一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，包括柜體框架，以及設置在柜體框架上的至少一個充放電通道；所述充放電通道包括相互連接的主電路和控制電路；所述主電路包括一個多副邊的變壓器以及與變壓器連接的充放電模塊；測試儀還包括安裝在柜體框架上由電感和電容組成的輸入濾波單元、輸出濾波單元、預充電單元，各單元與充放電模塊及輸入、輸出接觸器間通過電纜連接。本實用新型具有如下優(yōu)點：1.支持多通道獨立運行或任意并聯，且并聯后各性能指標無損失，測控精度達到0.1％。2.采用多通道冗余保護，大幅度增強了系統(tǒng)可靠性。3.采用獨立大容量存儲工藝控制器，在通訊中斷時仍能保證工藝不中斷，避免數據丟失。
【專利說明】一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高精度充放電測試儀，尤其是涉及一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀。
【背景技術】
[0002]充放電測試儀是電池生產過程中重要的檢測設備，主要被用來檢測電池性能，進行化成工藝實驗。一般測試儀都具備編制下發(fā)化成工藝，對被測試對象實施充放電工藝，實時過程數據顯示，歷史數據記錄的功能。目前行業(yè)內的充放電測試設備，在同等大功率(等級200KW以上)的輸出情況下，采用的是單通道或雙通道輸出。并且很多測試儀在并聯情況下還面臨無法進行滿功率輸出、輸出超調、測控精度損失等問題。其次，行業(yè)內的測試儀的各個部件之間通訊采用單通道模式，而工藝控制器的功能簡單，所以一旦各個部件之間的通訊收到干擾，整個設備將不得不停機待修，給生產帶來很大損失。而且一般進行遠程監(jiān)控的上位機和測試柜通訊中斷，工藝控制部分僅僅能維持記錄短時間的實施數據，造成實驗數據丟失。
[0003]傳統(tǒng)大功率充放電測試儀在實際生產過程中存在不足，首先因其先天架構設計導致不能支持任意通道并聯和獨立運行，當用戶存在多種容量的電池組需要進行測試時，客戶必須根據所有電池組產品中的最大容量來確定設備的單通道容量。采購后，即使客戶要對小容量電池進行化成工藝時，也不得不占用一個大功率通道，浪費了通道資源，使得成本居高不下。而且多通道并聯運行時會導致其測控精度下降、存在無法進行滿功率輸出，輸出超調等技術問題。其次傳統(tǒng)測試儀的內部采用單通道通訊模式，工藝控制部分功能弱化，從而導致在存在干擾的情況下系統(tǒng)運行的可靠性下降。本實用新型為克服這些不足，在保證可靠性和可維修性的前提下，提供一種新型充放電測試儀，具有以下特點1.支持多通道任意并聯輸出且測控高精度無損失2.各部件之間采用了多通道冗余保護技術，能避免數據丟失和工藝運行中斷。3.采用獨立的工藝控制器，當上位機和動力柜通訊中斷時，能保持工藝數據不丟失，工藝不中斷。
實用新型內容
[0004]本實用的目的在于，克服現有技術缺點，提供一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，能支持多通道獨立或任意并聯，而且并聯后性能指標無損失，仍支持無超調輸出，獨立和并聯的測控精度達到千分之一；采用了多通道冗余保護技術，在主通道通訊故障情況下，自動切換到備用通道，能避免數據丟失和工藝運行中斷；采用獨立工藝控制器，支持大容量存儲，當上位機和充放電測試儀通訊中斷時仍能保證工藝繼續(xù)執(zhí)行，并保存數據，待通訊恢復后支持自動上傳，避免數據丟失。
[0005]本實用新型的技術方案是:
