电池组充放电性能测试设备的制作方法

本发明涉及电池特性检测的装置，具体是电池组充放电性能测试设备。

背景技术：

随着新能源汽车技术的深入发展，需要一个电池组测试和管理平台研究电池组是否满足实际车辆的使用要求。利用CAN总线技术，把综合环境模拟设备、电池组充放电测试设备和电池组管理设备集成在一起搭建一个平台，进行综合环境下电池组复杂工况的性能测试、管理和剩余寿命预测，通过人机交互界面进行操作和显示。本发明的电池组充放电测试方式，与现有方式相比，本发明在拓扑灵活性、构建成本等方面均有很大的优势，同时添加了电池组自循环测试、模拟工况下实时数据录入和人机界面曲线显示数据变化等功能。可以大大提高系统运行的实时性、可靠性和精确性。

当前的许多电池测试设备只能对电池组单侧进行充电或放电，而不能使电池组进行自循环充放电。在模拟工况下，电池组充放电过程中对于母线电压的精度控制效果不是特别理想。

技术实现要素：

本发明所要解决的是上述背景中提到的技术缺陷，提供了一种电池组充放电性能测试设备。该设备通过单侧充放电与自循环充放电切换电路、升降压驱动电路的设计，使电池组既可以进行单侧充电或放电，又可进行自循环充放电，省去了人工切换充、放电的步骤，节省了测试时间，提高了测试效率；同时还能对直流升降压斩波电路进行闭环控制，既可以实现模拟闭环控制又可以实现数字闭环控制，使母线电压精确稳定在目标值，避免了电池充放过程中对电流电压信号采集造成干扰，使测量结果更加准确，同时保证了设备的稳定性和安全性。

本发明的技术方案为：

一种电池组充放电性能测试设备，该设备包括三路正15V输出电源电路、正5V输出电源电路、主控CPU、信号采集电路、通讯模块、基于IR2110芯片的升压驱动电路、直流升压斩波电路、升降压驱动电路、直流升降压斩波电路、基于IR2110芯片的降压驱动电路、直流降压斩波电路、人机交互界面和单侧充放电与自循环充放电切换电路；

所述三路正15V输出电源电路的输入端连接储能电池组；三路正15V输出电源电路输出端分别连接通讯模块、正5V输出电源电路、基于IR2110芯片的升压驱动电路、升降压驱动电路、基于IR2110芯片的降压驱动电路、人机交互界面和单侧充放电与自循环充放电切换电路；

所述三路正15V输出电源电路包含第一路输出正15V电源、第二路输出正15V电源、第三路输出正15V电源；三路正15V输出电源电路的输入端连接储能电池组，三路正15V输出电源电路输出端分别连接通讯模块、正5V输出电源电路、基于IR2110芯片的升压驱动电路、升降压驱动电路、基于IR2110芯片的降压驱动电路、人机交互界面和单侧充放电与自循环充放电切换电路；其中第一路输出正15V电源分别连接基于IR2110芯片的降压驱动电路和人机交互界面，第二路输出正15V电源连接升降压驱动电路，第三路输出正15V电源分别连接通讯模块、正5V输出电源电路、基于IR2110芯片的升压驱动电路、升降压驱动电路和单侧充放电与自循环充放电切换电路；

所述正5V输出电源电路的输出端连接主控CPU；

所述信号采集电路包含相互独立的充电电池组信号采集电路、储能电池组信号采集电路、放电电池组信号采集电路；充电电池组信号采集电路连接外部充电测试电池组，储能电池组信号采集电路连接外部储能电池组，放电电池组信号采集电路连接外部放电测试电池组；信号采集电路的输出端分别连接主控CPU和升降压驱动电路；

所述通讯模块包含RS232接口电路、第二CAN接口电路、第一CAN接口电路；RS232接口电路连接人机交互界面，第二CAN接口电路连接外部电池组管理设备，第一CAN接口电路连接外部综合环境模拟设备；通讯模块连接主控CPU；

