電動汽車負荷模擬裝置的製作方法

2023-10-10 03:33:54 3

專利名稱：電動汽車負荷模擬裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電動汽車負荷仿真技術領域，特別涉及一種電動汽車負荷模擬裝置。
背景技術：
隨著能源危機的加劇及環保要求的提升，電動汽車產業在我國具有巨大的發展潛力。對電動汽車的相關研究也正成為學術界的熱點，在對電動汽車負荷進行研究的時候，缺乏相應的硬體模擬基礎，本發明針對這一空白，利用電力電子器件實現了對電動汽車充電負荷進行模擬，對相關研究具有重大的實用價值。

發明內容
本發明的目的是提供一種電動汽車負荷模擬裝置。本發明採用的技術方案為該電動汽車負荷模擬裝置包括操作模塊、控制模塊、負荷特性庫、功率模塊及輸出接口。所述控制模塊包括命令接收模塊、曲線提取模塊、曲線修正模塊、疊加模塊、數值限定模塊、翻譯模塊以及校正模塊。所述功率模塊包括信號接收模塊及功率轉換模塊。所述操作模塊與控制模塊中的命令接收模塊、疊加模塊、數值限定模塊、翻譯模塊、功率模塊中的信號接收模塊、功率轉換模塊以及輸出接口依次串聯，且數據從操作模塊至輸出接口單向傳輸。所述命令接收模塊還與曲線提取模塊、曲線修正模塊分別連接，且數據從命令接收模塊至曲線提取模塊或曲線修正模塊單向傳輸。所述曲線提取模塊與曲線修正模塊連接，且數據從曲線提取模塊至曲線修正模塊單向傳輸。所述曲線提取模塊與負荷特性庫連接，且數據在曲線提取模塊與負荷特性庫之間雙向傳輸。所述曲線修正模塊與疊加模塊連接，且數據從曲線修正模塊至疊加模塊單向傳輸。所述數值限定模塊與校正模塊連接，校正模塊與翻譯模塊連接，且數據從數值限定模塊至校正模塊，再至翻譯模塊單向傳輸。所述功率模塊的輸出端與校正模塊連接，且數據從功率模塊至校正模塊單向傳輸。所述命令接收模塊接收來自操作模塊的信號，並對信號進行分檢；提取或輸入負荷曲線的命令傳輸給曲線提取模塊，負荷曲線在時間軸上的疊加命令及模擬時間軸比例傳輸給疊加模塊，充電條件的修正信息傳輸給曲線修正模塊。所述曲線提取模塊在接收到負荷曲線提取命令後，從負荷特性庫中提取相應的負荷特性並傳輸給曲線修正模塊；曲線提取模塊在接收到輸入新負荷特性曲線的命令後將新輸入的負荷特性曲線傳輸給負荷特性曲線庫。所述疊加模塊根據命令接收模塊傳輸的疊加命令，將曲線提取模塊傳輸來的負荷特性曲線進行統一時間軸上的疊加；疊加模塊根據模擬時間軸比例，對時間軸進行壓縮，對曲線y_f (χ)，以kx代替變量χ，其中k為大於0的實數，則其函數橫坐標壓縮為原來的1/k。所述數值限定模塊根據操作模塊輸送的數值限定信號對疊加模塊輸送的疊加後的負荷特性數據進行校驗，檢查其中的數據是否超出了限定範圍；如產生了超出限定值的情況，則模擬過程終止，同時向操作模塊發出提示信號；如未發生超出限定值的情況，則將負荷特性數據傳輸給翻譯模塊及校正模塊。所述翻譯模塊將輸入的負荷特性數據轉化為電力電子器件控制信號，並將其傳輸給功率模塊中的信號接收模塊。所述校正模塊接收到數值限定模塊輸送的數據後將其存入自身的緩存單元，當接收到來自功率模塊出口的信號後開始對輸出信號及存儲的負荷特性進行對比，根據兩者的差異發出適當的修正命令傳輸給翻譯模塊，從而實現閉環控制。所述負荷特性庫中儲存的負荷特性包括以下格式分段恆特性格式以一分鐘為單位，每分鐘內負荷特性相同；分段函數格式將負荷特性以分段的數學函數進行描述，時間軸上每一點都可以通過數學計算得出準確的特性值。所述電力電子模塊採用IGBT元件。本發明的優點為(1)仿真時間按比例縮短，可滿足多種仿真需求。(2)採用IGBT元件，消耗功率小，響應快、性能穩定。(3)控制模塊中的校正子模塊的設計實現了閉環控制，可以有效的對輸出負荷特性進行修正，保證負荷特性的準確性。(4)負荷特性曲線庫中儲存大量典型負荷特性曲線可供選擇。(5)負荷特性曲線兩種儲存方式可以適應不同使用需要，使用靈活。(6)負荷特性曲線庫具有良好的可擴充性，可及時添加新的負荷特性。(7)裝置通過回送電網，實現節約能源，從而在對電網影響較小的基礎上實現仿裝置。