[0006]一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，包括柜體框架，以及設置在柜體框架上的至少一個充放電通道，所述充放電通道包括相互連接的主電路和控制電路；所述主電路包括一個多副邊的變壓器以及與變壓器連接的充放電模塊；測試儀還包括安裝在柜體框架上由電感和電容組成的輸入濾波單元、輸出濾波單元、預充電單元，各單元與充放電模塊及輸入、輸出接觸器間通過電纜連接。
[0007]進一步的技術方案是；
[0008]所述支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，所述的變壓器包括一個源邊，以及至少一個副邊；變壓器的副邊接濾波電感且并接濾波電容，變壓器本身的電感和輸入端濾波電容及濾波電感組成LCL濾波器，變壓器副邊連接三相電感后，三相電感輸出連接充放電模塊。
[0009]所述支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，所述包括三個用于整流的絕緣柵雙極型晶體管模塊和一個三個用于輸出的絕緣柵雙極型晶體管模塊；三個用于整流的絕緣柵雙極型晶體管模塊組成三相絕緣柵雙極型晶體管橋，每個橋臂上下各I個絕緣柵雙極型晶體管，負責將輸入的三相交流電，經過高頻整流為直流；模塊中絕緣柵雙極型晶體管的直流端通過疊層母排連接；母排連接在絕緣柵雙極型晶體管的直流輸出端；支撐電容組連接母排正負級；在支持電容組上方安裝有支架，支架上還安裝有用于控制和數據傳輸用的控制板，輸出端的絕緣柵雙極型晶體管連接輸出導線經過熔斷器，通過端子固定后，連接被充放電的對象。
[0010]所述支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，測試儀的控制電路包括一塊用于發(fā)出PWM波信號的DSP板、以及兩塊用于驅動絕緣柵雙極型晶體管模塊的驅動板；所述兩塊驅動板中包括一塊主驅動板和一塊從驅動板；所述控制電路的DSP板上存在can總線和光纖收發(fā)器件；測試儀的充放電通道通過光纖信號以及can總線作為通訊和同步通道。
[0011]本實用新型的技術原理是:
[0012]本實用新型的每個獨立的主電路和控制電路即可形成一個充放電通道。工藝控制器作為獨立部件可同時控制多個充放電通道，故此多個通道可以根據用戶的需要，在工藝控制器上進行任意并聯或者獨立輸出的組合。通道任意并聯增加了輸出的功率的不同等級，能匹配不同容量的電池。并且通道在并聯后，能夠實現同步輸出無超調，且測控精度等性能指標不會下降。此外測試儀的各部件之間采用了多通道自動保護技術，在主用通道發(fā)生故障的情況下，能夠自動切換到備用通道，從而避免指令和數據傳輸故障。
[0013]充放電測試儀的主電路和控制電路構成一個獨立的充放電通道，多個充放電通道可以根據需要，在工藝控制器或者上位機上配置其獨立工作或者任意數量并聯。充放電通道之間使用光纖和can總線進行連接。工藝控制器為獨立部件，一個工藝控制器可以控制多個充放電通道，通過工藝控制器可任意配置多個充放電通道獨立運行或并聯運行關系，從而實現了并聯的靈活配置。多通道并聯輸出時，由工藝控制器對并聯輸出的電流進行計算，分配到參與并聯的通道，同時下發(fā)啟動指令給參與并聯的通道。參與并聯的通道根據啟動指令和設定的電流值，對充放電對象實施充放電工藝，在實施工藝的過程中，保證并聯輸出端無超調，響應時間和測控精度等指標無損失，仍能達到千分之一的測控高精度。
