電網的沖擊較大。另外，通常只能同時對一組或兩組蓄電池進行測試，測試效率低，要提高測試效率，就要多配備相應的測試儀，設備投入較高。
實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型提供了一種蓄電池充放電測試儀，既實現了較小的啟動電流，使得散熱設計較為容易，又實現了較小的并網沖擊電流，可廣泛用于蓄電池的充放電過程，可減小對電網的沖擊，還可提高功率因數，減小諧波。本實用新型所采用的主要技術方案是一種蓄電池充放電測試儀，包括數字控制單元和受其控制的蓄電池充放電電路， 所述蓄電池充放電電路包括依次連接的DC/DC變換電路、DC/AC變換電路和并網開關，所述 DC/DC變換電路包括一條或多條相互獨立的直流通道，至少一條所述直流通道為其上設有直流斬波電路的斬波直流通道，所述直流通道的輸入端設有蓄電池接線端子，輸出端設有用于形成其輸出端電壓的直流母線電容，輸出端連接所述DC/AC變換電路的DC端，所述并網開關的一端連接所述DC/AC變換電路的AC端，另一端構成與電網或交流電源連接的電源連接端，還包括一條或多條設有軟啟開關的軟啟支路，所述軟啟支路的一端連接所述并網開關的電源連接端，另一端連接直流通道的輸入端，所述多條軟啟支路中不同的軟啟支路分別與不同的直流通道對應，所述一條或多條軟啟支路中至少有一條設有軟啟電阻，且至少一條設置了軟啟電阻的所述軟啟支路與所述斬波直流通道相對應。所述DC/AC變換電路自DC端到AC端依次設有逆變橋和隔離變壓器。所述直流斬波電路優選由直流通道濾波電路和電子開關組件構成，所述直流通道濾波電路為L、CL、LC或LCL濾波電路，所述電子開關組件由第一功率開關管和第二功率開關管組成，所述第一功率開關管的集電極連接直流母線電容的正極端，發射極連接所述第二功率開關管的集電極和所述直流通道濾波電路的正極輸出端，所述第二功率開關管的發射極連接直流母線電容的負極端。至少一條設置了軟啟電阻的所述軟啟支路上還可以并聯有一條或多條由相互串聯的旁路電阻和旁路開關組成的軟啟旁路，且至少有一條所述軟啟旁路與所述斬波直流通道相對應。所述逆變橋是所述數字控制單元的控制對象之一，所述數字控制單元對所述逆變橋的輸出的控制目標是使所述并網開關內側電壓與交流電網電壓同幅同相或基本同幅同相，所述數字控制單元調節或不調節所述直流通道的輸出，當調節所述直流通道的輸出時，采用PWM方式調節，且控制目標是使所述直流母線電容電壓達到或超過所述隔離變壓器的內側線電壓的峰值。所述蓄電池充放電測試儀還設有用于輸入參數和控制指令以及輸出檢測和控制結果的監控單元，設有或不設有上位機，所述監控單元與所述數字控制單元雙向通信連接， 設有所述上位機時，所述上位機與所述監控單元雙向通信連接。對于上述任意一種蓄電池充放電測試儀，所述直流通道優選為一條、兩條或三條， 當有兩條時，其中至少有一條是所述斬波直流通道，當有三條時，其中至少有兩條是所述斬波直流通道。本實用新型的有益效果由于設置了軟啟支路，可以在并網之前先通過軟啟電阻將所述直流通道的輸入端接入所述交流電網，并利用交流電網對所述直流母線電容充電，一方面減小了啟動電流，相應降低了散熱要求，另一方面，在并網前實現了對直流母線電容的充電，為進一步要解決的減小并網時的沖擊電流問題作了必要的準備，設置多個軟啟支路有助于對啟動過程的優化控制。由于設置了設有直流斬波電路的斬波直流通道，可充分利用直流斬波電路的電壓變換功能改變直流母線電容電壓的大小，通常是升高直流母線電容的電壓，以盡可能地使并網開關閉合瞬間并網開關內側電壓可以與并網開關外側的電壓在大小上達到匹配。