圖1為電動汽車負荷模擬裝置模塊及信號流程示意圖；圖2為函數按比例縮減示意圖；圖3為本裝置的系統連接示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種電動汽車負荷模擬裝置，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。如圖1所示，該電動汽車負荷模擬裝置在結構上包括操作模塊、控制模塊、負荷特性庫、功率模塊及輸出接口。其中，控制模塊包括命令接收模塊、曲線提取模塊、曲線修正模塊、疊加模塊、數值限定模塊、翻譯模塊以及校正模塊；功率模塊包括信號接收模塊及功率轉換模塊。操作模塊與控制模塊中的命令接收模塊、疊加模塊、數值限定模塊、翻譯模塊、功率模塊中的信號接收模塊、功率轉換模塊以及輸出接口依次串聯，且數據從操作模塊至輸出接口方向單向傳輸；命令接收模塊還與曲線提取模塊、曲線修正模塊分別連接，且數據從命令接收模塊至曲線提取模塊或曲線修正模塊單向傳輸；曲線提取模塊與曲線修正模塊連接，且數據從曲線提取模塊至曲線修正模塊單向傳輸；曲線提取模塊與負荷特性庫連接，且數據在曲線提取模塊與負荷特性庫之間雙向傳輸；曲線修正模塊與疊加模塊連接，且數據從曲線修正模塊至疊加模塊單向傳輸；數值限定模塊與校正模塊連接，校正模塊與翻譯模塊連接，且數據從數值限定模塊至校正模塊，再至翻譯模塊單向傳輸；功率模塊的輸出端與校正模塊連接，且數據從功率模塊至校正模塊單向傳輸。操作模塊同控制模塊相連，用戶通過操作模塊輸入要模擬的電動汽車負荷的數量、動力原電池種類、接入時間、充電方式、限定值等數據。用戶還可以通過該模塊輸入新的負荷特性，選擇電池的劣化係數，體現動力電池老化對負荷特性的影響。可以通過該模塊輸入緊急制動命令，在緊急狀況下使裝置急停。可以通過操作模塊輸入模擬時間軸比例，即模擬的時間軸同實際輸出時間長短的比例，從而實現以較短的時間模擬長時間的電動汽車負荷的負荷特性。控制模塊是整個裝置的控制、處理核心。其中各個子模塊的功能如下(1)命令接收模塊可以接收來自操作模塊的信號，並對信號進行分檢，提取或輸入負荷曲線的命令傳輸給曲線提取模塊。負荷曲線在時間軸上的疊加命令及模擬時間軸比例傳輸給疊加模塊，充電條件的修正信息傳輸給曲線修正模塊。(2)曲線提取模塊在接收到負荷曲線提取命令後，從負荷特性庫中提取相應的負荷特性並傳輸給曲線修正模塊模塊。曲線提取模塊在接受到輸入新負荷特性曲線的命令後將新輸入的負荷特性曲線傳輸給負荷特性曲線庫。(3)曲線修正模塊根據充電條件的變化對曲線提取模塊傳輸來的典型標準充電條件下的負荷特性曲線進行修正，修正方法同負荷特性曲線庫內儲存的負荷特性曲線一一對應。新輸入的負荷特性曲線的修正方法可通過操作模塊輸入，或選擇已有的負荷特性曲線所對應的修正方法。修正方法是一系列函數的集合，隨充電條件的改變，函數值產生一定的變化，最後將函數值加到負荷特性曲線上，從而實現隨充電條件變化的函數修正。(4)疊加模塊根據命令接收模塊傳輸的疊加命令，將曲線提取模塊傳輸來的負荷特性曲線進行統一時間軸上的疊加。疊加模塊根據模擬時間軸比例，對時間軸進行壓縮，壓縮方法隨採用如下所述的數學原理對函數y-f (χ)，以kx代替變量X，其中k為大於0的實數，則其函數橫坐標壓縮為原來的Ι/k。圖2為函數按比例縮減示意圖。