一种模块化的电池模拟平台的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子储能领域，尤其涉及一种模块化的电池模拟平台。


背景技术：

2.储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统和能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术，随着新能源发电的广泛应用，储能在电力系统中的地位越来越重要。
3.储能系统通常包括电池和储能变换器，电池在新能源系统中充当重要的两面特性：负载和电源。如果在设计初期就直接用梯次电池原型进行测试验证，一方面异构电池本身参数各异，直接使用有很高的风险，其次对于极端工况的实验，由于储能系统设计中的缺陷很容易引起火灾爆炸等危险，会使操作人员人身安全无法保障。
4.储能变换器(pcs)在设计之初会存在很多逻辑漏洞或技术缺陷，若将初版的储能变换器 (pcs)直接带电池进行并网充放电，会因电池的参数不一致性、“木桶效应”及使用寿命等问题，导致电池燃烧，爆炸等安全问题。除此之外，电池的参数不一致性会影响储能变换器(pcs) 并网控制等技术问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，提供一种模块化的电池模拟平台，便于在储能变换器安装电池之前进行测试和验证。
6.一种模块化的电池模拟平台，包括电池模拟电路，所述电池模拟电路包括整流逆变电路、预充电路、泄荷电路和电池模拟器，所述整流逆变电路的输出端与预充电路的输入端连接，所述预充电路的输出端与电池模拟器的输入端连接，电池模拟器设有负载输出端，所述电池模拟器的负载输出端与所述泄荷电路连接。
7.优选的，所述预充电路包括第一直流接触器km1和第一电阻r1，第一直流接触器km1 的一端与预充电路的一输入端连接，第一直流接触器km1的另一端与预充电路的一输出端连接，所述第一电阻r1与第一直流接触器km1并联。
8.优选的，所述泄荷电路包括相串联的第二直流接触器km2和第二电阻r2，泄荷电路的两端分别与电池模拟器输出端的正负极连接。
9.优选的，所述整流逆变电路包括第一可控开关vt1、第二可控开关vt2、第三可控开关 vt3、第四可控开关vt4、第五可控开关vt5和第六可控开关vt6，第一可控开关vt1、第三可控开关vt3和第五可控开关vt5的发射极相连接作为正极输出端，第二可控开关vt2、第四可控开关vt4和第六可控开关vt6的集电极相连接作为负极输出端，第一可控开关vt1 的集电极和第二可控开关vt2的发射极相连作为第一输入端，第三可控开关vt3的集电极和第四可控开关vt4发射极连接作为第二输入端，第五可控开关vt5的集电极和第六可控开关vt6的发射极连接作为第三输入端。
10.优选的，所述电池模拟电路还包括工频变压器，所述工频变压器的输出端与所述整流逆变电路的输入端连接。
11.优选的，本实用新型还包括主控制器和与主控制器连接的传感器组，所述传感器组包括母线电压传感器、电池电压传感器、充电电流传感器和输出电流传感器，母线电压传感器安装在所述工频变压器输入端的交流母线上；电池电压传感器的检测端与电池模拟器的输出端连接；充电电流传感器安装在所述电池模拟器的输入端或所述预充电路的输出端；输出电流传感器安装在所述电池模拟器的负载输出端；所述整流逆变电路的控制器与所述主控制器连接。
12.优选的，本实用新型还包括信号调理电路，所述信号调理电路的两端分别与所述传感器组和主控制器连接。
13.优选的，本实用新型还包括上位机，所述上位机与所述主控制器连接。
14.优选的，本实用新型包括至少两个电池模拟电路，所述电池模拟器包括第一电池模拟器和第二电池模拟器，所述第一电池模拟器的额定电压大于第二电池模拟器的额定电压。
15.优选的，所述电池模拟器包括超级电容或电容组。
16.与现有技术相比本实用新型的有益效果为：
17.1.整流逆变电路用于交流电和直流电之间的转换，预充电路用于为电池模拟器提供充电电压，泄荷电路用于释放电容组或电池模拟器的电压，模拟电池放电过程，电池模拟器用于模拟电池，电池模拟器的负载输出端与储能变换器连接，便于进行储能变换器的试验和验证； 2.模块化的电池模拟电路利于拼装，按储能变换器的需要进行拼装。
附图说明
18.图1是本实用新型的逻辑框图；
19.图2是本实用新型的电路结构示意图；
20.图3是预充电路的电路结构图；
21.图4是整流逆变电路的电路结构图；
22.图5是泄荷电路的电路结构图；
23.图6是控制系统的逻辑框图。
24.附图中标记：1-交流母线，2-工频变压器，3-整流逆流电路，4-预充电路，5-电池模拟器，6-负载输出端，7-泄荷电路，8-主控制器，9-上位机，10-母线电压传感器，11-充电电流传感器，12-电池电压传感器，13-输出电流传感器，14-储能变换器，15-电池模拟平台，81-信号调理电路，82-传感器组。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