采用本實用新型的直流通道的設置，既可以進行升壓也可以進行降壓，可適用于較寬的蓄電池組輸入電壓范圍；由于所述DC/AC變換電路上設有逆變橋，可以充分利用逆變橋的變換功能使得并網開關內側的電壓與外側的電壓同幅同相或基本同幅同相，即達到同步，以減小甚至消除并網開關閉合瞬間的電流沖擊。由于設置了軟啟旁路，并采用升壓隔離變壓器，在先閉合軟啟開關對直流母線電容充電以后，可以再閉合旁路開關進一步升高直流母線電容電壓，即使不通過數字控制調節所述直流斬波電路的輸出電壓，只要旁路電阻的阻值選取合適，仍然可以實現直流母線電容電壓至少不小于升壓隔離變壓器的內側線電壓的峰值，因此可以簡化系統結構、提高系統可靠性；各個直流通道可獨立運行，均可實現充電/放電功能，通過數字控制可以容易的實現多種運行模式，如恒電流，恒功率，恒電阻運行等。
圖1為本實用新型的原理示意圖；圖2為軟啟動電路的第一個實施例的原理圖；圖3為軟啟動電路的第二個實施例的原理圖；圖4為軟啟動電路的第三個實施例的原理圖；圖5為軟啟動電路的第四個實施例的原理圖；圖6為直流通道的一個電路組成實施例；圖7為兩條直流通道組成boost升壓電路的一個實施例的電路圖；圖8為三條直流通道組成boost升壓電路的一個實施例的電路圖；[0028]圖9為交流接觸器接線方式示意圖；圖10為設置軟啟旁路的軟啟動電路的一個實施例的原理圖。
具體實施方式
如圖1、10所示，一種蓄電池充放電測試儀，包括數字控制單元和受其控制的蓄電池充放電電路，所述蓄電池充放電電路包括依次連接的DC/DC變換電路、DC/AC變換電路和并網開關，即該變流器內部采用DC/DC和DC/AC兩步變換。電能可以在直流負載(即蓄電池) 與交流電網間雙向流動，當電能由蓄電池向交流電網流動時，所述變流器處于放電工作狀態，反之則處于充電工作狀態。所述DC/DC變換電路包括一條或多條相互獨立的直流通道， 至少一條所述直流通道為其上設有直流斬波電路的斬波直流通道，所述直流通道的輸入端設有蓄電池接線端子，用于連接蓄電池，輸出端設有用于形成其輸出端電壓的直流母線電容，直流母線電容可用于暫時存儲來自負載或交流電網側的電能。輸出端連接所述DC/AC 變換電路的DC端，所述并網開關的一端連接所述DC/AC變換電路的AC端，另一端構成與電網或交流電源連接的電源連接端。所述蓄電池充放電電路還包括一條或多條設有軟啟開關的軟啟支路，所述軟啟支路的一端連接所述并網開關的電源連接端，另一端連接所述直流通道的輸入端，所述多條軟啟支路中不同的軟啟支路分別與不同的直流通道對應，所述一條或多條軟啟支路中至少有一條設有軟啟電阻，且至少一條設置了軟啟電阻的所述軟啟支路與所述斬波直流通道相對應。所述DC/AC變換電路自DC端到AC端依次設有逆變橋和隔離變壓器，所述逆變橋是實現DC/AC變換的核心部分，所述隔離變壓器可以是升壓、降壓或1 1隔離變壓器，所述并網開關用于控制所述蓄電池充放電電路是否接入所述交流電網。啟動所述變流器時，先閉合所述軟啟開關MC，交流電網輸出的電能經由軟啟電阻和DC/DC變換電路，給直流母線電容充電，由于并網開關處于斷開狀態，且所述蓄電池充放電電路具有一定的調節輸出的能力，使得并網開關內側電壓一定程度上相對獨立于并網開關的外側電壓(即交流電網電壓)，使得調節并網開關內側電壓達到與交流電網電壓同幅同相或基本同幅同相成為可能，還由于軟啟電阻的存在可明顯減小啟動電流。所謂基本同幅同相是指兩幅值(或兩相位)之間的差值在基于并網要求的相應差值容限之內。利用所述DC/DC變換電路的電壓變換功能，可以容易地改變直流母線電容的電壓的大小，通常是升高直流母線電容的電壓使得并網開關閉合瞬間并網開關內側電壓可以與其外側電壓在大小上達到匹配，最好是將直流母線電容電壓升高到隔離變壓器內側線電壓的峰值以上。