(5)數值限定模塊根據操作模塊輸送的數值限定信號對疊加模塊輸送的疊加後的負荷特性數據進行校驗。檢查其中的數據是否超出了限定範圍。如果產生了超出限定值的情況，則模擬過程終止，同時向操作模塊發出提示信號，如未發生此種情況則將負荷特性數據傳輸給翻譯模塊及校正模塊。(6)翻譯模塊將傳輸進模塊的負荷特性數據轉化為相應的電力電子器件控制信號，將其傳輸給功率模塊中的信號接收模塊。(7)校正模塊接收到數值限定模塊輸送的數據後將其存入緩存單元，當接收到來自保護模塊出口的信號後開始對輸出信號及存儲的負荷特性進行對比，根據兩者的差異發出適當的修正命令傳輸給翻譯模塊。從而實現閉環控制。負荷特性曲線庫同控制模塊中的曲線提取子模塊相連接，儲存動力原電池在不同老化程度、剩餘電量SOC下對應不同充電方式的負荷特性曲線。在本實施例中，將老化程度設定為新、較新、較舊、舊及老化五類，剩餘電量SOC有以下6種0%，10%，20%，40%，60%及90%。具體充電方式如表1所示。表1 電池種類與充電方式對應表
動力電池名稱動力電池充電方法鉛酸電池恆電流，單一電流；恆電壓，多步遞減電流；修正的恆電流充電；恆電壓；開始階段恆電流的修正恆電壓；最後階段恆電流的修正恆電壓； 開始階段和結束階段恆電流的修正的恆電壓；漸減電流充電；脈衝充電；涓流充電；浮充電；快速充電閥控鉛酸電池恆電壓充電；快速充電；浮充電；恆電流充電；漸減電流充電金屬氫化物/鎳電池根據電壓的兩階段充電法；快速充電鋅/鎳電池兩階段恆流/恆壓充電制度；快速充電；鋰離子電池恆電流；恆電流和可以逐步減小電流的恆電壓(即兩階段充電法)負荷特性庫中儲存的負荷特性以下述格式儲存(1)分段恆特性格式以一分鐘為單位，每分鐘內負荷特性相同。該方式應用在實際模擬中計算較為簡單，但模擬精度較低。(2)分段函數格式將負荷特性以分段的數學函數進行描述，時間軸上每一點都可以通過數學計算得出準確的特性值。該方式應用在實際模擬中運算較為複雜，但模擬精度較高。功率模塊同控制模塊中的翻譯子模塊相連接，接受相應電力電子器件控制信號。從而表現出需要的負荷特性。功率模塊有信號接收模塊、電力電子模塊組成。(1)信號接受模塊接受來自翻譯模塊的電力電子控制信號，在對控制信號進行分檢後，將控制信號傳送到相應的電力電子器件。(2)電力電子模塊採用IGBT元件，進而形成功能電路，在控制信號控制下表現出需要的負荷特性。本裝置與電網之間的系統連接如圖3所示。電源接口向裝置中的各個部分供電，從而使裝置能夠正常工作，輸出接口提供所需負荷特性的對外接口。在控制模塊、功率模塊與電網之間設置逆變電路，裝置通過回送電網，實現節約能源，從而在對電網影響較小的基礎上實現仿真。
權利要求
1.電動汽車負荷模擬裝置，包括操作模塊、控制模塊、負荷特性庫、功率模塊及輸出接口，其特徵在於，所述控制模塊包括命令接收模塊、曲線提取模塊、曲線修正模塊、疊加模塊、數值限定模塊、翻譯模塊以及校正模塊；所述功率模塊包括信號接收模塊及電力電子模塊；所述操作模塊與控制模塊中的命令接收模塊、疊加模塊、數值限定模塊、翻譯模塊、功率模塊中的信號接收模塊、電力電子模塊以及輸出接口依次串聯，且數據從操作模塊至輸出接口單向傳輸；所述命令接收模塊還與曲線提取模塊、曲線修正模塊分別連接，且數據從命令接收模塊至曲線提取模塊或曲線修正模塊單向傳輸；所述曲線提取模塊與曲線修正模塊連接，且數據從曲線提取模塊至曲線修正模塊單向傳輸；所述曲線提取模塊與負荷特性庫連接，且數據在曲線提取模塊與負荷特性庫之間雙向傳輸；所述曲線修正模塊與疊加模塊連接，且數據從曲線修正模塊至疊加模塊單向傳輸；所述數值限定模塊與校正模塊連接，校正模塊與翻譯模塊連接，且數據從數值限定模塊至校正模塊，再至翻譯模塊單向傳輸；所述功率模塊的輸出端與校正模塊連接，且數據從功率模塊至校正模塊單向傳輸。
