[发明专利]一种动力蓄电池组测试系统用充放电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种动力蓄电池组充放电机，尤其是能在充电时有效地降低测试电流纹波，放电时将电池能量高功率因数回归电网。

背景技术

动力蓄电池组测试系统由整流变压器，AC/DC变流器及其控制系统(因为其主要功能是对电池组循环地进行充放电，因此以下简称电池充放电机)，电池组，测量模块和后台处理单元构成。如图1所示。测试时系统通过AC/DC变流器输出恒定的直流电压和电流，按照一定的程序对动力蓄电池组进行充电或者放电，通过测量模块对流经电池的电压、电流、以及温度等数据进行采样和分析计算，得到电池的内阻、容量和循环寿命等参数值。在此过程中，对动力蓄电池组充放电电流的纹波水平以及系统动态响应性能等都有很严格的要求。电池本身对纹波非常敏感，纹波超标不但严重影响测试系统的精度，甚至会令电池提前损坏，造成循环寿命，容量，内阻等重要参数测量的不准确。而动力蓄电池组内阻极小而且本身具有反电动势，极小的电压纹波可能引起较大的电流纹波，这就要求测试系统所采用的变流器必须具有良好的输出电流特性。目前，常用的测试系统充放电机有线性调节器方式、相控方式和PWM变流方式三种电路结构。

(1)线性调节器方式的动力蓄电池组充放电机

传统的电池性能测试是以单只抽检电池(＜12V)为对象，采用线性调节器电路，通过计算机在线编程控制充、放电试验以及计算机在线检测技术来测试电池的容量、循环寿命以及功率密度等多项指标。

线性调节器在EV用动力蓄电池组综合性能测试系统中的变流主回路拓扑结构如图2所示，线性调节器的工作原理是利用大功率晶体管(MOS管)作为充放电电流调整的电子载体，使晶体管(MOS管)工作在线性放大状态，工作在线性放大区的场效应管的输出电阻往往较普通晶体管高得多，可达兆欧左右，恒流源正是利用场效应管输出阻抗高和相对恒定的电流特性构成的。其工作原理如下：充电时，三相交流电经整流变压器、三相不控二极管整流桥，通过电容滤波、线性调节器，给电池组充电，此过程保证线性调节器两端压降为5～15V左右。而放电时，电池组对电容器反向充电，这时电路中将有瞬时很大的电流流过线性调节器，因此，需要在电路中加入限流电抗器，起到限制瞬态电流和分压的作用，从而保护线性调节器。

这种方式的优点是技术成熟、有可接受的性价比。由上面的分析可以看出，只要保证线性调节器两端的压降保持在一定值(5～15V)使其工作在放大状态，就能有较为恒定的输出电流，而且具有较快的响应速度。但是也存在缺陷，这主要体现在：①因为线性调节器本身有压降，所以无论工作在充电还是放电状态，功耗都很大。事实上，放电时，线性调节器相当于负载，因而转换效率低。②电路的能量只能单方向流动，因此能源浪费大。③线性调节器必须工作在放大状态才能输出恒定的直流，受MOS管的容量限制，输出电流小，要实现测试系统的大功率化必须将多个晶体管并联，一方面使设备体积庞大，成本增加，另一方面，为了避免发生振荡或出现多个并联器件被同时烧毁的情况，需要加负反馈电路，这样增加了电路的复杂性。④线性调节器的功耗直接造成测试环境温度高，给测试中心和测试人员带来不便。

随着动力蓄电池组制造技术的进步，新型动力蓄电池组电池比能量的提高，迫切需要动力蓄电池组测试系统的大功率化。采用传统的线性调节器方式的变流器已不能满足现今动力蓄电池组测试对变流技术提出的“大功率化，网侧高功率因数，转换效率高”等要求。但是由于动力蓄电池组测试系统对其变流器输出电流要求严格，例如测试电流交流分量的含量小于0.5％，动态响应时间不超过50ms等，目前利用其他变流方式仍无法满足动力蓄电池组测试的需要，因而目前动力蓄电池组测试系统变流方式主要还是采用线性调节器方式。

(2)相控方式的动力蓄电池组充放电机

晶闸管因能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程易于控制，被广泛应用于动力蓄电池充、放电电路中。因其控制方式都采用相位控制，故这类整流电路又称之为相控整流。它可以在交流电压不变的情况下，通过改变触发角α的大小来改变直流输出电压的大小：当0°≤α＜90°时工作在整流状态，此时电流处于充电状态；当90°＜α＜180°时工作在有源逆变状态，此时电池处于放电状态，将能量回馈电网。动力蓄电池组测试时，逆变与整流的区别仅仅是控制角α和电池极性的不同。