本发明属于电动汽车负荷仿真技术领域，特别涉及一种电动汽车负荷模拟装置。该装置包括操作模块、控制模块、负荷特性库、功率模块及输出接口；其中，控制模块包括命令接收模块、曲线提取模块、曲线修正模块、叠加模块、数值限定模块、翻译模块以及校正模块。用户通过操作模块输入要模拟的电动汽车负荷的数量、动力原电池种类、接入时间、充电方式、限定值等数据，还可以输入新的负荷特性，选择电池的劣化系数，体现动力电池老化对负荷特性的影响。通过改变模拟时间轴比例，实现以较短的时间模拟长时间的电动汽车负荷的负荷特性，达到利用电力电子器件实现了对电动汽车充电负荷进行模拟的目的。
1.电动汽车负荷模拟装置，包括操作模块、控制模块、负荷特性库、功率模块及输出接口，其特征在于，所述控制模块包括命令接收模块、曲线提取模块、曲线修正模块、叠加模块、数值限定模块、翻译模块以及校正模块；
所述操作模块与控制模块中的命令接收模块、叠加模块、数值限定模块、翻译模块、功率模块中的信号接收模块、电力电子模块以及输出接口依次串联，且数据从操作模块至输出接口单向传输；
所述命令接收模块还与曲线提取模块、曲线修正模块分别连接，且数据从命令接收模块至曲线提取模块或曲线修正模块单向传输；
所述曲线提取模块与曲线修正模块连接，且数据从曲线提取模块至曲线修正模块单向传输；
所述曲线提取模块与负荷特性库连接，且数据在曲线提取模块与负荷特性库之间双向传输；
所述曲线修正模块与叠加模块连接，且数据从曲线修正模块至叠加模块单向传输；
所述数值限定模块与校正模块连接，校正模块与翻译模块连接，且数据从数值限定模块至校正模块，再至翻译模块单向传输；
所述功率模块的输出端与校正模块连接，且数据从功率模块至校正模块单向传输。
2.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述命令接收模块接收来自操作模块的信号，并对信号进行分检；提取或输入负荷曲线的命令传输给曲线提取模块，负荷曲线在时间轴上的叠加命令及模拟时间轴比例传输给叠加模块，充电条件的修正信息传输给曲线修正模块。
3.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述曲线提取模块在接收到负荷曲线提取命令后，从负荷特性库中提取相应的负荷特性并传输给曲线修正模块模块；曲线提取模块在接收到输入新负荷特性曲线的命令后将新输入的负荷特性曲线传输给负荷特性曲线库。
4.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述叠加模块根据命令接收模块传输的叠加命令，将曲线提取模块传输来的负荷特性曲线进行统一时间轴上的叠加；叠加模块根据模拟时间轴比例，对时间轴进行压缩，对曲线y=f(x)，以kx代替变量x，其中k为大于0的实数，则其函数横坐标压缩为原来的1/k。
5.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述数值限定模块根据操作模块输送的数值限定信号对叠加模块输送的叠加后的负荷特性数据进行校验，检查其中的数据是否超出了限定范围；如产生了超出限定值的情况，则模拟过程终止，同时向操作模块发出提示信号；如未发生超出限定值的情况，则将负荷特性数据传输给翻译模块及校正模块。
6.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述翻译模块将输入的负荷特性数据转化为电力电子器件控制信号，并将其传输给功率模块中的信号接收模块。
7.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述校正模块接收到数值限定模块输送的数据后将其存入自身的缓存单元，当接收到来自功率模块出口的信号后开始对输出信号及存储的负荷特性进行对比，根据两者的差异发出修正命令传输给翻译模块，从而实现闭环控制。
8.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述负荷特性库中储存的负荷特性包括以下格式：分段恒特性格式：以一分钟为单位，每分钟内负荷特性相同；
分段函数格式：将负荷特性以分段的数学函数进行描述，时间轴上每一点都可以通过数学计算得出准确的特性值。
9.根据权利要求1所述的电动汽车负荷模拟装置，其特征在于，所述电力电子模块采用IGBT元件。
电动汽车负荷模拟装置
技术领域
[0001] 本发明属于电动汽车负荷仿真技术领域，特别涉及一种电动汽车负荷模拟装置。
背景技术
[0002] 随着能源危机的加剧及环保要求的提升，电动汽车产业在我国具有巨大的发展潜力。对电动汽车的相关研究也正成为学术界的热点，在对电动汽车负荷进行研究的时候，缺乏相应的硬件模拟基础，本发明针对这一空白，利用电力电子器件实现了对电动汽车充电负荷进行模拟，对相关研究具有重大的实用价值。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种电动汽车负荷模拟装置。