所述基于IR2110芯片的升压驱动电路输出端连接直流升压斩波电路，基于IR2110芯片的升压驱动电路还连接主控CPU，直流升压斩波电路输入端连接放电测试电池组，直流升压斩波电路输出端连接直流升降压斩波电路，直流升降压斩波电路分别连接直流降压斩波电路输入端、升降压驱动电路和储能电池组，基于IR2110芯片的降压驱动电路分别连接直流降压斩波电路和主控CPU，升降压驱动电路连接主控CPU；

所述升降压驱动电路包括第一升降压驱动电路和第二升降压驱动电路；其中第一升降压驱动电路分别与第三路输出正15V电源、主控芯片CPU电路、信号采集电路和第二升降压驱动电路相连，同时第二升降压驱动电路还连接第三路输出正15V电源、第二路输出正15V电源、主控芯片CPU电路和直流升降压斩波电路；

所述单侧充放电与自循环充放电切换电路分别连接主控CPU、直流升压斩波电路的输入端、直流降压斩波电路的输出端和第三路输出正15V电源。

所述单侧充放电与自循环充放电切换电路包括1个继电器RL1、3个电阻R1～R3、1个二极管D1、1个N沟道MOS管Q1；其中电阻R1一端接第三路输出正15V电源，另一端接二极管D1的2脚和继电器RL1的1脚；继电器RL1的2脚接二极管的1脚和N沟道MOS管Q1的3脚，继电器RL1的3脚接直流降压斩波电路的输出端，继电器RL1的4脚接直流升压斩波电路的输入端，继电器RL1的3脚还连接充电测试电池组的输入端；N沟道MOS管Q1的2脚接地GND，N沟道MOS管Q1的1脚接电阻R2的一端和电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地GND；电阻R2的另一端接主控CPU的控制端relay。

所述第一升降压驱动电路包括5个电阻R4～R8、7个电容C1～C7、1个固定频率脉宽调制其器U1；其中电容C1一端接主控CPU的控制端Vbusset，另一端接固定频率脉宽调制器U1的3脚；电容C2一端接主控CPU的控制端Vbusset，另一端接固定频率脉宽调制器U1的3脚；电容C3的一端接地GND，另一端接电阻R4的一端和储能电池组信号采集电路中分压端Vbus；电阻R4的另一端接固定频率脉宽调制器U1的1脚；电容C4的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的2脚；电阻R5的一端接主控CPU的控制端DTC，另一端接固定频率脉宽调制器U1的4脚；电容C5的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的4脚；电容C6的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的5脚；电阻R6的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的6脚；电容C7的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的12脚；固定频率脉宽调制器U1的2脚连接主控CPU的控制端Vbusset，7脚、13脚和16脚接地GND，8脚接11脚、12脚和第三路输出正15V电源，9脚接10脚，15脚接14脚；电阻R8的一端接地GND，另一端接电阻R7的一端、第二升降压驱动电路中N沟道MOS管Q2的3脚和N沟道MOS管Q3的3脚；电阻R7另一端接固定频率脉宽调制器U1的10脚。

所述第二升降压驱动电路包括4个电阻R9～R12、1个电容C8、1个半桥驱动器U2、1个二极管D2、2个N沟道MOS管Q2～Q3；N沟道MOS管Q2的1脚接电阻R9的一端，N沟道MOS管Q2的2脚接半桥驱动器U2的2脚，N沟道MOS管Q2的3脚接第一升降压驱动电路中电阻R7的一端；电阻R9的另一端接主控CPU的控制端BUKcon；N沟道MOS管Q3的1脚接R11的一端，N沟道MOS管Q3的2脚接半桥驱动器U2的3脚，N沟道MOS管Q3的3脚接第一升降压驱动电路中电阻R7的一端；电阻R11的另一端接主控CPU的控制端BSTcon；电阻R10的一端接半桥驱动器U2的2脚，另一端接主控CPU的控制端PWMN；电阻R12的一端接半桥驱动器U2的3脚，另一端接主控CPU的控制端PWMN’；电容C8的一端接半桥驱动器U2的6脚，另一端接半桥驱动器U2的8脚；二极管D2的一端接半桥驱动器U2的8脚，另一端接第二路输出正15V电源；半桥驱动器U2的1脚接第三路输出正15V电源，4脚接地GND，6脚接地DCGND2，5脚和7脚接直流升降压斩波电路。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点和显著的进步如下：