對于即定的所述逆變橋，在使用過程中通常不調節所述隔離變壓器的變比，而是優選調節所述逆變橋的交流輸出，改變其輸出的電壓幅值和相位，由于所述逆變橋的輸出電壓與并網開關的內側電壓存在確定的定量關系，因此調節所述逆變橋的輸出相當于間接地改變并網開關的內側電壓的幅值和相位，因此可以實現并網開關內外側電壓的同幅同相或基本同幅同相。可見，通過設置軟啟支路作為啟動過程的臨時通路，配合DC/DC變換升高直流母線電容電壓縮小并網開關內外側電壓幅值的差距，并調節逆變橋的輸出電壓的幅值和相位進一步使得并網開關內外側電壓同幅同相或基本同幅同相，可以使并網開關閉合瞬間其內外側的平穩對接，以此實現同步并網，從而減小甚至消除并網開關閉合瞬間的電流沖擊。如圖6所示，要實現上述的DC/DC變換主要是通過調節所述直流斬波電路的輸出實現的，所述直流斬波電路優選由直流通道濾波電路FLT和電子開關組件(即圖中所示的橋臂)BR構成，所述直流通道濾波電路可以為L、CL、LC或LCL濾波電路，優選為LCL-T型濾波電路，單端接負載，在蓄電池充放電電路正常工作狀態下，可較好地降低負載一側直流電流的紋波水平。所述電子開關組件由第一功率開關管(如圖6中的Si)和第二功率開關管 (如圖6中的S2)組成，所述第一功率開關管的集電極連接直流母線電容的正極端，發射極連接所述第二功率開關管的集電極和所述直流通道濾波電路的正極輸出端(即儲能電感的輸出端)，所述第二功率開關管的發射極連接直流母線電容的負極端，所述功率開關管可以是MOS管、IGBT管、碳化硅SiC功率器件或IGCT等可控型功率開關器件，所構成的所述直流斬波電路為升壓式直流斬波電路，由此可通過脈寬調制等方式控制功率開關管的工作狀態和方式，調節斬波電路參數，在直流母線電容上形成所需要的輸出。除了所述斬波直流通道之外的其他直流通道上均設置有所述電子開關組件，其中第一功率開關管Sl和第二功率開關管S2相連接的點構成其所在直流通道的輸入端，所述電子開關組件的輸出端構成其所在直流通道的輸出端，為了便于表達，把這種直流通道稱為基礎直流通道(參見圖4的第二條直流通道)。作為電路啟動條件之一，所述DC/AC變換電路的AC端自所述交流電網進行交流取電的方式可以為三相三線制或三相四線制中的任意兩相線電壓、三相四線制中的任意一相相電壓或單獨的市電輸入電壓，取電較為方便。所述隔離變壓器的初級端或次級端還可以連接有交流通道濾波電路，用于所述 DC/AC變換電路交流側的濾波。優選地，至少一條設置了軟啟電阻的所述軟啟支路上還可以并聯有一條或多條由相互串聯的旁路電阻和旁路開關組成的軟啟旁路，且至少有一條所述軟啟旁路與所述斬波直流通道相對應，即至少一條所述斬波直流通道所對應的軟啟支路為設有所述軟啟旁路的軟啟支路。當設有兩條所述直流通道時，設置軟啟旁路的電路結構可參見圖10，在這種情況下，可以采用數字控制技術控制所述直流斬波電路的輸出，也可以不對所述直流斬波電路的輸出進行調節，前提是通過其他手段可以使母線電容電壓升高到規定值。所述隔離變壓器優選為升壓隔離變壓器，對應同一所述直流通道的所述軟啟電阻的阻值優選大于所述旁路電阻的阻值，所述軟啟電阻的阻值較大，可以使直流母線電容充電時的軟啟電流(軟啟動過程中流過直流通道的電流即為相應直流通道的軟啟電流)較小， 所述旁路電阻的阻值較小，可以使直流母線電容的電壓進一步提高，使得直流母線電壓不小于升壓隔離變壓器內側線電壓峰值。如果旁路電阻的阻值選取合適，直流母線電容電壓可以通過增加并聯的旁路開關實現進一步升高，無需進行數字控制，即可使得無沖擊軟啟動實現起來較為容易，提高了系統的可靠性。