一种氢燃料电池单体模拟器的制作方法

本实用新型涉及氢燃料电池仿真设计的技术领域，特别涉及一种氢燃料电池单体模拟器。

背景技术：

随着新能源汽车的发展和普及，新能源汽车已经越来越受消费者的青睐。新能源汽车中的电池、特别是氢燃料电池的性能对于新能源汽车的整体性能具有至关重要的作用。为了保证新能源汽车的长里程续航性能和提高氢燃料电池的使用寿命，在对新能源汽车的电池管理系统进行研发的过程中需要对氢燃料电池进行大量的测试操作，以确保该氢燃料电池能够在长时间工作的情况下也能够维持良好稳定的供电性能，从而有效避免该氢燃料电池发生性能弛豫的情况。但是，在对氢燃料电池进行测试的实际过程中，若直接对氢燃料电池本身进行测试操作，相应的测试操作不仅存在测试成本高和测试周期长的问题，并且还存在测试结果不准确的缺陷，同时还会存在由于测试操作不当而导致氢燃料电池本身受到损坏的风险。为了保证对氢燃料电池的精确、高效和可控的性能测试操作，现有技术大多采用电池模拟器来替代氢燃料电池作为测试对象，这样能够保证电池测试对象供电性能的稳定性和可控性，并且还能够避免由于测试操作不当而造成氢燃料电池损坏的情况。但是，现有的电池模拟器并不能精确和全面地模拟氢燃料电池的供电电压等不同供电特性，这不利于对新能源汽车中电池供电和管理系统的高效和准确测试控制。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种氢燃料电池单体模拟器，该氢燃料电池单体模拟器通过设置输入电源组件、输入电源采样电路、输入-输出电源转换器、输出电源采样电路和输出电源组件来将输入的市电交流电转换成适合电驱动汽车运行的供电电源，同时还通过该输入电源采样电路和该输出电源采样电路分别获取该输入电源组件和该输出电源组件各自的电压和/或电流特性，以实时获得该氢燃料电池单体模拟器的输入-输出电源转换状态和转换参数，并根据获得的该输入-输出电源转换状态和转换参数对该输入-输出电源转换器的电源转换工作状态进行适应性的调整，以保证该氢燃料电池单体模拟器最终输出的电压和/或电流与氢燃料电池实际的电源输出特性相匹配，从而提高该氢燃料电池单体模拟器的供电模拟精确性。

