馈能式电子负载装置的制作方法

本发明涉及动力电池检测技术领域，具体涉及一种馈能式电子负载装置。

背景技术：

燃料电池在能源利用和环境保护方便具有非常广阔的前景。燃料电池在开发过程中需要进行功能测试、性能测试和老化测试等，测试精度低一级耗能量较大时目前功能测试和老化测试的主要问题。

鉴于上述存在的问题，研究设计针对燃料电池的节能型的测试设备，用于燃料电池的开发、实验以及老化测试，并将其过程中产生的电能回馈到电网中，从而实现能源的回收和利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种馈能式电子负载装置，以解使得燃料电池测试过程中电能回馈到电网的技术问题。

本发明的馈能式电子负载装置是这样实现的：

一种馈能式电子负载装置，其特征在于，包括：

能量收集单元，用于将燃料电池直流输入变换至直流母线输出；

能量回馈单元，用于将所述直流母线变换至交流输出至电网；即

燃料电池直流输入至能量收集单元后经能量回馈单元回馈至电网。

进一步的，所述能量收集单元包括若干并联设置的负载模拟模块；

所述能量回馈单元，包括适于与若干负载模拟模块的输出端相连的并网逆变器和与所述并网逆变器相连的并网变压器，所述并网变压器的输出端与所述电网相连。

进一步的，所述负载模拟模块包括：基于DSP的DC/DC闭环控制器、升压功率组件、燃料电池直流输入和直流母线输出；其中

所述升压功率组件分别与基于DSP的DC/DC闭环控制器、燃料电池直流输入和直流母线输出相连。

进一步的，所述升压功率组件包括依次电连接的输入保护电路、输入滤波电路、直流切换电路、DCDC功率变换电路和直流并网输出保护电路；

所述基于DSP的DC/DC闭环控制器通过实时采样所述输入滤波电路输出的电压，并与基准电压进行比较，输出控制DCDC功率变换电路的控制号；以及

所述DC/DC闭环控制器还具有通用的CAN通讯接口。

进一步的，所述直流切换电路与所述直流并网输出保护电路之间还设有一软启动电路；

所述软启动电路的输入端与所述直流切换电路的输出端相连，以及所述软启动电路的输出端与所述直流并网输出保护电路的输入端相连。

进一步的，所述能量收集转换模块具有独立的适于开发人员调试和观察运行状态的调测接口。

进一步的，所述并网逆变器包括基于DSP的DC/AC闭环控制器、功率组件、母线直流输入和系统交流输出；其中

所述功率组件分别与基于DSP的DC/AC闭环控制器、母线直流输入和系统交流输出相连。

进一步的，所述功率组件包括依次电连接的直流接入及保护电路、DCAC功能变换电路、输出滤波电路和交流并网输出保护电路；

所述基于DSP的DC/AC闭环控制器通过实时采样所述直流接入及保护电路输出的电压，并与基准电压进行比较，输出控制DCAC功率变换电路的控制信号；以及

所述DC/AC闭环控制器还具有通用的CAN通讯接口。

进一步的，所述并网逆变器具有独立的适于开发人员调试和观察运行状态的调测接口。

进一步的，还包括分别与所述能量收集转换模块和并网逆变器通过CAN总线相连的监控模块；

所述监控模块适于接收所述能量收集转换模块和并网逆变器的实时数据并上传至上位机，以及适于接收上位机的指令。

本发明的有益效果为：本发明的馈能式电子负载装置通过设计的能量收集单元和能量回馈单元，可以实现将燃料电池直流输入至能量收集单元后经能量回馈单元回馈至电网，避免了燃料电池测试过程中电能的浪费。

进一步的，通过设计的若干并联设置的负载模拟模块，使得本发明的馈能式电子负载装置可以根据不同的燃料电池产品和数量配置不同类型和数量的负载模拟模块，实现低成本的直流电源设备输入向电网的能量反馈。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的馈能式电子负载装置的整体流程结构图；

图2是本发明的馈能式电子负载装置的整体结构图；

图3是本发明的馈能式电子负载装置的能量收集转换模块的结构示意图；

图4是本发明的馈能式电子负载装置的并网逆变器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种馈能式电子负载装置，包括能量收集单元和能量回馈单元。其中能量收集单元，用于将燃料电池直流输入变换至直流母线输出。能量回馈单元，用于将直流母线变换至交流输出至电网；即燃料电池直流输入至能量收集单元后经能量回馈单元回馈至电网。

