用于测试电能储存系统的装置的制作方法

本发明涉及一种用于产生开关dc电压的装置，该装置包括变压器、整流器模块和dc-dc电压转换器模块。本发明还涉及该装置用于测试电能储存系统的用途。

背景技术：

用于测试电能储存系统的现有技术设备、特别是电池测试系统已知特别是用于测试电动车辆的电能储存系统。待测电池系统以尽可能高的直流电压运行，以节省车辆电缆的横截面，从而节省成本和重量。对于测试设备，这需要产生1000v及以上范围内的开关测试dc电压。这同样适用于这种能量储存系统的模拟。

为此目的，已知将整流器模块连接到变压器的次级侧并通过开关dc电压转换器产生所需的开关dc电压。

为了产生这种开关直流电压，通常使用具有650v、1200v或1700v电压范围内的阻塞电压强度的电子开关，例如mosfet或igbt，其阻塞电压强度比待开关的直流电压高约30％-40％，以避免半导体损坏。

根据电压等级，电子开关的开关速度差别很大：具有较高阻塞电压的半导体开关通常具有比具有较低阻塞电压的半导体开关更低的开关频率和动态特性。

为了即使在高dc电压下也实现测试系统所需的动态特性，已知使用具有降低的部分电压的级联dc转换器。例如，使用三级逆变器是常见的。高输入dc电压分布在串联布置的多个半导体开关、特别是igbt之间，从而每个单独的半导体开关需要降低的阻塞电压强度。然而，使用三级逆变器具有增加开关工作量的缺点。

技术实现要素：

现在，本发明的目的是克服这些和其他缺点，并创造一种用于测试电能储存设备的装置，该装置能够以最小的开关量实现具有最佳动态特性和高开关频率的所需高开关dc电压。

根据本发明，该目的通过如上所述的装置实现，其中变压器具有第一次级电路和第二次级电路，第一次级电路具有下游第一整流器，第二次级电路具有下游第二整流器，并且其中第一整流器具有下游第一开关dc-dc电压转换器，第二整流器具有下游第二开关dc-dc电压转换器，这些下游dc-dc电压转换器实施为两级降压转换器。这两个开关dc-dc转换器优选地在输出侧串联连接，使得它们的输出电压相加。

由此，实现两个电流分离的电源路径，每个电源路径具有降低的电压。这允许在电源路径中使用具有比使用单个电源路径可能的更低的阻塞电压电阻和更高的开关频率和动态路径动态的半导体开关。

与传统解决方案相比，当在1200v或更高的输出电压下使用1200v半导体时，根据本发明的装置允许测试系统的高动态特性。一方面，这提供了这样的优点：在设计中可以使用更简单的两级降压转换器，与具有更高阻塞电压的半导体开关相比，提供更高的开关频率和改进的动态特性。另一方面，两个电源路径分开总电压，使得可以施加具有比总电压低的阻塞电压电阻的半导体开关，并且dc-dc转换器可以在输出侧串联连接以实现期望的高输出电压。

优选地，第一整流器和第二整流器的参考电位连接，并且第一dc-dc转换器和第二dc-dc转换器的参考电位连接并且优选地作为中点电位引出。

可以仅将dc-dc转换器的参考电位引出作为中点电位，或者整流器和dc-dc转换器的参考电位可以作为中点电位一起环绕并引出。这确保了根据本发明的测试设备的输出电压对应于两个电源路径的输出电压之和。根据本发明，电源路径分开高总电压，使得具有较低阻塞电压和较高动态特性的半导体开关可用于每个电源路径。

优选地，第一整流器和第二整流器的输出和参考电位作为中间电路端子(dc链路端子)引出。特别是，它们可以被引出装置-例如提供外部负载-例如以抽头端子的形式。这种dc链路连接提供基本恒定的dc电压，并且尤其可以用于提供外部负载。

原则上，第一次级电路和/或第二次级电路可以以任何传输比实现。例如，可以实现与初级侧的传输比为2：1，使得次级电路的输出电压以及因此电源路径的输入电压分别对应于变压器的输入电压的一半。已经证明特别有利的是将第一次级电路和第二次级电路涉及为与初级侧的传输比为1：0.94，因为在这种情况下，例如，电源路径的输入电压保持在低电压域，并且适用相应的低压标准。在所产生的低压范围内，根据本发明的装置提供了两个串联连接的两级降压转换器，每个电源路径提供一个两级降压转换器，这提供了更小和无源滤波器组件可用于直流链路电路的优点。

尽管使用了两倍于已知设备的组件，但这种电路拓扑的使用令人惊讶地更快、更动态且更便宜。

然而，根据本发明，还可以提供高初级电压的不同分布，例如通过向一个电源路径施加比向其他电源路径更高的电压。这使得能够实现测试设备的输出端子处的dc电压的目标不对称性。

根据本发明，还可以将高初级电压分成三个或更多个次级路径，其中各个次级路径均设置有根据本发明的整流器模块和dc-dc转换器的串联连接，并且其中dc-dc转换器各自在输出侧串联连接，以实现所需的高输出电压。

优选地，变压器的第一次级电路和第二次级电路具有三相。

在本发明的有利实施例中，开关dc-dc转换器被设计为两级四脚降压转换器。半导体元件、特别是igbt或mosfet优选用在整流器和开关dc-dc转换器中。

该装置可以特别地设计成用于产生幅度大于1000v、优选大于1200v、特别优选地在1300v至1700v范围内的开关dc电压，其中电源路径中的、特别是整流器和/或开关dc电压转换器中的半导体元件的阻塞电压强度小于1700v、优选约1200v。