本实用新型提供一种氢燃料电池单体模拟器，其包括输入电源组件、输入电源采样电路、输入-输出电源转换器、输出电源采样电路和输出电源组件，其特征在于：

所述输入电源组件通过若干第一电源线路与所述输入-输出电源转换器电连接；

所述输入-输出电源组件通过若干第二电源线路与所述输出电源组件电连接；

所述输入-输出电源转换器用于将来自所述输出电源组件的交流电源转换为直流电源，以作为所述输出电源组件的输出电源；

所述输入电源采样电路连接设置于所述若干第一电源线路上，以采集所述交流电源的交流电源特性；

所述输出电源采样电路连接设置于所述若干第二电源线路上，以采集所述直流电源的直流电源特性；

进一步，所述氢燃料电池单体模拟器还包括电源转换驱动器和mcu上位机；其中，

所述mcu上位机的第一信号输入端与所述输入电源采样电路的信号输出端连接；

所述mcu上位机的第二信号输入端与所述输出电源采样电路的信号输出点连接；

所述mcu上位机的信号输出端与所述电源转换驱动器的信号输入端连接；

所述电源转换驱动器的信号输出端与所述输入/输出电源转换器的信号输入端连接；

进一步，所述氢燃料电池单体模拟器还包括无线通信接口、can总线接口和显示器；其中，

所述无线通信接口和所述can总线接口分别设置在所述mcu上位机中，以实现所述mcu上位机的通信接口扩展；

所述显示器与所述mcu上位机连接，以用于显示所述输入电源采样电路和/或所述输出电源采样电路相对应的采样信号波形；

进一步，所述输入电源采样电路包括输入电源电压采样电路、输入电源电流采样电路、第一采样时钟电路和第一隔离电路；其中，

所述输入电源电压采样电路与所述输入电源组件的电压输出端连接；

所述输入电源电流采样电路与所述输入电源组件的电流输出端连接；

所述第一采样时钟电路分别与所述输入电源电压采样电路和所述输入电源电流采样电路连接，以向所述输入电源电压采样电路和所述输入电源电流采样电路提供第一采样时钟信号；

所述第一隔离电路连接设置与所述输入电源电压采样电路与所述输入电源电流采样电路，以实现对所述输入电源电压采样电路与所述输入电源电流采样电路之间采样信号的隔离；

进一步，所述输入电源采样电路还包括第一电压降噪电路、第一电压放大器、第一电流降噪电路和第一电流放大器；其中，

所述输入电源电压采样电路依次通过所述第一电压降噪器和所述第一电压放大器与所述输入电源组件的电压输出端连接；

所述输入电源电流采样电路依次通过所述第一电流降噪电路和所述第一电流放大器与所述输入电源组件的电路输出端连接；

进一步，所述输出电源采样电路包括输出电源电压采样电路、输出电源电流采样电路、第二采样时钟电路和第二隔离电路；其中，

所述输出电源电压采样电路与所述输出电源组件的电压输出端连接；

所述输入电源电流采样电路与所述输出电源组件的电流输出端连接；

所述第二采样时钟电路分别与所述输出电源电压采样电路和所述输出电源电流采样电路连接，以向所述输出电源电压采样电路和所述输出电源电流采样电路提供第二采样时钟信号；

所述第二隔离电路连接设置与所述输出电源电压采样电路与所述输出电源电流采样电路，以实现对所述输出电源电压采样电路与所述输出电源电流采样电路之间采样信号的隔离；

进一步，所述输出电源采样电路还包括第二电压降噪电路、第二电压放大器、第二电流降噪电路和第二电流放大器；其中，

所述输出电源电压采样电路依次通过所述第二电压降噪器和所述第二电压放大器与所述输出电源组件的电压输出端连接；

所述输出电源电流采样电路依次通过所述第二电流降噪电路和所述第二电流放大器与所述输出电源组件的电路输出端连接；

进一步，所述输入-输出电源转换器包括a/d转换电路、d/a转换电路、继电器和继电器控制电路；其中，

所述继电器分别连接所述a/d转换电路与所述d/a转换电路；

所述继电器控制器与所述电源转换驱动器连接；

所述继电器控制器与所述继电器连接，以用于根据来自所述电源转换驱动器的输出信号来控制所述继电器的通断动作；

进一步，所述输出电源组件包括若干输出电压控制器和若干模拟电压输出端口；所述若干输出电压控制器和所述若干模拟电压输出端口一一对应连接设置；所述若干输出电压控制器均与所述输入-输出电源转换器连接，以根据所述输入-输出电源转换器的电压转换状态来控制器对应的模拟电压输出端口的电压输出状态；

进一步，所述输出电源组件还包括若干电压跟随器；

所述若干电压跟随器中的每一个对应连接所述输出电压控制器以及与其对应的所述模拟电压输出端口；

所述电压跟随器用于保持所述模拟电压输出端口的输出电压稳定性。

相比于现有技术，该氢燃料电池单体模拟器通过设置输入电源组件、输入电源采样电路、输入-输出电源转换器、输出电源采样电路和输出电源组件来将输入的市电交流电转换成适合电驱动汽车运行的供电电源，同时还通过该输入电源采样电路和该输出电源采样电路分别获取该输入电源组件和该输出电源组件各自的电压和/或电流特性，以实时获得该氢燃料电池单体模拟器的输入-输出电源转换状态和转换参数，并根据获得的该输入-输出电源转换状态和转换参数对该输入-输出电源转换器的电源转换工作状态进行适应性的调整，以保证该氢燃料电池单体模拟器最终输出的电压和/或电流与氢燃料电池实际的电源输出特性相匹配，从而提高该氢燃料电池单体模拟器的供电模拟精确性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种氢燃料电池单体模拟器的结构框图。

图2为本实用新型提供的一种氢燃料电池单体模拟器中输入-输出电源转换器的结构框图。

图3为本实用新型提供的一种氢燃料电池单体模拟器中输出电源组件的结构框图。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种氢燃料电池单体模拟器的结构示意图。该氢燃料电池单体模拟器包括输入电源组件、输入电源采样电路、输入-输出电源转换器、输出电源采样电路和输出电源组件；其中，

该输入电源组件通过若干第一电源线路与该输入-输出电源转换器电连接；该输入-输出电源组件通过若干第二电源线路与该输出电源组件电连接；该输入-输出电源转换器用于将来自该输出电源组件的交流电源转换为直流电源，以作为该输出电源组件的输出电源；该输入电源采样电路连接设置于该若干第一电源线路上，以采集该交流电源的交流电源特性；该输出电源采样电路连接设置于该若干第二电源线路上，以采集该直流电源的直流电源特性。