[0014]充放電測試儀的各個部件之間的通訊采用了多通道保護技術。其中各個獨立的充放電通道之間，包括且不限于采用光纖互聯和can總線等形式進行連接，需要并聯輸出時，多個輸出通道都會收到來自工藝控制器下發(fā)的并聯輸出指令，多個通道通過主用通道例如光纖進行同步信號，實現并聯輸出無超調，同時控制輸出的精度無損失。而一旦主用通道發(fā)生故障時，輔助通道例如can總線自動切換啟動，繼續(xù)傳遞同步信號，從而避免通訊故障導致系統(tǒng)停機。工藝控制器和電池單體檢測設備之間也采用了主從通道，正常情況下使用主用如以太網進行通訊，當以太網被干擾導致單體數據無法采集時，自動啟用輔助通道如485總線進行數據采集。工藝控制器和充放電通道之間也采用主用通道如can總線和輔助通道如485總線進行冗余備份。
[0015]充放電測試儀的工藝控制器作為獨立部件，采用帶大容量存儲的計算處理單元實現例如平板電腦或工控機，工藝執(zhí)行過程中產生的實時檢測數據和控制信息均由工藝控制器通過以太網傳遞給上位機。當上位機和測試儀充放電部分的通訊發(fā)生故障導致通訊中斷時，工藝控制器能自動接管上位機功能，在工藝控制器上能夠完成同上位機類似的工藝編制、下發(fā)，數據實時顯示的功能。待上傳的實時數據被保存在工藝控制器內部的大容量存儲中。一旦工藝控制器使用握手信號發(fā)現與上位機之間的通訊恢復正常，工藝控制器自動將臨時存放在本地存儲上的工藝數據上傳到上位機上，從而保證測試數據無損失和連續(xù)性。而且由于工藝控制器采用了大容量存儲，上位機即使和測試柜長時間通訊中斷，也不會造成數據丟失。
[0016]本實用新型具有如下優(yōu)點:1.支持多通道獨立或任意并聯，而且并聯后性能指標無損失，仍支持無超調輸出，獨立和并聯的測控精度達到千分之一。2.采用了多通道冗余保護技術，在主通道通訊故障情況下，自動切換到備用通道，能避免數據丟失和工藝運行中斷。3.采用獨立工藝控制器，支持大容量存儲，當上位機和充放電測試儀通訊中斷時仍能保證工藝繼續(xù)執(zhí)行，并保存數據，待通訊恢復后支持自動上傳，避免數據丟失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是測試儀電氣原理圖。
[0018]圖2是測試儀的正視圖。
[0019]圖3是測試儀的背視圖。
[0020]圖4是充放電模塊布置的主視結構示意圖。
[0021]圖5是圖4的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
[0023]實施例:
[0024]圖中，支撐電容1、高頻吸收電容2、功率母排3、緩沖電容4、IGBT器件5、母線6、插座7、電連接器8、散熱風機9、支架10、輸出濾波電容11、輸入濾波電容12、預充電電阻13、散熱器14、風道15、變壓器16、輸入電感17、輸出電感18。測試儀的主電路部分包括一個多副邊的變壓器1，多個對稱的充放電模塊2。測試儀還包括安裝在柜體框架上由電感和電容組成的輸入濾波單元3、輸出濾波單元4、預充電單元5。各單元與充放電模塊2及各接觸器6間通過電纜連接。還有冷卻散熱系統(tǒng)7和高精度檢測傳感器8。測試儀的控制電路部分包括控制硬件9，控制硬件安裝在支架上，通過導線和傳感器及IGBT器件驅動端連接，從傳感器采集到相關電信號，經過控制軟件分析處理后發(fā)送開斷控制信號來控制IGBT器件輸出?？刂朴布ㄟ^通訊網絡及通訊總線和用戶進行工藝任務處理的工藝控制器相連，接收工藝控制器下發(fā)的工藝運行指令。工藝控制器通過以太網或總線方式和進行監(jiān)控的上位機以及負責單體檢測的測試設備連接，將上位機下發(fā)的工藝文件解析為工藝指令發(fā)給控制硬件，同時接收控制硬件和單體檢測設備采集的電信號，用于控制處理。
[0025]測試儀通道由通道主電路部分和控制電路組成。