26.一种模块化的电池模拟平台15，如图1～图6所示，包括一个或n个电池模拟电路，n为大于1的自然数，所述电池模拟电路包括整流逆变电路3、预充电路4、泄荷电路7和电池模拟器5，整流逆变电路3的输出端与预充电路4的输入端连接，预充电路4的输出端与电池模拟器5的输入端连接，电池模拟器5设有负载输出端6，电池模拟器5负载输出端与泄荷电路7的连接。整流逆变电路3用于交流电和直流电之间的转换，预充电路4用于为电池模拟器5提
供充电电压，泄荷电路7用于释放电池模拟器5的电压，模拟电池放电过程，电池模拟器5用于模拟电池，如图2所示，n个电池模拟器5模拟n个电池，储能变换器14与电池模拟器5的负载输出端连接，进行储能变换器14的试验和验证。模块化的电池模拟电路利于拼装，按储能变换器14的需要进行拼装。
27.所述电池模拟电路还可以包括工频变压器2，工频变压器2的输出端与整流逆变电路3 的输入端连接。工频变压器用于将市用电的降压到电池模拟器5的充电电压，在一个具体实施例中采用三相工频变压器，将380v三相电降至36v。
28.预充电路4可以包括第一直流接触器km1和第一电阻r1，如图3所示，第一直流接触器km1的一端与预充电路4的一输入端连接，第一直流接触器km1的另一端与预充电路的一输出端连接，所述第一电阻r1与第一直流接触器km1并联。对电池模拟器5进行预充时，第一直流接触器km1断开，充电电压经过第一电阻r1降压或限流后为电池模拟器5充电，电池模拟器5的电压上升后，第一直流接触器km1吸合，电流通过第一直流接触器km1为电池模拟器5充电，防止电池模拟器5充电电压过高而损坏。在一个具体实施例中，第一直流接触器km1安装在预充电路4的正极输入端和正极输出端之间。
29.电池模拟器5可以包括超级电容或电容组。超级电容是一种介于传统电容器与电池之间的、具有特殊性能的电源，用于模拟电池。电容组可以采用多个电容通过串、并联的方式连接组成，在一个具体实施例中，采用九个电容并联组成电容组，具体的，采用4700uf的电容。
30.泄荷电路7可以包括相串联的第二直流接触器km2和第二电阻r2，如图5所示，泄荷电路7的两端分别与电池模拟器5的输出端的正负极连接。需要释放电池模拟器5的电压时，吸合第二直流接触器km2，电池模拟器5与第二电阻r2形成回路，电流通过第二电阻r2 以热量的形式消耗释放。
31.整流逆变电路3可以包括第一可控开关vt1、第二可控开关vt2、第三可控开关vt3、第四可控开关vt4、第五可控开关vt5和第六可控开关vt6，如图4所示，第一可控开关 vt1、第三可控开关vt3和第五可控开关vt5的发射极相连接作为正极输出端，第二可控开关vt2、第四可控开关vt4和第六可控开关vt6的集电极相连接作为负极输出端，第一可控开关vt1的集电极和第二可控开关vt2的发射极相连作为第一输入端，第三可控开关vt3 的集电极和第四可控开关vt4发射极连接作为第二输入端，第五可控开关vt5的集电极和第六可控开关vt6的发射极连接作为第三输入端。通过控制不同可控开关的开关进行交流电和直流电的转换，可控开关可以采用全控型开关器件，如igbt或mosfet。整流逆变电路 3还可以包括滤波电容c1，滤波电容c1两端分别与整流逆变电路的两输出端连接。
32.本实用新型提供的电池模拟平台15还可以包括主控制器8和与主控制器8连接的传感器组82，如图1所示，传感器组82包括母线电压传感器10、电池电压传感器12、充电电流传感器11和输出电流传感器13，母线电压传感器10安装在工频变压器2输入端的交流母线1 上；电池电压传感器12的检测端与电池模拟器5的输出端连接；充电电流传感器11安装在电池模拟器5的输入端或预充电路4的输出端；输出电流传感器13安装在电池模拟器5的负载输出端6；整流逆变电路3的控制器与主控制器8连接。母线电压传感器10，用于检测母线电压；电池电压传感器12用于检测电池模拟器5的电压；充电电流传感器11用于检测电池模拟器5的充电电流；输出电流传感器13用于检测电池模拟器5的负载输出电流，主控制器8通过
控制整流逆变电路3的控制器控制输出电流，在一个具体实施例中，主控制器8通过控制整流逆变电路3控制器的pwm信号占空比来控制整流逆变电路3，整流逆变电路3的控制器通过控制可控开关的开关主控制交流电和直流电的转换。
33.主控制器8与第一直流接触器km1的控制端连接，用于控制第一直流接触器km1的开合。
34.本实用新型还可以包括信号调理电路81，如图6所示，信号调理电路81的两端分别与传感器组82和主控制器8连接。信号调理电路81用于传感器组信号的放大和滤波。
35.本实用新型还可以包括上位机9，上位机9与主控制器8连接，用于时实监控电池模拟及测试情况。
36.主控制器8还可以包括通信模块、pwm信号生成模块和模拟信号处理模块，主控制器通过pwm信号生成模块与整流逆变电路3的控制器连接，通过通信模块与上位机9连接，通过模拟信号处理模块与信号调理电路81连接，模拟信号处理模块用于将模拟信号转换为数字信号。
37.所述电池模拟器包括第一电池模拟器和第二电池模拟器，所述第一电池模拟器的额定电压大于第二电池模拟器的额定电压。采用不同参数的电池模拟器，模拟不同参数的电池，加大pcs测试的适用性。
38.在一个具体实施例中，电池模拟器的输入端同时也作为负载输出端，则预充电路的输出端和所述泄荷电路与电池模拟器的负载输出端连接。
39.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。