(1)本发明使电池组既可以进行单侧充电或放电，又可进行自循环充放电，状态可随意切换。自循环充放电状态使电池组轮流进行充、放电过程，省去了人工切换充、放电的步骤，节省了测试时间，提高了测试效率。

(2)本发明通过升降压驱动电路对直流升降压斩波电路进行闭环控制，既可以实现模拟闭环控制又可以实现数字闭环控制，通过控制直流升降压斩波电路使母线电压精确稳定在目标值，避免对电池充放过程中信号采集造成干扰，同时保证了设备的稳定性和安全性。

(3)本发明在测试过程中对采集的电池组数据进行处理后，通过人机交互界面以实时曲线和数字显示两种形式体现，更加直观显示电池组性能实时变化。

(4)本发明使用72V电池组供电运行，不需要接入普通220V/50HZ交流电，降低了设备使用要求，在实际应用中只要提供72V供电电池组,设备即可运行，极大的方便了设备使用。

(5)本发明拓扑灵活性很高，结构简单易于使用与控制，所需器件都是比较常见的，整套设备成本较低。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意框图；

图2是本发明装置的单侧充放电与自循环充放电切换电路构成及连接示意图；

图3是本发明装置的第一升降压驱动电路8-1构成及连接示意图；

图4是本发明装置的第二升降压驱动电路8-2构成及连接示意图；

图中，1.三路正15V输出电源电路；2.正5V输出电源电路；3.主控CPU；4.信号采集电路；5.通讯模块；6.基于IR2110芯片的升压驱动电路；7.直流升压斩波电路；8.升降压驱动电路；9.直流升降压斩波电路；10.基于IR2110芯片的降压驱动电路；11.直流降压斩波电路；12.人机交互界面；13.单侧充放电与自循环充放电切换电路；14.充电测试电池组；15.储能电池组；16.放电测试电池组；17.综合环境模拟设备；18.电池组管理设备；1-1.第一路输出正15V电源；1-2.第二路输出正15V电源；1-3.第三路输出正15V电源；4-1.充电电池组信号采集电路；4-2.储能电池组信号采集电路；4-3.放电电池组信号采集电路；5-1.RS232接口电路；5-2.第二CAN接口电路；5-3.第一CAN接口电路；8-1.第一升降压驱动电路；8-2.第二升降压驱动电路；

具体实施方式

图1所示实施例表明，虚线框内为本发明的电池组充放电性能测试设备，该设备包括三路正15V输出电源电路1、正5V输出电源电路2、主控CPU 3、信号采集电路4、通讯模块5、基于IR2110芯片的升压驱动电路6、直流升压斩波电路7、升降压驱动电路8、直流升降压斩波电路9、基于IR2110芯片的降压驱动电路10、直流降压斩波电路11、人机交互界面12、单侧充放电与自循环充放电切换电路13；

所述三路正15V输出电源电路1的输入端连接储能电池组15；三路正15V输出电源电路1输出端分别连接通讯模块5、正5V输出电源电路2、基于IR2110芯片的升压驱动电路6、升降压驱动电路8、基于IR2110芯片的降压驱动电路10、人机交互界面12和单侧充放电与自循环充放电切换电路13；