減小并網沖擊是本實用新型要解決的主要問題之一，為此，對所述逆變橋(一般為三相逆變橋)的控制是解決該問題的關鍵，采用所述數字控制單元對所述逆變橋的輸出的控制目標是使所述并網開關內側電壓與交流電網電壓同幅同相或基本同幅同相，所述數字控制單元調節或不調節所述直流通道的輸出，當調節所述直流通道的輸出時，采用PWM 方式調節，且控制目標是使所述直流母線電容電壓達到或超過所述隔離變壓器的內側線電壓的峰值。通過數字控制技術對所述逆變橋進行控制，提高了并網同步的精度。所述升壓式直流斬波電路的輸出優選通過所述數字控制單元采用PWM方式調節。 通過改變所述電子開關組件中的功率開關管的導通時間，改變所述升壓式直流斬波電路輸出電壓的平均值，從而改變所述直流母線電容電壓的值，實際應用中至少不小于隔離變壓器內側線電壓的峰值。所述蓄電池充放電電路可以有多種具體的實現形式，以設有兩條直流通道的情況為例，軟啟電阻和軟啟開關的相對位置可以相互調換(參見圖2和3)、部分直流通道上可以不設置濾波器(參見圖4)、部分軟啟支路上可以不設置軟啟電阻(參見圖5)，只要對于變流器整體而言，直流母線電容的電壓能夠升高到規定值即可。上述各種所述蓄電池充放電電路的工作過程是(1)閉合軟啟開關，交流電流經過軟啟電阻對直流母線電容進行充電。( 2 )通過數字控制技術對boost升壓電路進行控制，使直流母線電容電壓進一步升高，直流母線電容電壓至少應不小于隔離變壓器內側線電壓峰值。(3)三相逆變橋對直流電壓進行DC/AC變換，使得并網開關內側的電壓與并網開關外側的交流電網電壓同幅同相或基本同幅同相。(4)閉合并網開關，斷開軟啟開關，完成整個軟啟動過程。在交流同步并網后，直流負載接入前，每個通道獨立進行直流同步，再閉合各通道的直流輸入開關，從而開始充電或放電操作。而設置了所述軟啟旁路的所述蓄電池充放電電路的軟啟動工作過程是(1)閉合軟啟開關，交流電流經過軟啟電阻對直流母線電容進行充電。(2)閉合旁路開關，直流母線電容電壓進一步升高，使得直流母線電容電壓至少不小于升壓隔離變壓器內側線電壓峰值。(3)三相逆變橋對直流電壓進行DC/AC變換，使得并網開關內側的電壓與并網開關外側的交流電網電壓同幅同相或基本同幅同相。(4)閉合并網開關，斷開軟啟開關，完成整個軟啟動過程。所述軟啟開關和/或旁路開關可以采用交流接觸器。由于通常情況下負載端與交流電網側壓差較大，常規的交流接觸器難以承受，因此選用設有相互串聯的多對主觸點的交流接觸器，使處于最遠端的兩個所述主觸點接入相應的軟啟支路或軟啟旁路(參見圖9)， 相當于提高了交流接觸器的耐壓能力。所述數字控制單元設有用于接收傳感器信號的若干采樣信號輸入端，以實時接收反饋的相應監測點的電壓、電流，形成閉環控制。所述傳感器優選包括分別用于檢測所述并網開關內、外兩側電壓和直流母線電容電壓的電壓傳感器，以及用于檢測軟啟電流(軟啟開關閉合后、并網開關閉合前，一條直流通道上所述電子開關組件的輸入電流即為該直流通道的軟啟電流)的電流傳感器和/或用于檢測電網的供電電流的電流傳感器。實踐中，對軟啟電流和電網的供電電流的采樣通常擇一進行，其目的是使被測電流(也是被控電流)與相應的電壓的相位相同，以提高功率因數，減小諧波。其中，對軟啟電流的檢測可使用霍爾傳感器進行，對并網開關內、外兩側電壓的檢測用于對并網開關內、外側電壓的同幅同相或基本同幅同相控制，軟啟電流和直流母線電容電壓均處于受控狀態。優選采用高精度采樣芯片進行采樣，控制精度高達1/1000。[0058]所述蓄電池充放電測試儀還可設有用于輸入參數和控制指令以及輸出檢測和控制結果的監控單元，即主要承擔著輸入、輸出作用。