请参阅图2所示，能量收集单元包括若干并联设置的负载模拟模块；能量回馈单元，包括适于与若干负载模拟模块的输出端相连的并网逆变器和与并网逆变器相连的并网变压器，并网变压器的输出端与电网相连。本实施例的并网逆变器采用例如但不限于2个30kW的并网逆变器。

参考图3所示，负载模拟模块包括：基于DSP的DC/DC闭环控制器、升压功率组件、燃料电池直流输入和直流母线输出；其中升压功率组件分别与基于DSP的DC/DC闭环控制器、燃料电池直流输入和直流母线输出相连。可选的，本实施例的能量收集转换模块采用例如但不限于6kW DCDC模块，本实施例的能量回馈单元采用例如但不限于10个并联的6kW DCDC模块。6kW DCDC模块支持两种电压等级375V和560V的燃料电池的输入。

升压功率组件包括依次电连接的输入保护电路、输入滤波电路、直流切换电路、DCDC功率变换电路和直流并网输出保护电路； 基于DSP的DC/DC闭环控制器通过实时采样输入滤波电路输出的电压，并与基准电压进行比较，输出控制DCDC功率变换电路的控制信号，控制信号采用例如但不限于PWM信号；以及DC/DC闭环控制器还具有通用的CAN通讯接口。CAN通讯接口用于连接燃料电池进行数据通信。

直流切换电路与直流并网输出保护电路之间还设有一软启动电路；软启动电路的输入端与直流切换电路的输出端相连，以及软启动电路的输出端与直流并网输出保护电路的输入端相连。

负载模拟模块具有独立的适于开发人员调试和观察运行状态的调测接口。

参考图4所示，并网逆变器包括基于DSP的DC/AC闭环控制器、功率组件、母线直流输入和系统交流输出；其中功率组件分别与基于DSP的DC/AC闭环控制器、母线直流输入和系统交流输出相连。

功率组件包括依次电连接的直流接入及保护电路、DCAC功能变换电路、输出滤波电路和交流并网输出保护电路；基于DSP的DC/AC闭环控制器通过实时采样直流接入及保护电路输出的电压，并与基准电压进行比较，输出控制DCAC功率变换电路的控制号，控制信号采用例如但不限于PWM信号；以及DC/AC闭环控制器还具有通用的CAN通讯接口。

并网逆变器具有独立的适于开发人员调试和观察运行状态的调测接口。

馈能式电子负载装置还包括分别与能量收集转换模块和并网逆变器通过CAN总线相连的监控模块；监控模块适于接收能量收集转换模块和并网逆变器的实时数据并上传至上位机，以及适于接收上位机的指令。

本实施例的馈能式电子负载装置实施的具体原理如下：能量收集单元的负载模拟模块用于实现负载的模拟部分，即实现电子负载的恒电流、恒功率、恒阻抗的各种工作模式。能量回馈单元主要用于将能量收集单元的能量逆变成与电网同压同频同向的交流电回馈到电网，承担系统的能量回馈功能。并网逆变器输出电流的大小取决于被测电源发出有功功率的大小。

具体的，能量收集单元的电子负载通过控制输入电流的大小，使其对电源呈现的电阻值、电流值或者功率值为设定参考值；能量回馈单元的并网逆变器通过控制电流与电网电压同相位，保证母线的电能以单位功率因数回馈。所以，馈能式电子负载装置的主要控制目标为输入电流、直流母线电压和逆变电流。输入电流控制决定负载模拟的稳态和动态特性，是负载模拟的关键因素。逆变电流控制决定了并网的稳态和动态特性，是能量回馈及保证单位功率因素的关键因素。

本实施例的直流电子负载输入为直流电，按照纯阻性负载模拟。在恒流模式下，电子负载根据给定电流参考值来控制输入电流；在恒阻模式下，电子负载根据输入端口电压和目标电阻计算给定电流参考值从而控制输入电流；在恒功率模式下，根据给定功率参考值，电子负载将吸收与输入电压乘积为恒定的电流值。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。