所述三路正15V输出电源电路1包含第一路输出正15V电源1-1、第二路输出正15V电源1-2、第三路输出正15V电源1-3；三路正15V输出电源电路1的输入端连接储能电池组15，三路正15V输出电源电路1输出端分别连接通讯模块5、正5V输出电源电路2、基于IR2110芯片的升压驱动电路6、升降压驱动电路8、基于IR2110芯片的降压驱动电路10、人机交互界面12和单侧充放电与自循环充放电切换电路13；其中第一路输出正15V电源1-1分别连接基于IR2110芯片的降压驱动电路10和人机交互界面12，第二路输出正15V电源1-2连接升降压驱动电路8，第三路输出正15V电源1-3分别连接通讯模块5、正5V输出电源电路2、基于IR2110芯片的升压驱动电路6、升降压驱动电路8和单侧充放电与自循环充放电切换电路13；

所述的第一路输出正15V电源1-1、第二路输出正15V电源1-2、第三路输出正15V电源1-3结构相同，均为输出正15V电源。

所述正5V输出电源电路2的输出端连接主控CPU 3；

所述信号采集电路4包含相互独立的充电电池组信号采集电路4-1、储能电池组信号采集电路4-2、放电电池组信号采集电路4-3；充电电池组信号采集电路4-1连接外部充电测试电池组14，储能电池组信号采集电路4-2连接外部储能电池组15，放电电池组信号采集电路4-3连接外部放电测试电池组16；信号采集电路4的输出端(即三个子电路并联的输出端)分别连接主控CPU 3和升降压驱动电路8；

所述通讯模块5包含RS232接口电路5-1、第二CAN接口电路5-2、第一CAN接口电路5-3；RS232接口电路5-1连接人机交互界面12，第二CAN接口电路5-2连接外部电池组管理设备18，第一CAN接口电路5-3连接外部综合环境模拟设备17；通讯模块5连接主控CPU3；

所述基于IR2110芯片的升压驱动电路6输出端连接直流升压斩波电路7，基于IR2110芯片的升压驱动电路6还连接主控CPU 3，直流升压斩波电路7输入端连接放电测试电池组16，直流升压斩波电路7输出端连接直流升降压斩波电路9，直流升降压斩波电路9分别连接直流降压斩波电路11输入端、升降压驱动电路8和储能电池组15，基于IR2110芯片的降压驱动电路10分别连接直流降压斩波电路11和主控CPU 3，升降压驱动电路8连接主控CPU3；

所述升降压驱动电路8包括第一升降压驱动电路8-1和第二升降压驱动电路8-2；其中第一升降压驱动电路8-1分别与第三路输出正15V电源1-3、主控芯片CPU电路3、信号采集电路4和第二升降压驱动电路8-2相连，同时第二升降压驱动电路8-2还连接第三路输出正15V电源1-3、第二路输出正15V电源1-2、主控芯片CPU电路3和直流升降压斩波电路9；

所述单侧充放电与自循环充放电切换电路13分别连接主控CPU 3、直流升压斩波电路7的输入端、直流降压斩波电路11的输出端和第三路输出正15V电源1-3。

图2所示实施例表明，所述单侧充放电与自循环充放电切换电路13的作用是通过控制继电器实现电池组单侧充放电与电池组自循环充放电切换。此电路构成及连接方式是：包括1个继电器RL1、3个电阻R1～R3、1个二极管D1、1个N沟道MOS管Q1；其中电阻R1一端接第三路输出正15V电源1-3，另一端接二极管D1的2脚和继电器RL1的1脚；继电器RL1的2脚接二极管的1脚和N沟道MOS管Q1的3脚，继电器RL1的3脚接直流降压斩波电路11的输出端，继电器RL1的4脚接直流升压斩波电路7的输入端，继电器RL1的3脚还连接充电测试电池组14的输入端；N沟道MOS管Q1的2脚接地GND，N沟道MOS管Q1的1脚接电阻R2的一端和电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地GND；电阻R2的另一端接主控CPU 3的控制端relay；