所述監控單元與所述數字控制單元雙向通信連接。所述監控單元優選包括LCD觸摸屏，不僅可直觀地顯示檢測和控制結果，還可以方便地通過其輸入控制目標參量等數據以及發送控制指令等。所述蓄電池充放電測試儀還可以設置上位機，并使所述上位機與所述監控單元雙向通信連接，可實現對控制過程的遠程監控。還可用于組網。所述上位機的數量可以是一臺或多臺。對于上述任意一種所述蓄電池充放電測試儀，所述直流通道優選為一條、兩條或三條，當有一條直流通道時，其為所述斬波直流通道，其電路構成單相半橋boost升壓電路 (參見圖6)；當設有兩條直流通道時，全部為所述斬波直流通道，或者一條是所述斬波直流通道，另一條是所述基礎直流通道，優選為前者，構成單相全橋(或稱H橋)boost升壓電路 (參見圖7)，對于設有兩條直流通道的情況，至少一條直流通道上應設有帶軟啟電阻的軟啟支路；當設有三條直流通道時，全部為所述斬波直流通道，或者其中兩條是所述斬波直流通道，一條是所述基礎直流通道，優選為前者，構成三相半橋boost升壓電路(參見圖8)，相比圖7所示電路，其升壓速度更快，對于設有三條直流通道的情況，其中至少兩條直流通道上應設有帶軟啟電阻的軟啟支路。本實用新型采用交流軟啟動，由于電網的相對穩定性，避免了直流啟動的不確定性，顯著提高了測試儀的可靠性。本文針對蓄電池充放電電路、軟啟支路和軟啟旁路所稱的“輸入”、“輸出”是針對所述變流器處于放電工作狀態時所述蓄電池充放電電路中的電能流動方向而言的，而實際上電能可以在變流器中雙向流動，因此上述表達并不構成對電能實際流動方向的限定。所稱的“內側”是靠近負載的一側，“外側”為靠近交流電網的一側。
權利要求1.一種蓄電池充放電測試儀，包括數字控制單元和受其控制的蓄電池充放電電路，所述蓄電池充放電電路包括依次連接的DC/DC變換電路、DC/AC變換電路和并網開關，所述 DC/DC變換電路包括一條或多條相互獨立的直流通道，至少一條所述直流通道為其上設有直流斬波電路的斬波直流通道，所述直流通道的輸入端設有蓄電池接線端子，輸出端設有用于形成其輸出端電壓的直流母線電容，輸出端連接所述DC/AC變換電路的DC端，所述并網開關的一端連接所述DC/AC變換電路的AC端，另一端構成與電網或交流電源連接的電源連接端，其特征在于還包括一條或多條設有軟啟開關的軟啟支路，所述軟啟支路的一端連接所述并網開關的電源連接端，另一端連接直流通道的輸入端，所述多條軟啟支路中不同的軟啟支路分別與不同的直流通道對應，所述一條或多條軟啟支路中至少有一條設有軟啟電阻，且至少一條設置了軟啟電阻的所述軟啟支路與所述斬波直流通道相對應。
2.根據權利要求1所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述DC/AC變換電路自DC 端到AC端依次設有逆變橋和隔離變壓器。
3.根據權利要求2所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述直流斬波電路由直流通道濾波電路和電子開關組件構成，所述直流通道濾波電路為L、CL、LC或LCL濾波電路，所述電子開關組件由第一功率開關管和第二功率開關管組成，所述第一功率開關管的集電極連接直流母線電容的正極端，發射極連接所述第二功率開關管的集電極和所述直流通道濾波電路的正極輸出端，所述第二功率開關管的發射極連接直流母線電容的負極端。
4.根據權利要求3所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述DC/AC變換電路的AC 端自所述交流電網進行交流取電的方式為三相三線制或三相四線制中的任意兩相線電壓、 三相四線制中的任意一相相電壓或單獨的市電輸入電壓。
