一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，包括柜体框架，以及设置在柜体框架上的至少一个充放电通道；所述充放电通道包括相互连接的主电路和控制电路；所述主电路包括一个多副边的变压器以及与变压器连接的充放电模块；测试仪还包括安装在柜体框架上由电感和电容组成的输入滤波单元、输出滤波单元、预充电单元，各单元与充放电模块及输入、输出接触器间通过电缆连接。本实用新型具有如下优点：1.支持多通道独立运行或任意并联，且并联后各性能指标无损失，测控精度达到0.1％。2.采用多通道冗余保护，大幅度增强了系统可靠性。3.采用独立大容量存储工艺控制器，在通讯中断时仍能保证工艺不中断，避免数据丢失。
【专利说明】一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高精度充放电测试仪，尤其是涉及一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪。
【背景技术】
[0002]充放电测试仪是电池生产过程中重要的检测设备，主要被用来检测电池性能，进行化成工艺实验。一般测试仪都具备编制下发化成工艺，对被测试对象实施充放电工艺，实时过程数据显示，历史数据记录的功能。目前行业内的充放电测试设备，在同等大功率(等级200KW以上)的输出情况下，采用的是单通道或双通道输出。并且很多测试仪在并联情况下还面临无法进行满功率输出、输出超调、测控精度损失等问题。其次，行业内的测试仪的各个部件之间通讯采用单通道模式，而工艺控制器的功能简单，所以一旦各个部件之间的通讯收到干扰，整个设备将不得不停机待修，给生产带来很大损失。而且一般进行远程监控的上位机和测试柜通讯中断，工艺控制部分仅仅能维持记录短时间的实施数据，造成实验数据丢失。
[0003]传统大功率充放电测试仪在实际生产过程中存在不足，首先因其先天架构设计导致不能支持任意通道并联和独立运行，当用户存在多种容量的电池组需要进行测试时，客户必须根据所有电池组产品中的最大容量来确定设备的单通道容量。采购后，即使客户要对小容量电池进行化成工艺时，也不得不占用一个大功率通道，浪费了通道资源，使得成本居高不下。而且多通道并联运行时会导致其测控精度下降、存在无法进行满功率输出，输出超调等技术问题。其次传统测试仪的内部采用单通道通讯模式，工艺控制部分功能弱化，从而导致在存在干扰的情况下系统运行的可靠性下降。本实用新型为克服这些不足，在保证可靠性和可维修性的前提下，提供一种新型充放电测试仪，具有以下特点1.支持多通道任意并联输出且测控高精度无损失2.各部件之间采用了多通道冗余保护技术，能避免数据丢失和工艺运行中断。3.采用独立的工艺控制器，当上位机和动力柜通讯中断时，能保持工艺数据不丢失，工艺不中断。
实用新型内容
[0004]本实用的目的在于，克服现有技术缺点，提供一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，能支持多通道独立或任意并联，而且并联后性能指标无损失，仍支持无超调输出，独立和并联的测控精度达到千分之一；采用了多通道冗余保护技术，在主通道通讯故障情况下，自动切换到备用通道，能避免数据丢失和工艺运行中断；采用独立工艺控制器，支持大容量存储，当上位机和充放电测试仪通讯中断时仍能保证工艺继续执行，并保存数据，待通讯恢复后支持自动上传，避免数据丢失。
[0005]本实用新型的技术方案是:
[0006]一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，包括柜体框架，以及设置在柜体框架上的至少一个充放电通道，所述充放电通道包括相互连接的主电路和控制电路；所述主电路包括一个多副边的变压器以及与变压器连接的充放电模块；测试仪还包括安装在柜体框架上由电感和电容组成的输入滤波单元、输出滤波单元、预充电单元，各单元与充放电模块及输入、输出接触器间通过电缆连接。
[0007]进一步的技术方案是；
[0008]所述支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，所述的变压器包括一个源边，以及至少一个副边；变压器的副边接滤波电感且并接滤波电容，变压器本身的电感和输入端滤波电容及滤波电感组成LCL滤波器，变压器副边连接三相电感后，三相电感输出连接充放电模块。
