一種燃料電池汽車dc-dc變換器的試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃料電池汽車DC?DC變換器的試驗(yàn)系統(tǒng)，涉及燃料電池汽車電力電子技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括升壓型DC?DC變換器、降壓型DC?DC變換器、低壓蓄電池組、高壓蓄電池組、預(yù)充電及保護(hù)電路、上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)六個(gè)部分。其中，升壓型DC?DC變換器與降壓型DC?DC變換器構(gòu)成能量循環(huán)系統(tǒng)；低壓蓄電池組和高壓蓄電池組穩(wěn)定、調(diào)節(jié)DC?DC變換器的升降壓比；預(yù)充電及保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)DC?DC變換器內(nèi)部電容的預(yù)充電和試驗(yàn)系統(tǒng)的過流保護(hù)；上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)控制、監(jiān)測(cè)DC?DC變換器的狀態(tài)。該系統(tǒng)能靈活、全面地測(cè)試升壓型DC?DC變換器和/或降壓型DC?DC變換器在燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的各種工作狀態(tài)，又只產(chǎn)生很少的能量損失，滿足DC?DC變換器試驗(yàn)系統(tǒng)的功能性和經(jīng)濟(jì)性要求。
【專利說明】
一種燃料電池汽車DC-DC變換器的試驗(yàn)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于燃料電池汽車DC-DC變換器的試驗(yàn)系統(tǒng)，屬于燃料電池汽車電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池汽車是一種效率高、排放低、續(xù)駛里程長(zhǎng)的新能源汽車。為了有效利用能量，現(xiàn)有的燃料電池汽車通常添加蓄電池組和/或超級(jí)電容作為輔助動(dòng)力源，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功率補(bǔ)充和制動(dòng)能量回收等功能。為此，需要DC-DC變換器將兩種動(dòng)力源連接起來，調(diào)節(jié)燃料電池的功率輸出，匹配兩種動(dòng)力源的電壓等級(jí)。
[0003]DC-DC變換器在燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)中處于核心位置，用于燃料電池汽車的DC-DC變換器功率等級(jí)在幾十至上百千瓦之間，一般采用控制燃料電池端電流的控制模式，該電流通常高達(dá)幾百安培。而一個(gè)DC-DC變換器在接入車輛動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試之前，必須先在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測(cè)試，確保各項(xiàng)功能全部能夠正常工作。
[0004]但是，目前在實(shí)驗(yàn)室條件下一般采用阻性負(fù)載對(duì)DC-DC變換器進(jìn)行測(cè)試。若用阻性負(fù)載對(duì)燃料電池汽車DC-DC變換器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間大功率的測(cè)試，即使能夠達(dá)到DC-DC變換器要求的試驗(yàn)條件，也需要消耗大量能量，且全部以熱的形式耗散。根據(jù)以上分析，對(duì)于現(xiàn)有試驗(yàn)系統(tǒng)，要在實(shí)驗(yàn)室條件下滿足燃料電池汽車DC-DC變換器的測(cè)試的功能性和經(jīng)濟(jì)性條件是很困難的。
[0005]本發(fā)明采用升壓型DC-DC變換器、降壓型DC-DC變換器、低壓蓄電池組和高壓蓄電池組構(gòu)成能量循環(huán)系統(tǒng)，采用預(yù)充電及保護(hù)電路保障試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性，并采用上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)大功率車用試驗(yàn)條件的模擬，同時(shí)大幅減少試驗(yàn)系統(tǒng)的能量消耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)車用升壓型DC-DC變換器和/或降壓型DC-DC變換器不同工作狀態(tài)的靈活測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明涉及一種用于燃料電池汽車大功率DC-DC變換器的試驗(yàn)系統(tǒng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)基于能量循環(huán)原理，能夠模擬DC-DC變換器在燃料電池汽車上的工作環(huán)境，從而滿足試驗(yàn)系統(tǒng)的功能性和經(jīng)濟(jì)性要求。
[0007]為達(dá)到上述目的，該燃料電池汽車DC-DC變換器試驗(yàn)系統(tǒng)由升壓型DC-DC變換器、降壓型DC-DC變換器、低壓蓄電池組、高壓蓄電池組、預(yù)充電及保護(hù)電路、上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)六個(gè)部分組成。
[0008]所述升壓型DC-DC變換器的輸入/輸出端與所述降壓型DC-DC變換器的輸出/輸入端相連，構(gòu)成能量循環(huán)系統(tǒng)，使電能在所述低壓蓄電池組和高壓蓄電池組之間循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車用升壓型DC-DC變換器和/或降壓型DC-DC變換器在大功率、大電流工作條件下的測(cè)試。