5.根據權利要求4所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述隔離變壓器的初級端或次級端還連接有交流通道濾波電路。
6.根據權利要求5所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于至少一條設置了軟啟電阻的所述軟啟支路上還并聯有一條或多條由相互串聯的旁路電阻和旁路開關組成的軟啟旁路，且至少一條所述斬波直流通道所對應的軟啟支路為設有所述軟啟旁路的軟啟支路。
7 根據權利要求6所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述逆變橋是所述數字控制單元的控制對象之一，所述數字控制單元對所述逆變橋的輸出的控制目標是使所述并網開關內側電壓與交流電網電壓同幅同相或基本同幅同相，所述數字控制單元調節或不調節所述直流通道的輸出，當調節所述直流通道的輸出時，采用PWM方式調節，且控制目標是使所述直流母線電容電壓達到或超過所述隔離變壓器的內側線電壓的峰值。
8.根據權利要求7所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述軟啟開關和/或旁路開關采用設有相互串聯的多對主觸點的交流接觸器。
9.根據權利要求8所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于還設有用于輸入參數和控制指令以及輸出檢測和控制結果的監控單元，所述監控單元與所述數字控制單元雙向通信連接。
10.根據權利要求1-9中任一權利要求所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述直流通道為一條、兩條或三條，當有兩條時，其中至少有一條是所述斬波直流通道，當有三條時，其中至少有兩條是所述斬波直流通道。
11.根據權利要求8所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于還設有上位機和用于輸入參數和控制指令以及輸出檢測和控制結果的監控單元，所述監控單元與所述數字控制單元雙向通信連接，所述上位機與所述監控單元雙向通信連接。
12.根據權利要求11所述的蓄電池充放電測試儀，其特征在于所述直流通道為一條、 兩條或三條，當有兩條時，其中至少有一條是所述斬波直流通道，當有三條時，其中至少有兩條是所述斬波直流通道。
專利摘要本實用新型涉及一種蓄電池充放電測試儀，包括數字控制單元和受其控制的蓄電池充放電電路，蓄電池充放電電路包括依次連接的DC/DC變換電路、DC/AC變換電路和并網開關，DC/DC變換電路包括一條或多條相互獨立的直流通道，至少一條直流通道為其上設有直流斬波電路的斬波直流通道，直流通道的輸入端設有蓄電池接線端子，輸出端設有用于形成其輸出端電壓的直流母線電容，直流通道的輸入端與并網開關的電源連接端之間連接有一條或多條設有軟啟開關的軟啟支路，所述一條或多條軟啟支路中至少有一條設有軟啟電阻。本實用新型的啟動電流小，散熱設計較為容易，并網沖擊電流小，可廣泛用于蓄電池的充放電過程。
文檔編號H02J7/02GK202267739SQ201120338828
公開日2012年6月6日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者張海旺, 李紅歡, 蔡明 申請人:北京索英電氣技術有限公司