[发明专利]一种轨道交通用中压电池模拟器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种轨道交通用中压电池模拟器，包括线市电交流电源、升压变压器、前级AC/DC多电平变换器、后级DC/DC多电平变换器和充放电模块，以及控制电路；所述控制电路包括各种电压电流传感器、测量/保护电路、DSP/arm控制系统、IGBT驱动电路、上位机和BMS系统、交流电压电流采样模块、直流电压电流采样模块、电池模型。控制过程中，电池模型的相关参数输入给上位机，上位机与DSP/arm控制系统相互交互，将处理后的电压、电流、温度、SOC等控制信息提供给车辆的BMS系统和上位机，通过前后级变换器产生PWM信号驱动IGBT，实现对轨道交通电池的模拟，检验充放电工况。

技术领域

本发明涉及一种轨道交通用中压电池模拟器及其控制方法，属于轨道交通供电控制领域。

背景技术

轨道交通作为改善城市交通运输的重要手段，近些年我国高铁、动车、地铁等轨道交通车辆得到快速发展。目前作为我国轨道交通车辆动力储能电池在使用的电池类型有磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂等锂离子电池。这些储能电池用作电池组工作在中压大功率工况中，若以其电池组原型进行研究，除了购置、维护储能设备需要大量的费用外，在进行极端工况的实验时难免造成损坏，增加对储能的研究成本，延缓研究进度。其次对储能系统配套和辅助领域进行研究时，也带来了诸多不便和困难，如无法灵活调节储能电池参数、无法准确控制储能电池工况、电池充放电时间较长等。

轨道交通电池需要在中压大功率、控制系统复杂的工况下运行，而且各种类型电池功率特性、能量特性差别很大，为了便于系统调试、降低开发风险，因此很有必要研究一种轨道交通专用的电池模拟器。

发明目的

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提出了一种轨道交通用中压电池模拟器，满足轨道交通中压的输入输出要求，具备模拟各种电池充放电功能，可模拟电池内阻等功率特性，并向BMS系统提供电压、电流、温度、SOC等控制信息。为了模拟电池特性，采用多电平DC/DC变换器实现中压和功率特性，为了实现能量平衡、节约能源，前级采用AC/DC实现能量与电网的交互，即实现功率双向流动；相关控制信息通过模拟器的控制系统提供，控制系统由DSP、arm等微处理器和外围电路实现。利用这个装置可以模拟多种轨道交通车辆的电池，检验充放电设备的各种工况。从而为轨道交通电池提供有力的技术支撑，减少研究成本、加快研究进度，减少实验的不便。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种轨道交通用中压电池模拟器，包括线电压380V的市电交流电源、升压变压器、前级AC/DC多电平变换器、后级DC/DC多电平变换器和充放电模块，以及控制电路；所述控制电路包括各种电压电流传感器、测量/保护电路、DSP/arm控制系统、IGBT驱动电路、上位机和BMS系统、交流电压电流采样模块、直流电压电流采样模块、电池模型；

市电交流电源通过升压变压器提高交流电压等级为中压；

所述前级AC/DC多电平变换器通过DSP/arm控制系统实现中间直流电压的稳定，根据电池的充放电工况，进行输入电流的整流或者逆变；

后级DC/DC多电平变换器实现通过控制系统来模拟轨道交通电池的内阻和充放电特性。

优选地，所述前级AC/DC多电平变换器为NPC型三电平AC/DC变换器，所述后级DC/DC多电平变换器为三电平全桥DC/DC多电平变换器。

优选地，所述电池模型为锂离子电池模型。

根据本发明的另一个方面，提供了一种上述电池模拟器的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：将电池模型输入上位机，上位机通过can通信或RS485通信方式输入DSP/arm控制系统，交流电压电流和直流电压电流通过传感器采集和测量同样输入DSP/arm控制系统进行处理，其中，上位机和DSP/arm控制系统之间通过can通信或RS485通信方式相互信息交互；