[0009]所述低壓蓄電池組和高壓蓄電池組由多節(jié)蓄電池串聯(lián)而成，分別連接預(yù)充電及保護(hù)電路后連接于低壓和高壓直流母線(亦即升壓型DC-DC變換器的輸入/輸出端或降壓型DC-DC變換器的輸出/輸入端)，用于穩(wěn)定DC-DC變換器輸入輸出端的電壓，可以通過增減串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)量的方式靈活調(diào)節(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)的升降壓比。
[0010]所述預(yù)充電及保護(hù)電路包含連接于低壓蓄電池組和低壓母線之間的預(yù)充電及保護(hù)電路和連接于高壓蓄電池組和高壓母線之間的預(yù)充電及保護(hù)電路，用于為升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器內(nèi)部的電容預(yù)充電，減小試驗(yàn)系統(tǒng)啟動(dòng)瞬間的電流尖峰，并實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能。低壓端和高壓端的預(yù)充電及保護(hù)電路均由熔斷器、預(yù)充電電阻、預(yù)充電繼電器及主繼電器組成。低壓端的熔斷器、預(yù)充電電阻和預(yù)充電繼電器串聯(lián)于低壓蓄電池組的正極和低壓直流母線的正極之間，高壓端的熔斷器、預(yù)充電電阻和預(yù)充電繼電器串聯(lián)于高壓蓄電池組的正極和高壓直流母線的正極之間。低壓端和高壓端的主繼電器均并聯(lián)于相應(yīng)的預(yù)充電電阻和預(yù)充電繼電器之上。
[0011]所述上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)包含用于控制、監(jiān)測(cè)升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器的上位機(jī)CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，分別連接升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器的CAN通訊接口，可以分別控制升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC控制器的工作模式，分別調(diào)節(jié)兩者的目標(biāo)值，并監(jiān)測(cè)兩者的電流、電壓、溫度等工作狀態(tài)。
[0012]綜上所述，本發(fā)明采用升壓型DC-DC變換器、降壓型DC-DC變換器、低壓蓄電池組和高壓蓄電池組構(gòu)成能量循環(huán)系統(tǒng)，采用預(yù)充電及保護(hù)電路保障試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性，并采用上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)大功率車用試驗(yàn)條件的模擬，同時(shí)大幅減少試驗(yàn)系統(tǒng)的能量消耗。
[0013]與一般DC-DC變換器的試驗(yàn)系統(tǒng)不同，本發(fā)明不以純電阻作為負(fù)載，因此減小了系統(tǒng)損耗;采用能量循環(huán)方式，又可以實(shí)現(xiàn)大功率、大電流的車用電氣環(huán)境模擬。因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車用升壓型DC-DC變換器和/或降壓型DC-DC變換器不同工作狀態(tài)的靈活測(cè)試，且簡(jiǎn)單易行、成本低廉，對(duì)于改善燃料電池汽車DC-DC變換器的測(cè)試環(huán)境具有重大意義。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述燃料電池汽車DC-DC變換器試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參照附圖，下面詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0016]如圖1所示，為本發(fā)明所述燃料電池汽車DC-DC變換器試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該試驗(yàn)系統(tǒng)由升壓型DC-DC變換器、降壓型DC-DC變換器、低壓蓄電池組、高壓蓄電池組、預(yù)充電及保護(hù)電路、上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)六個(gè)部分組成。各部分的具體連接方式為:
[0017]升壓型DC-DC變換器的輸入端和降壓型DC-DC變換器的輸出端相連構(gòu)成低壓直流母線；升壓型DC-DC變換器的輸出端和降壓型DC-DC變換器的輸入端相連構(gòu)成高壓直流母線;形成能量循環(huán)系統(tǒng)。
[0018]低壓蓄電池組和高壓蓄電池組分別由多節(jié)蓄電池串聯(lián)而成，預(yù)充電及保護(hù)電路包含連接于低壓蓄電池組和低壓直流母線之間的預(yù)充電及保護(hù)電路和連接于高壓蓄電池組和高壓直流母線之間的預(yù)充電及保護(hù)電路，分別由熔斷器、預(yù)充電電阻、預(yù)充電繼電器和主繼電器組成。
[0019]低壓蓄電池組的正極與低壓端預(yù)充電及保護(hù)電路的熔斷器?工相連于I，負(fù)極與低壓直流母線的負(fù)極相連于5;低壓端預(yù)充電及保護(hù)電路的熔斷器另一端與預(yù)充電電阻R1、主繼電器S2的一端相連于2，預(yù)充電電阻R1的另一端與預(yù)充電繼電器S1的一端相連于3，預(yù)充電繼電器另一端、主繼電器S2的另一端與低壓直流母線的正極相連于4。