[0004] 本发明采用的技术方案为：
[0005] 该电动汽车负荷模拟装置包括操作模块、控制模块、负荷特性库、功率模块及输出接口。
[0006] 所述控制模块包括命令接收模块、曲线提取模块、曲线修正模块、叠加模块、数值限定模块、翻译模块以及校正模块。
[0007] 所述功率模块包括信号接收模块及电力电子模块。
[0008] 所述操作模块与控制模块中的命令接收模块、叠加模块、数值限定模块、翻译模块、功率模块中的信号接收模块、电力电子模块以及输出接口依次串联，且数据从操作模块至输出接口单向传输。
[0009] 所述命令接收模块还与曲线提取模块、曲线修正模块分别连接，且数据从命令接收模块至曲线提取模块或曲线修正模块单向传输。
[0010] 所述曲线提取模块与曲线修正模块连接，且数据从曲线提取模块至曲线修正模块单向传输。
[0011] 所述曲线提取模块与负荷特性库连接，且数据在曲线提取模块与负荷特性库之间双向传输。
[0012] 所述曲线修正模块与叠加模块连接，且数据从曲线修正模块至叠加模块单向传输。
[0013] 所述数值限定模块与校正模块连接，校正模块与翻译模块连接，且数据从数值限定模块至校正模块，再至翻译模块单向传输。
[0014] 所述功率模块的输出端与校正模块连接，且数据从功率模块至校正模块单向传输。
[0015] 所述命令接收模块接收来自操作模块的信号，并对信号进行分检；提取或输入负荷曲线的命令传输给曲线提取模块，负荷曲线在时间轴上的叠加命令及模拟时间轴比例传输给叠加模块，充电条件的修正信息传输给曲线修正模块。
[0016] 所述曲线提取模块在接收到负荷曲线提取命令后，从负荷特性库中提取相应的负荷特性并传输给曲线修正模块；曲线提取模块在接收到输入新负荷特性曲线的命令后将新输入的负荷特性曲线传输给负荷特性曲线库。
[0017] 所述叠加模块根据命令接收模块传输的叠加命令，将曲线提取模块传输来的负荷特性曲线进行统一时间轴上的叠加；叠加模块根据模拟时间轴比例，对时间轴进行压缩，对曲线y=f(x)，以kx代替变量x，其中k为大于0的实数，则其函数横坐标压缩为原来的1/k。
[0018] 所述数值限定模块根据操作模块输送的数值限定信号对叠加模块输送的叠加后的负荷特性数据进行校验，检查其中的数据是否超出了限定范围；如产生了超出限定值的情况，则模拟过程终止，同时向操作模块发出提示信号；如未发生超出限定值的情况，则将负荷特性数据传输给翻译模块及校正模块。
[0019] 所述翻译模块将输入的负荷特性数据转化为电力电子器件控制信号，并将其传输给功率模块中的信号接收模块。
[0020] 所述校正模块接收到数值限定模块输送的数据后将其存入自身的缓存单元，当接收到来自功率模块出口的信号后开始对输出信号及存储的负荷特性进行对比，根据两者的差异发出适当的修正命令传输给翻译模块，从而实现闭环控制。
[0021] 所述负荷特性库中储存的负荷特性包括以下格式：
[0022] 分段恒特性格式：以一分钟为单位，每分钟内负荷特性相同；
[0023] 分段函数格式：将负荷特性以分段的数学函数进行描述，时间轴上每一点都可以通过数学计算得出准确的特性值。
[0024] 所述电力电子模块采用IGBT元件。
[0025] 本发明的优点为：
[0026] （1）仿真时间按比例缩短，可满足多种仿真需求。
[0027] （2）采用IGBT元件，消耗功率小，响应快、性能稳定。
[0028] （3）控制模块中的校正子模块的设计实现了闭环控制，可以有效的对输出负荷特性进行修正，保证负荷特性的准确性。
[0029] （4）负荷特性曲线库中储存大量典型负荷特性曲线可供选择。
[0030] （5）负荷特性曲线两种储存方式可以适应不同使用需要，使用灵活。
[0031] （6）负荷特性曲线库具有良好的可扩充性，可及时添加新的负荷特性。
[0032] （7）装置通过回送电网，实现节约能源，从而在对电网影响较小的基础上实现仿真。
附图说明
[0033] 图1为电动汽车负荷模拟装置模块及信号流程示意图；
[0034] 图2为函数按比例缩减示意图；
[0035] 图3为本装置的系统连接示意图。
具体实施方式
[0036] 本发明提供了一种电动汽车负荷模拟装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
[0037] 如图1所示，该电动汽车负荷模拟装置在结构上包括操作模块、控制模块、负荷特性库、功率模块及输出接口。其中，控制模块包括命令接收模块、曲线提取模块、曲线修正模块、叠加模块、数值限定模块、翻译模块以及校正模块；功率模块包括信号接收模块及电力电子模块。