[0009]所述支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，所述包括三个用于整流的绝缘栅双极型晶体管模块和一个三个用于输出的绝缘栅双极型晶体管模块；三个用于整流的绝缘栅双极型晶体管模块组成三相绝缘栅双极型晶体管桥，每个桥臂上下各I个绝缘栅双极型晶体管，负责将输入的三相交流电，经过高频整流为直流；模块中绝缘栅双极型晶体管的直流端通过叠层母排连接；母排连接在绝缘栅双极型晶体管的直流输出端；支撑电容组连接母排正负级；在支持电容组上方安装有支架，支架上还安装有用于控制和数据传输用的控制板，输出端的绝缘栅双极型晶体管连接输出导线经过熔断器，通过端子固定后，连接被充放电的对象。
[0010]所述支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，测试仪的控制电路包括一块用于发出PWM波信号的DSP板、以及两块用于驱动绝缘栅双极型晶体管模块的驱动板；所述两块驱动板中包括一块主驱动板和一块从驱动板；所述控制电路的DSP板上存在can总线和光纤收发器件；测试仪的充放电通道通过光纤信号以及can总线作为通讯和同步通道。
[0011]本实用新型的技术原理是:
[0012]本实用新型的每个独立的主电路和控制电路即可形成一个充放电通道。工艺控制器作为独立部件可同时控制多个充放电通道，故此多个通道可以根据用户的需要，在工艺控制器上进行任意并联或者独立输出的组合。通道任意并联增加了输出的功率的不同等级，能匹配不同容量的电池。并且通道在并联后，能够实现同步输出无超调，且测控精度等性能指标不会下降。此外测试仪的各部件之间采用了多通道自动保护技术，在主用通道发生故障的情况下，能够自动切换到备用通道，从而避免指令和数据传输故障。
[0013]充放电测试仪的主电路和控制电路构成一个独立的充放电通道，多个充放电通道可以根据需要，在工艺控制器或者上位机上配置其独立工作或者任意数量并联。充放电通道之间使用光纤和can总线进行连接。工艺控制器为独立部件，一个工艺控制器可以控制多个充放电通道，通过工艺控制器可任意配置多个充放电通道独立运行或并联运行关系，从而实现了并联的灵活配置。多通道并联输出时，由工艺控制器对并联输出的电流进行计算，分配到参与并联的通道，同时下发启动指令给参与并联的通道。参与并联的通道根据启动指令和设定的电流值，对充放电对象实施充放电工艺，在实施工艺的过程中，保证并联输出端无超调，响应时间和测控精度等指标无损失，仍能达到千分之一的测控高精度。
[0014]充放电测试仪的各个部件之间的通讯采用了多通道保护技术。其中各个独立的充放电通道之间，包括且不限于采用光纤互联和can总线等形式进行连接，需要并联输出时，多个输出通道都会收到来自工艺控制器下发的并联输出指令，多个通道通过主用通道例如光纤进行同步信号，实现并联输出无超调，同时控制输出的精度无损失。而一旦主用通道发生故障时，辅助通道例如can总线自动切换启动，继续传递同步信号，从而避免通讯故障导致系统停机。工艺控制器和电池单体检测设备之间也采用了主从通道，正常情况下使用主用如以太网进行通讯，当以太网被干扰导致单体数据无法采集时，自动启用辅助通道如485总线进行数据采集。工艺控制器和充放电通道之间也采用主用通道如can总线和辅助通道如485总线进行冗余备份。
[0015]充放电测试仪的工艺控制器作为独立部件，采用带大容量存储的计算处理单元实现例如平板电脑或工控机，工艺执行过程中产生的实时检测数据和控制信息均由工艺控制器通过以太网传递给上位机。当上位机和测试仪充放电部分的通讯发生故障导致通讯中断时，工艺控制器能自动接管上位机功能，在工艺控制器上能够完成同上位机类似的工艺编制、下发，数据实时显示的功能。待上传的实时数据被保存在工艺控制器内部的大容量存储中。一旦工艺控制器使用握手信号发现与上位机之间的通讯恢复正常，工艺控制器自动将临时存放在本地存储上的工艺数据上传到上位机上，从而保证测试数据无损失和连续性。而且由于工艺控制器采用了大容量存储，上位机即使和测试柜长时间通讯中断，也不会造成数据丢失。
[0016]本实用新型具有如下优点:1.支持多通道独立或任意并联，而且并联后性能指标无损失，仍支持无超调输出，独立和并联的测控精度达到千分之一。2.采用了多通道冗余保护技术，在主通道通讯故障情况下，自动切换到备用通道，能避免数据丢失和工艺运行中断。3.采用独立工艺控制器，支持大容量存储，当上位机和充放电测试仪通讯中断时仍能保证工艺继续执行，并保存数据，待通讯恢复后支持自动上传，避免数据丢失。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是测试仪电气原理图。
