一種動(dòng)力電池與電池模擬器的安全切換裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動(dòng)力電池與電池模擬器的安全切換裝置和方法，具體涉及一種新能源車輛動(dòng)力電池與電池模擬器的雙電源安全切換裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染、資源短缺等問題的日益凸顯，建設(shè)環(huán)保型社會(huì)已成為當(dāng)前重要的發(fā)展目標(biāo)。汽車作為重要的交通工具，是現(xiàn)代社會(huì)生活不可或缺的組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)型汽車在燃燒石化燃料時(shí)造成大量廢氣，是目前城市環(huán)境污染、空氣質(zhì)量下降的重要原因。新能源汽車因其使用成本低、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，必將得到快速發(fā)展，在汽車市場(chǎng)占據(jù)重要份額，交通部提出我國(guó)在2020年新能源汽車將達(dá)到30萬(wàn)輛。新能源汽車主要包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車以及氫動(dòng)力汽車等。對(duì)新能源汽車而言，電池是重要的動(dòng)力源，更是純電動(dòng)汽車的唯一動(dòng)力源。作為新能源汽車的核心部件，動(dòng)力電池的發(fā)展對(duì)于對(duì)新能源汽車的量產(chǎn)化、市場(chǎng)化具有重要意義。
[0003]通常動(dòng)力電池廠家根據(jù)適用車型的不同生產(chǎn)不同型號(hào)的電池，主要指標(biāo)包括額定電壓、容量以及輸出功率。在動(dòng)力電池產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)過程中，動(dòng)力電池除需滿足額定物理指標(biāo)要求，還需通過臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，完成對(duì)電池、控制器以及負(fù)載電機(jī)的動(dòng)力模擬測(cè)試，得到動(dòng)力電池在不同負(fù)載工況下的相關(guān)性能數(shù)據(jù)。
[0004]電池模擬器是一種可以模擬動(dòng)力電池的技術(shù)參數(shù)、充放電工作特性、開路電壓0CV與S0C的特性關(guān)系的電路裝置。就電動(dòng)汽車而言，電池模擬器可對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)能式逆變器以及雙向充電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。
[0005]電池模擬器通過模擬動(dòng)力電池的輸入，對(duì)新能源汽車電機(jī)控制器的輸入功率、輸出電流、過載能力、耐壓及電機(jī)效率、堵轉(zhuǎn)電流、最高轉(zhuǎn)速、超速、饋電等性能進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，電池模擬器還可以將電機(jī)超速實(shí)驗(yàn)中的反電動(dòng)勢(shì)的能量回饋電網(wǎng)，避免控制器損壞。
[0006]在產(chǎn)品研發(fā)階段，通過電池模擬器與電動(dòng)汽車負(fù)載電機(jī)的動(dòng)力模擬實(shí)驗(yàn)，可得到車輛在各種車速、負(fù)載情況下對(duì)電池輸出工況的要求，并且可以獲得具體的電壓、電流等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在電池的設(shè)計(jì)研究過程中具有重要的指導(dǎo)意義。
[0007]在臺(tái)架實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)動(dòng)力電池發(fā)生故障、因特殊情況造成輸出功率異常，或者輸出端電壓突然降低時(shí)，為保障實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠、完整，需要啟用備用電源為負(fù)載提供持續(xù)的動(dòng)力輸出，保障負(fù)載系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行一定時(shí)間的延時(shí)判斷:若電池出現(xiàn)不可自動(dòng)恢復(fù)性故障，則應(yīng)將動(dòng)力電池輸出切斷，即由電池模擬器繼續(xù)供電，平穩(wěn)結(jié)束本次實(shí)驗(yàn);若動(dòng)力電池只是臨時(shí)性意外故障，則待動(dòng)力電池恢復(fù)正常后，應(yīng)將電池模擬器與負(fù)載電機(jī)連接開關(guān)斷開，由動(dòng)力電池為負(fù)載供電，繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)。所以，在動(dòng)力電池研發(fā)、測(cè)試的過程中，需要在動(dòng)力電池和電池模擬器裝置間進(jìn)行切換。