[0038] 操作模块与控制模块中的命令接收模块、叠加模块、数值限定模块、翻译模块、功率模块中的信号接收模块、电力电子模块以及输出接口依次串联，且数据从操作模块至输出接口方向单向传输；命令接收模块还与曲线提取模块、曲线修正模块分别连接，且数据从命令接收模块至曲线提取模块或曲线修正模块单向传输；曲线提取模块与曲线修正模块连接，且数据从曲线提取模块至曲线修正模块单向传输；曲线提取模块与负荷特性库连接，且数据在曲线提取模块与负荷特性库之间双向传输；曲线修正模块与叠加模块连接，且数据从曲线修正模块至叠加模块单向传输；数值限定模块与校正模块连接，校正模块与翻译模块连接，且数据从数值限定模块至校正模块，再至翻译模块单向传输；功率模块的输出端与校正模块连接，且数据从功率模块至校正模块单向传输。
[0039] 操作模块同控制模块相连，用户通过操作模块输入要模拟的电动汽车负荷的数量、动力原电池种类、接入时间、充电方式、限定值等数据。用户还可以通过该模块输入新的负荷特性，选择电池的劣化系数，体现动力电池老化对负荷特性的影响。可以通过该模块输入紧急制动命令，在紧急状况下使装置急停。可以通过操作模块输入模拟时间轴比例，即模拟的时间轴同实际输出时间长短的比例，从而实现以较短的时间模拟长时间的电动汽车负荷的负荷特性。
[0040] 控制模块是整个装置的控制、处理核心。其中各个子模块的功能如下：
[0041] （1）命令接收模块可以接收来自操作模块的信号，并对信号进行分检，提取或输入负荷曲线的命令传输给曲线提取模块。负荷曲线在时间轴上的叠加命令及模拟时间轴比例传输给叠加模块，充电条件的修正信息传输给曲线修正模块。
[0042] （2）曲线提取模块在接收到负荷曲线提取命令后，从负荷特性库中提取相应的负荷特性并传输给曲线修正模块模块。曲线提取模块在接受到输入新负荷特性曲线的命令后将新输入的负荷特性曲线传输给负荷特性曲线库。
[0043] （3）曲线修正模块根据充电条件的变化对曲线提取模块传输来的典型标准充电条件下的负荷特性曲线进行修正，修正方法同负荷特性曲线库内储存的负荷特性曲线一一对应。新输入的负荷特性曲线的修正方法可通过操作模块输入，或选择已有的负荷特性曲线所对应的修正方法。修正方法是一系列函数的集合，随充电条件的改变，函数值产生一定的变化，最后将函数值加到负荷特性曲线上，从而实现随充电条件变化的函数修正。
[0044] （4）叠加模块根据命令接收模块传输的叠加命令，将曲线提取模块传输来的负荷特性曲线进行统一时间轴上的叠加。叠加模块根据模拟时间轴比例，对时间轴进行压缩，压缩方法随采用如下所述的数学原理：对函数y=f(x)，以kx代替变量x，其中k为大于0的实数，则其函数横坐标压缩为原来的1/k。图2为函数按比例缩减示意图。
[0045] （5）数值限定模块根据操作模块输送的数值限定信号对叠加模块输送的叠加后的负荷特性数据进行校验。检查其中的数据是否超出了限定范围。如果产生了超出限定值的情况，则模拟过程终止，同时向操作模块发出提示信号，如未发生此种情况则将负荷特性数据传输给翻译模块及校正模块。
[0046] （6）翻译模块将传输进模块的负荷特性数据转化为相应的电力电子器件控制信号，将其传输给功率模块中的信号接收模块。
[0047] （7）校正模块接收到数值限定模块输送的数据后将其存入缓存单元，当接收到来自保护模块出口的信号后开始对输出信号及存储的负荷特性进行对比，根据两者的差异发出适当的修正命令传输给翻译模块。从而实现闭环控制。
[0048] 负荷特性曲线库同控制模块中的曲线提取子模块相连接，储存动力原电池在不同老化程度、剩余电量SOC下对应不同充电方式的负荷特性曲线。在本实施例中，将老化程度设定为新、较新、较旧、旧及老化五类，剩余电量SOC有以下6种：0%，10%，20%，40%，60%及90%。具体充电方式如表1所示。
[0049] 表1：电池种类与充电方式对应表
[0050]
[0051] 负荷特性库中储存的负荷特性以下述格式储存：
[0052] （1）分段恒特性格式：以一分钟为单位，每分钟内负荷特性相同。该方式应用在实际模拟中计算较为简单，但模拟精度较低。
[0053] （2）分段函数格式：将负荷特性以分段的数学函数进行描述，时间轴上每一点都可以通过数学计算得出准确的特性值。该方式应用在实际模拟中运算较为复杂，但模拟精度较高。
[0054] 功率模块同控制模块中的翻译子模块相连接，接受相应电力电子器件控制信号。从而表现出需要的负荷特性。功率模块有信号接收模块、电力电子模块组成。
[0055] （1）信号接受模块接受来自翻译模块的电力电子控制信号，在对控制信号进行分检后，将控制信号传送到相应的电力电子器件。
[0056] （2）电力电子模块采用IGBT元件，进而形成功能电路，在控制信号控制下表现出需要的负荷特性。
[0057] 本装置与电网之间的系统连接如图3所示。电源接口向装置中的各个部分供电，从而使装置能够正常工作，输出接口提供所需负荷特性的对外接口。在控制模块、功率模块与电网之间设置逆变电路，装置通过回送电网，实现节约能源，从而在对电网影响较小的基础上实现仿真。