[0018]图2是测试仪的正视图。
[0019]图3是测试仪的背视图。
[0020]图4是充放电模块布置的主视结构示意图。
[0021]图5是图4的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0023]实施例:
[0024]图中，支撑电容1、高频吸收电容2、功率母排3、缓冲电容4、IGBT器件5、母线6、插座7、电连接器8、散热风机9、支架10、输出滤波电容11、输入滤波电容12、预充电电阻13、散热器14、风道15、变压器16、输入电感17、输出电感18。测试仪的主电路部分包括一个多副边的变压器1，多个对称的充放电模块2。测试仪还包括安装在柜体框架上由电感和电容组成的输入滤波单元3、输出滤波单元4、预充电单元5。各单元与充放电模块2及各接触器6间通过电缆连接。还有冷却散热系统7和高精度检测传感器8。测试仪的控制电路部分包括控制硬件9，控制硬件安装在支架上，通过导线和传感器及IGBT器件驱动端连接，从传感器采集到相关电信号，经过控制软件分析处理后发送开断控制信号来控制IGBT器件输出。控制硬件通过通讯网络及通讯总线和用户进行工艺任务处理的工艺控制器相连，接收工艺控制器下发的工艺运行指令。工艺控制器通过以太网或总线方式和进行监控的上位机以及负责单体检测的测试设备连接，将上位机下发的工艺文件解析为工艺指令发给控制硬件，同时接收控制硬件和单体检测设备采集的电信号，用于控制处理。
[0025]测试仪通道由通道主电路部分和控制电路组成。
[0026]测试仪的主电路包含的变压器为一个源边，多个副边形式。测试仪有几个通道就有几个副边，变压器的副边接滤波电感且并接滤波电容，变压器本身的电感和输入端滤波电容及滤波电感组成LCL滤波器，能够有效减少后端IGBT器件整流时产生的谐波分量。每个通道的输入滤波器的构成相同。变压器副边连接的三相电感后，三相电感输出连接多个充放电模块，其中充放电模块包括四个IGBT2.1，2.2模块。四个IGBT模块中，三个模块2.1负责整流，一个模块2.2负责输出。三个负责整流的IGBT模块组成三相IGBT桥，每个桥臂上下各I个IGBT，负责将输入的三相交流电，经过高频整流为直流。模块中IGBT的直流端通过叠层母排连接。母排连接在IGBT器件的直流输出端。支撑电容2.3组连接母排正负级。在支持电容组上方安装有支架，支架上还安装有用于控制和数据传输用的控制板，负责输出高频整流信号给IGBT器件，用以控制整流后的母线电压。同时，控制板还输出斩波型号给直流输出端的IGBT，通过斩波的方式将母排上的母线电压调节到需要的输出电压而输出。输出端的IGBT连接输出导线经过熔断器10，通过端子固定后，输出端可以连接被充放电的对象如电池，超级电容等。
[0027]测试仪的控制电路包括DSP板、驱动板，每个独立通道包括一块DSP控制板和两块驱动板，两块驱动板中一块主驱动板，一块从驱动板。PWM波信号从DSP板上发出，发给主驱动板，并通过主驱动和从驱动板之间的排线传递给从驱动板。每块驱动板负责发驱动信号，驱动在其附近的2个IGBT器件。在控制电路的DSP板上存在can总线和光纤收发器件。测试仪的每个通道通过光纤信号以及can总线作为通讯和同步通道。
[0028]充放电测试仪的工艺控制器，是独立的具备计算处理单元的设备，通过总线接口如can和485与控制电路连接，下发充放电指令给控制电路。同时，工艺控制器通过通讯网络如以太网及总线接口如485接口和单体检测系统以及上位机相连。工艺控制器不仅仅负责工艺文件的解析和充放电指令的下发，还可以进行工艺文件编制下发、工艺过程控制等功能，并且工艺控制器还可以配置任意多个通道之间的独立和并联。当上位机和设备通讯中断时，工艺控制器能对实时检测数据进行临时存储，一旦和上位机之间的通讯恢复后，工艺控制器将临时保存在其内部的测试数据重新上传到上位机上。同时工艺控制器还具备多冲对外标准接口如can，，232，485等，便于与外界其他设备进行互联互通。
[0029]充放电测试仪的单体检测设备，可根据用户的需求，独立成柜或者集成在测试仪的柜体中。单体检测设备由多个箱式检测设备组成，其中每个检测箱包括一块通讯管理板，多块单体电压检测板，多块单体温度检测板组成。每个单体检测设备通过通讯管理板网口和测试柜的工艺控制器相连，双方采用以太网通讯，将单体信息传递到工艺控制器上。同时单体检测设备还具有485接口，以485为备用通道传递单体信息给工艺控制器。