[0026]測試儀的主電路包含的變壓器為一個源邊，多個副邊形式。測試儀有幾個通道就有幾個副邊，變壓器的副邊接濾波電感且并接濾波電容，變壓器本身的電感和輸入端濾波電容及濾波電感組成LCL濾波器，能夠有效減少后端IGBT器件整流時產生的諧波分量。每個通道的輸入濾波器的構成相同。變壓器副邊連接的三相電感后，三相電感輸出連接多個充放電模塊，其中充放電模塊包括四個IGBT2.1，2.2模塊。四個IGBT模塊中，三個模塊2.1負責整流，一個模塊2.2負責輸出。三個負責整流的IGBT模塊組成三相IGBT橋，每個橋臂上下各I個IGBT，負責將輸入的三相交流電，經過高頻整流為直流。模塊中IGBT的直流端通過疊層母排連接。母排連接在IGBT器件的直流輸出端。支撐電容2.3組連接母排正負級。在支持電容組上方安裝有支架，支架上還安裝有用于控制和數據傳輸用的控制板，負責輸出高頻整流信號給IGBT器件，用以控制整流后的母線電壓。同時，控制板還輸出斬波型號給直流輸出端的IGBT，通過斬波的方式將母排上的母線電壓調節(jié)到需要的輸出電壓而輸出。輸出端的IGBT連接輸出導線經過熔斷器10，通過端子固定后，輸出端可以連接被充放電的對象如電池，超級電容等。
[0027]測試儀的控制電路包括DSP板、驅動板，每個獨立通道包括一塊DSP控制板和兩塊驅動板，兩塊驅動板中一塊主驅動板，一塊從驅動板。PWM波信號從DSP板上發(fā)出，發(fā)給主驅動板，并通過主驅動和從驅動板之間的排線傳遞給從驅動板。每塊驅動板負責發(fā)驅動信號，驅動在其附近的2個IGBT器件。在控制電路的DSP板上存在can總線和光纖收發(fā)器件。測試儀的每個通道通過光纖信號以及can總線作為通訊和同步通道。
[0028]充放電測試儀的工藝控制器，是獨立的具備計算處理單元的設備，通過總線接口如can和485與控制電路連接，下發(fā)充放電指令給控制電路。同時，工藝控制器通過通訊網絡如以太網及總線接口如485接口和單體檢測系統(tǒng)以及上位機相連。工藝控制器不僅僅負責工藝文件的解析和充放電指令的下發(fā)，還可以進行工藝文件編制下發(fā)、工藝過程控制等功能，并且工藝控制器還可以配置任意多個通道之間的獨立和并聯。當上位機和設備通訊中斷時，工藝控制器能對實時檢測數據進行臨時存儲，一旦和上位機之間的通訊恢復后，工藝控制器將臨時保存在其內部的測試數據重新上傳到上位機上。同時工藝控制器還具備多沖對外標準接口如can，，232，485等，便于與外界其他設備進行互聯互通。
[0029]充放電測試儀的單體檢測設備，可根據用戶的需求，獨立成柜或者集成在測試儀的柜體中。單體檢測設備由多個箱式檢測設備組成，其中每個檢測箱包括一塊通訊管理板，多塊單體電壓檢測板，多塊單體溫度檢測板組成。每個單體檢測設備通過通訊管理板網口和測試柜的工藝控制器相連，雙方采用以太網通訊，將單體信息傳遞到工藝控制器上。同時單體檢測設備還具有485接口，以485為備用通道傳遞單體信息給工藝控制器。
[0030]充放電測試儀的上位機，由一臺帶網絡接口的電腦臺式或者筆記本構成，通過以太網和工藝控制器連接，在上位機上運行的充放電測試儀上位機軟件，軟件主要完成電池組信息監(jiān)控，電池組基本信息管理，電池組信息顯示，電池組控制管理，電池組校準管理，工藝管理，記錄管理等功能。[0031]整個充放電測試儀的冷卻散熱系統(tǒng)包括散熱器(7.1)、安裝在頂部的散熱風機(7.2)以及用于出風用的風道(7.3)。測試儀的每個通道都包括一個獨立完整的冷卻散熱系統(tǒng)。同時在測試儀變壓器和輸入LCL濾波器的正上方還有個一個或多個用于散熱的風機，在變壓器下方還有用于散熱用的風機。用于高頻整流和斬波的IGBT器件都固定安裝在散熱器上，IGBT的散熱面和散熱器之間通過導熱硅脂粘合。
[0032]下面是本實用新型的技術參數:
[0033]本實用新型充放電測試儀的通道功率率密度為:每個通道的輸出功率為1125kW，其體積為 600mm*800mm*500mm，。
[0034]本實用新型充放電測試儀的測量和控制精度為:0.1% of FS0
[0035]本實用新型充放電測試儀的額定工況功率因數為99%。
[0036]本實用新型充放電測試儀的額定工況電流總諧波分量為4.5%。
[0037]本實用新型充放電測試儀的輸出電流從O到滿量程所需時間在50ms內。
[0038]本實用新型的多個充放電通道通過并聯組合，可以滿足不同功率等級電池測試的要求。
[0039]本實用新型的多個充放電通道并聯時以上技術指標均不會降低。
[0040]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0041 ] 盡管本文較多地使用了支撐電容1、高頻吸收電容2、功率母排3、緩沖電容4、IGBT器件5、母線6、插座7、電連接器8、散熱風機9、支架10、輸出濾波電容11、輸入濾波電容12、預充電電阻13、散熱器14、風道15、變壓器16、輸入電感17、輸出電感18等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
【權利要求】
1.一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，其特征在于，包括柜體框架，以及設置在柜體框架上的至少一個充放電通道，所述充放電通道包括相互連接的主電路和控制電路；所述主電路包括一個多副邊的變壓器以及與變壓器連接的充放電模塊；測試儀還包括安裝在柜體框架上由電感和電容組成的輸入濾波單元、輸出濾波單元、預充電單元，各單元與充放電模塊及輸入、輸出接觸器間通過電纜連接。
2.根據權利要求1所述的一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，其特征在于，所述的變壓器包括一個源邊，以及至少一個副邊；變壓器的副邊接濾波電感且并接濾波電容，變壓器本身的電感和輸入端濾波電容及濾波電感組成LCL濾波器，變壓器副邊連接三相電感后，三相電感輸出連接充放電模塊。
3.根據權利要求2所述的一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，其特征在于，所述包括三個用于整流的絕緣柵雙極型晶體管模塊和一個三個用于輸出的絕緣柵雙極型晶體管模塊；三個用于整流的絕緣柵雙極型晶體管模塊組成三相絕緣柵雙極型晶體管橋，每個橋臂上下各I個絕緣柵雙極型晶體管，負責將輸入的三相交流電，經過高頻整流為直流；模塊中絕緣柵雙極型晶體管的直流端通過疊層母排連接；母排連接在絕緣柵雙極型晶體管的直流輸出端；支撐電容組連接母排正負級；在支持電容組上方安裝有支架，支架上還安裝有用于控制和數據傳輸用的控制板，輸出端的絕緣柵雙極型晶體管連接輸出導線經過熔斷器，通過端子固定后，連接被充放電的對象。
4.根據權利要求3所述的一種支持任意多路并聯的高精度充放電測試儀，其特征在于，測試儀的控制電路包括一塊用于發(fā)出PWM波信號的DSP板、以及兩塊用于驅動絕緣柵雙極型晶體管模塊的驅動板；所述兩塊驅動板中包括一塊主驅動板和一塊從驅動板；所述控制電路的DSP板上存在can總線和光纖收發(fā)器件；測試儀的充放電通道通過光纖信號以及can總線作為通訊和同步通道。
【文檔編號】H02J7/00GK203572940SQ201320763521
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】徐萌飛, 匡鵬, 楊濤 申請人:中國船舶重工集團公司第七一二研究所