[0020]高壓蓄電池組的正極與高壓端預(yù)充電及保護(hù)電路的熔斷器^相連于10，負(fù)極與高壓直流母線的負(fù)極相連于6;高壓端預(yù)充電及保護(hù)電路的熔斷器?2的另一端與預(yù)充電電阻R2、主繼電器S4的一端相連于9，預(yù)充電電阻R2的另一端與預(yù)充電繼電器S3的一端相連于8，預(yù)充電繼電器S3的另一端、主繼電器S4的另一端與高壓直流母線的正極相連于7。
[0021]上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)由控制、監(jiān)測(cè)升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器的上位機(jī)和CAN通訊網(wǎng)絡(luò)組成，分別連接升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器的CAN通訊接口。
[0022]試驗(yàn)時(shí)，首先依序閉合低壓端預(yù)充電繼電器5工、高壓端預(yù)充電繼電器S3，預(yù)充電電阻R1、R2接入電路，與DC-DC變換器內(nèi)部的電容構(gòu)成RC電路。通過上位機(jī)監(jiān)測(cè)DC-DC變換器兩端電容的電壓變化，當(dāng)確定電容充電已基本完成時(shí)，依序閉合低壓端主繼電器S2、高壓端主繼電器S4并斷開低壓端預(yù)充電繼電器S1、高壓端預(yù)充電繼電器&，即可正式開始試驗(yàn)測(cè)試。根據(jù)試驗(yàn)步驟通過上位機(jī)控制升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器的工作，并監(jiān)測(cè)兩者的電流、電壓、溫度等狀態(tài)。試驗(yàn)中，由于降壓型DC-DC變換器可以將經(jīng)由升壓變換器轉(zhuǎn)換的較高電壓的電能降壓轉(zhuǎn)換回較低電壓的電能，構(gòu)成能量循環(huán)系統(tǒng)，所以使電能在所述低壓蓄電池組和高壓蓄電池組之間循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)試驗(yàn)中發(fā)生短路等故障導(dǎo)致熔斷器^或^中流過的電流超過其限值時(shí)，熔斷器熔斷，變換器與蓄電池組的連接斷開。
[0023]這樣的試驗(yàn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)大功率、大電流的車用試驗(yàn)條件，同時(shí)只消耗少量能量(包括蓄電池組內(nèi)阻的能量損耗和兩個(gè)DC-DC變換器內(nèi)部的能量損耗等)。因此，本試驗(yàn)系統(tǒng)可以滿足燃料電池汽車對(duì)DC-DC變換器試驗(yàn)系統(tǒng)的功能性和經(jīng)濟(jì)性要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)車用升壓型DC-DC變換器和/或降壓型DC-DC變換器不同工作狀態(tài)的靈活測(cè)試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池汽車DC-DC變換器的試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，由升壓型DC-DC變換器、降壓型DC-DC變換器、低壓蓄電池組、高壓蓄電池組、預(yù)充電及保護(hù)電路、上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)六個(gè)部分組成，其中， 所述升壓型DC-DC變換器的輸入/輸出端與所述降壓型DC-DC變換器的輸出/輸入端相連； 所述低壓蓄電池組和高壓蓄電池組由多節(jié)蓄電池串聯(lián)而成，用于穩(wěn)定DC-DC變換器輸入輸出端的電壓，可以通過增減串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)量的方式調(diào)節(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)的升降壓比； 所述預(yù)充電及保護(hù)電路包含連接于低壓蓄電池組和低壓直流母線之間的預(yù)充電及保護(hù)電路和連接于高壓蓄電池組和高壓直流母線之間的預(yù)充電及保護(hù)電路，分別由熔斷器、預(yù)充電電阻、預(yù)充電繼電器和主繼電器組成，用于為升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器內(nèi)部的電容預(yù)充電，并實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能； 所述上位機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)包含用于控制、監(jiān)測(cè)升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC變換器的上位機(jī)CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，可以分別控制升壓型DC-DC變換器和降壓型DC-DC控制器的工作模式，分別調(diào)節(jié)兩者的目標(biāo)值，并監(jiān)測(cè)兩者的電流、電壓、溫度等工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車用升壓型DC-DC變換器和/或降壓型DC-DC變換器不同工作狀態(tài)的測(cè)試。
【文檔編號(hào)】G01R31/40GK106019168SQ201610305919
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】高大威, 王躍, 劉劼勛
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)