本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
一种轨道交通用中压电池模拟器及其控制方法
本专利技术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。
技术介绍
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。专利技术目的本专利技术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。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的另一个方面，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；步骤2：DSP/arm控制系统将处理后的电压、电流、温度、SOC控制信息通过如can或RS485通信方式提供给车辆的BMS系统和上位机；步骤3：通过前级AC/DC多电平变换器、后级DC/DC多电平变换器，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；其中，上位机通过Labview进行显示相关信息，同时上位机也将控制指令和操作指令下发给DSP/arm控制系统，控制电池模拟器的运行。优选地，步骤3中，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；所述电池模型为锂离子电池模型；所述前级AC/DC多电平变换器的控制过程为：市电三相交流电经过变压器升压，进入前级NPC型三电平AC/DC变换器整流成直流电，送入后级为三电平全桥DC/DC进行输出；交直流电压电流通过传感器采集后输入到测量保护电路，上位机设置电池模拟器的前级NPC型三电平AC/DC变换器的相关参数，并通过can/或RS485通信方式输入到DSP/arm控制系统进行处理，通过电压电流双闭环的控制方式输出PWM驱动IGBT开关管动作；所述后级DC/DC多电平变换器的控制过程为：对后级DC/DC多电平变换器进行直流电压和直流电流的采样后，送入测量/保护电路，接着，输入DSP/arm控制系统进行处理，将电池模型的SOC状态、温度、内阻输入上位机，得出参考电压Uref*，上位机将参考电压Uref*和电池模拟器的相关控制参数通过can/或RS485通信方式输入到DSP/arm控制系统进行处理，通过电压电流双闭环的控制方式输出PWM驱动IGBT开关管动作。附图说明图1是轨道交通用中压电池模拟器控制系统示意图。图2是三电平AC/DC+DC/DC主回路拓扑。图3是NPC型三电平AC/DC变换器拓扑及其系统控制示意图。图4是后级DC/DC变换器拓扑及其系统控制示意图。图5是锂离子电池等效电路模型。具体实施方式显然，本领域技术人员基于本专利技术的宗旨所做的许多修改和变化属于本专利技术的保护范围。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。为便于对实施例的理解，下面将结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：如图1所示，轨道交通中压电池模拟器其主回路主要包含市电交流电源、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。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系统等。市电交流电源通过升压变压器提高交流电压等级成中压。前级AC/DC多电平变换器通过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，实现整流或者逆变，即可实现能量的双向流动。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。实施例2：电池模拟器控制系统的整个控制过程如图1所示：电池模型的相关参数输入给上位机，上位机将其通过等通信方式输入DSP/arm控制系统，交流电压电流和直流电压电流的通过传感器采集和测量同样输入DSP/arm控制系统进行处理，控制系统将处理后的电压、电流、温度、SOC等控制信息通过can通信/RS485通信提供给车辆的BMS系统和上位机外，通过前后级变换器不同的控制策略，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。上位机和DSP/arm控制器之间采用can通信/RS485通信进行数据交互。上位机通过Labview进行显示相关信息，为实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轨道交通用中压电池模拟器，其特征在于，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；/n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；/n所述市电交流电源通过升压变压器将交流电压等级提高为中压；/n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；/n所述后级DC/DC多电平变换器通过DSP/arm控制系统来模拟轨道交通电池的内阻和充放电特性。/n
【技术特征摘要】
1.一种轨道交通用中压电池模拟器，其特征在于，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；
所述市电交流电源通过升压变压器将交流电压等级提高为中压；
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；
所述后级DC/DC多电平变换器通过DSP/arm控制系统来模拟轨道交通电池的内阻和充放电特性。
2.根据权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述电池模型为锂离子电池模型。
4.一种根据权利要求1-3任一所述的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；
步骤2：DSP/arm控制系统将处理后的电压、电流、温度、SOC:控制信息通过如can或RS485通信方式提供给车辆的BMS系统和上位机；
【专利技术属性】
技术研发人员：吴学智，刘楠，韩国鹏，杨正文，王大海，王占国，刘京斗，
申请(专利权)人：北京交通大学，中车唐山机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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