[0030]充放电测试仪的上位机，由一台带网络接口的电脑台式或者笔记本构成，通过以太网和工艺控制器连接，在上位机上运行的充放电测试仪上位机软件，软件主要完成电池组信息监控，电池组基本信息管理，电池组信息显示，电池组控制管理，电池组校准管理，工艺管理，记录管理等功能。[0031]整个充放电测试仪的冷却散热系统包括散热器(7.1)、安装在顶部的散热风机(7.2)以及用于出风用的风道(7.3)。测试仪的每个通道都包括一个独立完整的冷却散热系统。同时在测试仪变压器和输入LCL滤波器的正上方还有个一个或多个用于散热的风机，在变压器下方还有用于散热用的风机。用于高频整流和斩波的IGBT器件都固定安装在散热器上，IGBT的散热面和散热器之间通过导热硅脂粘合。
[0032]下面是本实用新型的技术参数:
[0033]本实用新型充放电测试仪的通道功率率密度为:每个通道的输出功率为1125kW，其体积为 600mm*800mm*500mm，。
[0034]本实用新型充放电测试仪的测量和控制精度为:0.1% of FS0
[0035]本实用新型充放电测试仪的额定工况功率因数为99%。
[0036]本实用新型充放电测试仪的额定工况电流总谐波分量为4.5%。
[0037]本实用新型充放电测试仪的输出电流从O到满量程所需时间在50ms内。
[0038]本实用新型的多个充放电通道通过并联组合，可以满足不同功率等级电池测试的要求。
[0039]本实用新型的多个充放电通道并联时以上技术指标均不会降低。
[0040]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0041 ] 尽管本文较多地使用了支撑电容1、高频吸收电容2、功率母排3、缓冲电容4、IGBT器件5、母线6、插座7、电连接器8、散热风机9、支架10、输出滤波电容11、输入滤波电容12、预充电电阻13、散热器14、风道15、变压器16、输入电感17、输出电感18等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
【权利要求】
1.一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，其特征在于，包括柜体框架，以及设置在柜体框架上的至少一个充放电通道，所述充放电通道包括相互连接的主电路和控制电路；所述主电路包括一个多副边的变压器以及与变压器连接的充放电模块；测试仪还包括安装在柜体框架上由电感和电容组成的输入滤波单元、输出滤波单元、预充电单元，各单元与充放电模块及输入、输出接触器间通过电缆连接。
2.根据权利要求1所述的一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，其特征在于，所述的变压器包括一个源边，以及至少一个副边；变压器的副边接滤波电感且并接滤波电容，变压器本身的电感和输入端滤波电容及滤波电感组成LCL滤波器，变压器副边连接三相电感后，三相电感输出连接充放电模块。
3.根据权利要求2所述的一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，其特征在于，所述包括三个用于整流的绝缘栅双极型晶体管模块和一个三个用于输出的绝缘栅双极型晶体管模块；三个用于整流的绝缘栅双极型晶体管模块组成三相绝缘栅双极型晶体管桥，每个桥臂上下各I个绝缘栅双极型晶体管，负责将输入的三相交流电，经过高频整流为直流；模块中绝缘栅双极型晶体管的直流端通过叠层母排连接；母排连接在绝缘栅双极型晶体管的直流输出端；支撑电容组连接母排正负级；在支持电容组上方安装有支架，支架上还安装有用于控制和数据传输用的控制板，输出端的绝缘栅双极型晶体管连接输出导线经过熔断器，通过端子固定后，连接被充放电的对象。
4.根据权利要求3所述的一种支持任意多路并联的高精度充放电测试仪，其特征在于，测试仪的控制电路包括一块用于发出PWM波信号的DSP板、以及两块用于驱动绝缘栅双极型晶体管模块的驱动板；所述两块驱动板中包括一块主驱动板和一块从驱动板；所述控制电路的DSP板上存在can总线和光纤收发器件；测试仪的充放电通道通过光纤信号以及can总线作为通讯和同步通道。
【文档编号】H02J7/00GK203572940SQ201320763521
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】徐萌飞, 匡鹏, 杨涛 申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所