[0008]雙電源供電系統(tǒng)在切換的過程中需要重點(diǎn)考慮動(dòng)力電源的安全切換問題，其中:一方面需要考慮動(dòng)力電源的輸出匹配，即在切換的過程中，電池模擬器的輸出電壓應(yīng)與動(dòng)力電池輸出電壓相同或相近；另一方面需要保障切換過程是無縫切換，即在切換的過程中需要保障線路中不能出現(xiàn)電源中斷的情況。
[0009]現(xiàn)有較為成熟的切換裝置主要采用人工切換方式，基本原理是:當(dāng)主電源發(fā)生故障時(shí)，通過人工切換選擇備用電源為負(fù)載進(jìn)行供電。這種切換方式雖然在一定程度上提高了直流電源設(shè)備運(yùn)行的可靠性，但切換過程中會(huì)造成負(fù)載供電的短時(shí)中斷，影響設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。這種切換方式應(yīng)用在負(fù)載對(duì)切換時(shí)間要求較低的場(chǎng)合，因此，針對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組的突然失壓的切換控制，采用人工切換是不可行的。
[0010]切換開關(guān)通常采用控制芯片監(jiān)測(cè)主電源的供電狀態(tài)，當(dāng)主電源發(fā)生故障時(shí)，控制器通過信號(hào)激勵(lì)切斷主電源供電線路，同時(shí)接通備用電源供電線路。這種切換控制方式雖然可以縮短雙電源供電切換過程的中斷時(shí)間，但當(dāng)負(fù)載對(duì)電源連續(xù)性要求較高時(shí)，依然會(huì)使負(fù)載系統(tǒng)發(fā)生中斷，無法保障負(fù)載安全運(yùn)行。
[0011 ]目前的電源切換裝置中存在的具體問題包括:
[0012]1機(jī)械式切換裝置，通過人工操作機(jī)械式電源切換裝置，通常在主電源與備電源之間存在聯(lián)鎖設(shè)置，當(dāng)由主電源向備用電源切換過程中不可避免的存在轉(zhuǎn)換時(shí)間差，使負(fù)載系統(tǒng)出現(xiàn)瞬間掉電的情況，無法滿足對(duì)供電電源要求較高的環(huán)境，容易產(chǎn)生危險(xiǎn)事故；
[0013]2基于邏輯控制器的自動(dòng)切換裝置，通過邏輯控制器的互鎖控制可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的切換，這種切換方法雖然可以大大縮短系統(tǒng)的切換時(shí)間，但是對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及對(duì)交流電脈沖的適應(yīng)性有較高的要求；
[0014]3已有的實(shí)現(xiàn)雙電源無縫切換技術(shù)，其原理是當(dāng)主電源出現(xiàn)失壓趨勢(shì)時(shí)，立即通過升壓控制電路對(duì)備用電源進(jìn)行升壓，使備用電源可以滿足為負(fù)載進(jìn)行供電的要求。但是該方法中的備用電源以主電源額定輸出電壓為控制標(biāo)準(zhǔn)，無法動(dòng)態(tài)模擬電池的輸出電壓，容易出現(xiàn)負(fù)載瞬間承受高壓的危險(xiǎn)，從而對(duì)負(fù)載設(shè)備造成損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種動(dòng)力電池與電池模擬器的安全切換方法和裝置，本方法和裝置實(shí)現(xiàn)了負(fù)載雙電源供電的無縫切換，不僅可以使負(fù)載電壓在切換過程中保持穩(wěn)定，而且可以使為負(fù)載供電的兩個(gè)電源實(shí)現(xiàn)無縫切換。
[0016]本發(fā)明的目的通過以下方案來實(shí)現(xiàn):
[0017]本發(fā)明的一種動(dòng)力電池與電池模擬器的安全切換裝置，它包括電池模擬器，所述的電池模擬器包括串聯(lián)設(shè)置的調(diào)壓器和整流模塊，所述的調(diào)壓器用于連接交流市電，所述的電池模擬器順次經(jīng)過第一安全開關(guān)、電機(jī)控制器與負(fù)載電機(jī)相連，用于實(shí)現(xiàn)負(fù)載電機(jī)的第一路負(fù)載驅(qū)動(dòng);其中電池模擬器輸出的直流電源同時(shí)接入第一電壓監(jiān)測(cè)器;動(dòng)力電池順次經(jīng)過單向電路、第二安全開關(guān)、電機(jī)控制器與負(fù)載電機(jī)連接，用于實(shí)現(xiàn)負(fù)載電機(jī)的第二路負(fù)載驅(qū)動(dòng);所述的動(dòng)力電池同時(shí)與第二電壓監(jiān)測(cè)器相連，所述的第一、第二電壓監(jiān)測(cè)器與控制系統(tǒng)相連;所述的控制系統(tǒng)接收第一、第二電壓監(jiān)測(cè)器輸出的兩路電壓值，所述的控制系統(tǒng)根據(jù)兩路電壓值，輸出對(duì)電池模擬器的調(diào)壓控制信號(hào)以及對(duì)第一、第二安全開關(guān)的斷開和閉合控制信號(hào)。
[0018]本發(fā)明的一種動(dòng)力電池與電池模擬器的安全切換方法，它包括以下步驟:
[0019]步驟一、閉合動(dòng)力電池與電機(jī)控制器間的第二安全開關(guān)，使得動(dòng)力電池支路的驅(qū)動(dòng)電路連通，向負(fù)載電機(jī)供電；
[0020]步驟二、在負(fù)載電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，動(dòng)力電池支路的第二電壓監(jiān)測(cè)器通過控制系