优选地，该氢燃料电池单体模拟器还包括电源转换驱动器和mcu上位机；

优选地，该mcu上位机的第一信号输入端与该输入电源采样电路的信号输出端连接；

优选地，该mcu上位机的第二信号输入端与该输出电源采样电路的信号输出点连接；

优选地，该mcu上位机的信号输出端与该电源转换驱动器的信号输入端连接；

优选地，该电源转换驱动器的信号输出端与该输入/输出电源转换器的信号输入端连接；

优选地，该氢燃料电池单体模拟器还包括无线通信接口、can总线接口和显示器；

优选地，该无线通信接口和该can总线接口分别设置在该mcu上位机中，以实现该mcu上位机的通信接口扩展；

优选地，该显示器与该mcu上位机连接，以用于显示该输入电源采样电路和/或该输出电源采样电路相对应的采样信号波形；

优选地，该输入电源采样电路包括输入电源电压采样电路、输入电源电流采样电路、第一采样时钟电路和第一隔离电路；

优选地，该输入电源电压采样电路与该输入电源组件的电压输出端连接；

优选地，该输入电源电流采样电路与该输入电源组件的电流输出端连接；

优选地，该第一采样时钟电路分别与该输入电源电压采样电路和该输入电源电流采样电路连接，以向该输入电源电压采样电路和该输入电源电流采样电路提供第一采样时钟信号；

优选地，该第一隔离电路连接设置与该输入电源电压采样电路与该输入电源电流采样电路，以实现对该输入电源电压采样电路与该输入电源电流采样电路之间采样信号的隔离；

优选地，该输入电源采样电路还包括第一电压降噪电路、第一电压放大器、第一电流降噪电路和第一电流放大器；

优选地，该输入电源电压采样电路依次通过该第一电压降噪器和该第一电压放大器与该输入电源组件的电压输出端连接；

优选地，该输入电源电流采样电路依次通过该第一电流降噪电路和该第一电流放大器与该输入电源组件的电路输出端连接；

优选地，该输出电源采样电路包括输出电源电压采样电路、输出电源电流采样电路、第二采样时钟电路和第二隔离电路；

优选地，该输出电源电压采样电路与该输出电源组件的电压输出端连接；

优选地，该输入电源电流采样电路与该输出电源组件的电流输出端连接；

优选地，该第二采样时钟电路分别与该输出电源电压采样电路和该输出电源电流采样电路连接，以向该输出电源电压采样电路和该输出电源电流采样电路提供第二采样时钟信号；

优选地，该第二隔离电路连接设置与该输出电源电压采样电路与该输出电源电流采样电路，以实现对该输出电源电压采样电路与该输出电源电流采样电路之间采样信号的隔离；

优选地，该输出电源采样电路还包括第二电压降噪电路、第二电压放大器、第二电流降噪电路和第二电流放大器；

优选地，该输出电源电压采样电路依次通过该第二电压降噪器和该第二电压放大器与该输出电源组件的电压输出端连接；

优选地，该输出电源电流采样电路依次通过该第二电流降噪电路和该第二电流放大器与该输出电源组件的电路输出端连接。

参阅图2，为本实用新型提供的一种氢燃料电池单体模拟器中输入-输出电源转换器的结构框图。该输入-输出电源转换器包括a/d转换电路、d/a转换电路、继电器和继电器控制电路。其中，该继电器分别连接该a/d转换电路与该d/a转换电路；该继电器控制器与该电源转换驱动器连接；该继电器控制器与该继电器连接，以用于根据来自该电源转换驱动器的输出信号来控制该继电器的通断动作。

参阅图3，为本实用新型提供的一种氢燃料电池单体模拟器中输出电源组件的结构框图。该输出电源组件包括若干输出电压控制器和若干模拟电压输出端口。

优选地，该若干输出电压控制器和该若干模拟电压输出端口一一对应连接设置；该若干输出电压控制器均与该输入-输出电源转换器连接，以根据该输入-输出电源转换器的电压转换状态来控制器对应的模拟电压输出端口的电压输出状态；

优选地，该输出电源组件还包括若干电压跟随器；

优选地，该若干电压跟随器中的每一个对应连接该输出电压控制器以及与其对应的该模拟电压输出端口；

优选地，该电压跟随器用于保持该模拟电压输出端口的输出电压稳定性。

从上述实施例可以看出，该氢燃料电池单体模拟器通过设置输入电源组件、输入电源采样电路、输入-输出电源转换器、输出电源采样电路和输出电源组件来将输入的市电交流电转换成适合电驱动汽车运行的供电电源，同时还通过该输入电源采样电路和该输出电源采样电路分别获取该输入电源组件和该输出电源组件各自的电压和/或电流特性，以实时获得该氢燃料电池单体模拟器的输入-输出电源转换状态和转换参数，并根据获得的该输入-输出电源转换状态和转换参数对该输入-输出电源转换器的电源转换工作状态进行适应性的调整，以保证该氢燃料电池单体模拟器最终输出的电压和/或电流与氢燃料电池实际的电源输出特性相匹配，从而提高该氢燃料电池单体模拟器的供电模拟精确性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。