在本发明的优选实施例中，开关dc-dc转换器在输出侧串联连接。这允许提供增加的dc电压。

如上所述，通过将dc-dc转换器的电输出连接到待测能量储存系统，使用根据本发明的装置来测试电能储存系统，进一步解决了本发明的目的。

根据本发明，除了在使用根据本发明的装置时测试电能储存系统之外，可选的dc链路端子还可用于提供电负载。

本发明还涉及本发明装置用于模拟电能储存系统的用途。

在权利要求书、实施例的描述和附图中公开了本发明的其他特征。下面使用附图中所示的非限制性、非排他性实施例更详细地解释本发明。

附图说明

图1示出了根据本发明的测试装置的实施例，

图2a示出了根据本发明的测试装置的实施例的详细示意图，

图2b示出了根据本发明的测试装置的另一实施例的详细示意图。

具体实施方式

三相电源电压在三相变压器1中分成两个次级路径，具有一个初级侧11和两个次级电路4、5。两个次级路径各自形成单独的电源路径，用于产生所需的开关dc电压。

每个单独的电源路径包括整流器模块mr和dc-dc转换器stdc，由此整流器模块mr+6和dc-dc转换器stdc+8设置在上部电源路径，整流器模块mr-7和dc-dc转换器stdc-9设置在下部电源路径中，由此两个整流器模块2和两个dc-dc转换器3通常可以是用于支持对称负载的相同类型。两个整流器模块6、7的参考电位15、17连接在一起。两个dc电压转换器stdc+8和stdc-9在输出侧串联连接，以便在dc电压转换器3的输出18、19或dc电压转换器3的参考电位20、21处产生所需的高输出电压。

两个电源路径的电流分离具有以下优点：两个电源路径的中间电路电压即参考电位15、17处的电压仅处于约650v至850v的电压电平，但是可以实现输出电压为1200v-1700v。这使得可以使用具有较低的阻塞电压电阻和较低的开关和传导损耗以及相应较高的开关频率和动态特性的半导体(igbt、mosfet、二极管)。

例如，使用具有1200v的阻塞电压的igbt。要调节的输出电压的动态特性很高，因为1200v半导体的开关频率约为5-15khz，而1700v半导体通常只能以1.5-4khz的开关频率工作。因此，使用1200v半导体可以实现高达1500vdc的高系统输出电压。

除了与800v电池测试仪或模拟器相当的系统的更好的动态特性能之外，这种拓扑结构的另一个优点是电位dc_mp(mp......中点)也可以从电路中引出并被利用。因此，可以特别地调整部分输出dc+至dc_mp和dc_mp至dc-的电压的不对称性，其可以用于测试被测设备并且被组合为电输出12。

此外，整流器模块2的参考电位15、17与具有连接zk+、zkmp和zk的整流器模块2的输出14、16之间的中间电路可以被引出并作为dc链路端子10提供。可以连接两级电机逆变器以及三级电机逆变器或其他电气负载。

图2a示出了根据本发明的测试装置的实施例的详细电路图。该装置包括三相变压器1，其具有分离的次级侧，包括第一次级电路4和第二次级电路5。两个次级侧中的每一个驱动单独的电源路径，整流器模块2包括第一整流器6和第二整流器7，开关dc转换器模块3包括第一dc转换器8和第二dc转换器9。

dc转换器8、9在输出侧串联连接，以便在电输出12处提供增加的dc电压。整流器6、7和dc-dc转换器8、9的参考电位连接在一起并且被引出装置作为中点电位mp。

整流器模块6、7基于具有igbt13和半导体二极管的两级逆变器拓扑，以及在相应的输出14、16和参考电位15、17之间的缓冲电容器22。

dc-dc转换器8、9基于四脚两级降压转换器拓扑，也具有igbt13和半导体二极管。

降压转换器的四个脚的输出18、19作为端子输出并且通过缓冲电容器23缓冲参考电位20。所使用的igbt和半导体二极管优选地是具有1200v或更低的阻塞电压电阻的部件，以便保证输出电压超过1200vdc时的最高开关频率。

在该实施例中，不引出整流器6、7和dc-dc转换器8、9之间的dc链路的电位。可以看出，整流器模块的参考电位15，17和dc-dc转换器8、9的参考电位20，21连接在一起并形成引出的中点连接mp。通过调节次级电路4、5相对于初级侧11的传输比，可以在设备的输出12处设置所需的电压对称性。

图2b示出了根据本发明的测试装置的实施例的另一详细电路图。电路图基本上对应于图2a中的示例。整流器模块6、7再次基于具有igbt13的两级逆变器拓扑结构。dc转换器8、9再次基于四脚两级降压转换器拓扑结构，也使用igbt13。

在该实施例中，引出dc链路端子10。可以看出，整流器模块的参考电位15、17和dc-dc转换器8、9的参考电位20、21连接在一起并形成中点连接mp。此外，该参考电位也可用作dc链路端子10的一部分。

本发明不限于本实施例，而是涵盖专利权利要求范围内的所有设备和应用。

附图标记列表

1变压器

2整流器模块

3直流电压转换器模块

4第一次级电路

5第二次级电路

6第一整流器

7第二整流器

8第一dc-dc转换器

9第二dc-dc转换器

10直流链路端子

11变压器的初级侧

12电气输出

13igbt

14第一整流器的输出

15第一整流器的参考电位

16第二整流器的输出

17第二整流器的参考电位

18第一dc-dc转换器的输出

19第二dc-dc转换器的输出

20第一dc-dc转换器的参考电位

21第二dc-dc转换器的参考电位