2.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述命令接收模塊接收來自操作模塊的信號，並對信號進行分檢；提取或輸入負荷曲線的命令傳輸給曲線提取模塊，負荷曲線在時間軸上的疊加命令及模擬時間軸比例傳輸給疊加模塊，充電條件的修正信息傳輸給曲線修正模塊。
3.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述曲線提取模塊在接收到負荷曲線提取命令後，從負荷特性庫中提取相應的負荷特性並傳輸給曲線修正模塊模塊；曲線提取模塊在接收到輸入新負荷特性曲線的命令後將新輸入的負荷特性曲線傳輸給負荷特性曲線庫。
4.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述疊加模塊根據命令接收模塊傳輸的疊加命令，將曲線提取模塊傳輸來的負荷特性曲線進行統一時間軸上的疊加；疊加模塊根據模擬時間軸比例，對時間軸進行壓縮，對曲線y-f(x)，以kx代替變量χ，其中k為大於0的實數，則其函數橫坐標壓縮為原來的1/k。
5.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述數值限定模塊根據操作模塊輸送的數值限定信號對疊加模塊輸送的疊加後的負荷特性數據進行校驗，檢查其中的數據是否超出了限定範圍；如產生了超出限定值的情況，則模擬過程終止，同時向操作模塊發出提示信號；如未發生超出限定值的情況，則將負荷特性數據傳輸給翻譯模塊及校正模塊。
6.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述翻譯模塊將輸入的負荷特性數據轉化為電力電子器件控制信號，並將其傳輸給功率模塊中的信號接收模塊。
7.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述校正模塊接收到數值限定模塊輸送的數據後將其存入自身的緩存單元，當接收到來自功率模塊出口的信號後開始對輸出信號及存儲的負荷特性進行對比，根據兩者的差異發出適當的修正命令傳輸給翻譯模塊，從而實現閉環控制。
8.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述負荷特性庫中儲存的負荷特性包括以下格式分段恆特性格式以一分鐘為單位，每分鐘內負荷特性相同；分段函數格式將負荷特性以分段的數學函數進行描述，時間軸上每一點都可以通過數學計算得出準確的特性值。
9.根據權利要求1所述的電動汽車負荷模擬裝置，其特徵在於，所述電力電子模塊採用IGBT元件。
全文摘要
本發明屬於電動汽車負荷仿真技術領域，特別涉及一種電動汽車負荷模擬裝置。該裝置包括操作模塊、控制模塊、負荷特性庫、功率模塊及輸出接口；其中，控制模塊包括命令接收模塊、曲線提取模塊、曲線修正模塊、疊加模塊、數值限定模塊、翻譯模塊以及校正模塊。用戶通過操作模塊輸入要模擬的電動汽車負荷的數量、動力原電池種類、接入時間、充電方式、限定值等數據，還可以輸入新的負荷特性，選擇電池的劣化係數，體現動力電池老化對負荷特性的影響。通過改變模擬時間軸比例，實現以較短的時間模擬長時間的電動汽車負荷的負荷特性，達到利用電力電子器件實現了對電動汽車充電負荷進行模擬的目的。
文檔編號H02J7/00GK102394502SQ20111018776
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者徐永海, 武力, 肖湘寧, 趙成勇, 郭春林, 陳筱陸 申請人:華北電力大學