图3所示实施例表明，所述第一升降压驱动电路8-1的电路构成及连接方式是：包括5个电阻R4～R8、7个电容C1～C7、1个固定频率脉宽调制其器U1；其中电容C1一端接主控CPU 3的控制端Vbusset，另一端接固定频率脉宽调制器U1的3脚；电容C2一端接主控CPU3的控制端Vbusset，另一端接固定频率脉宽调制器U1的3脚；电容C3的一端接地GND，另一端接电阻R4的一端和储能电池组信号采集电路4-2中分压端Vbus；电阻R4的另一端接固定频率脉宽调制器U1的1脚；电容C4的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的2脚；电阻R5的一端接主控CPU 3的控制端DTC，另一端接固定频率脉宽调制器U1的4脚；电容C5的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的4脚；电容C6的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的5脚；电阻R6的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的6脚；电容C7的一端接地GND，另一端接固定频率脉宽调制器U1的12脚；固定频率脉宽调制器U1的2脚连接主控CPU 3的控制端Vbusset，7脚、13脚和16脚接地GND，8脚接11脚、12脚和第三路输出正15V电源1-3，9脚接10脚，15脚接14脚；电阻R8的一端接地GND，另一端接电阻R7的一端、第二升降压驱动电路8-2中N沟道MOS管Q2的3脚和N沟道MOS管Q3的3脚；电阻R7另一端接固定频率脉宽调制器U1的10脚；

图4所示实施例表明，所述第二升降压驱动电路8-2的电路构成及连接方式是：包括4个电阻R9～R12、1个电容C8、1个半桥驱动器U2、1个二极管D2、2个N沟道MOS管Q2～Q3；N沟道MOS管Q2的1脚接电阻R9的一端，N沟道MOS管Q2的2脚接半桥驱动器U2的2脚，N沟道MOS管Q2的3脚接第一升降压驱动电路8-1中电阻R7的一端；电阻R9的另一端接主控CPU 3的控制端BUKcon；N沟道MOS管Q3的1脚接R11的一端，N沟道MOS管Q3的2脚接半桥驱动器U2的3脚，N沟道MOS管Q3的3脚接第一升降压驱动电路8-1中电阻R7的一端；电阻R11的另一端接主控CPU 3的控制端BSTcon；电阻R10的一端接半桥驱动器U2的2脚，另一端接主控CPU 3的控制端PWMN；电阻R12的一端接半桥驱动器U2的3脚，另一端接主控CPU 3的控制端PWMN’；电容C8的一端接半桥驱动器U2的6脚，另一端接半桥驱动器U2的8脚；二极管D2的一端接半桥驱动器U2的8脚，另一端接第二路输出正15V电源1-2；半桥驱动器U2的1脚接第三路输出正15V电源1-3，4脚接地GND，6脚接地DCGND2，5脚和7脚接直流升降压斩波电路9；

本发明中所述主控CPU 3中CPU芯片为STM32F103RCT6；人机交互界面12为北京迪文科技有限公司的DMT10600C070_04W触摸屏，但均不限于此。

本发明中所有器件连接遵从电气连接规范，标号相同的器件引脚连接在一起。

本发明中升降压驱动电路8的目的在于实现对直流升降压斩波电路闭环控制，本发明可以实现模拟闭环控制又可以实现数字闭环控制。升降压驱动电路8的工作原理是：

第一升降压驱动电路8-1中，由固定频率脉宽调制其器U1通过主控芯片CPU 3的控制端Vbusset接收来自人机交互界面设定的母线电压要达到的恒定值，与接收的信号采集电路4在母线电压调节过程中采集到的母线电压实际值Vbus进行比较后，进而输出特定占空比的PWM波到第二升降压驱动电路8-2中N沟道MOS管Q2、Q3，通过主控芯片CPU 3控制N沟道MOS管Q2、Q3可输出两路波形相同的PWM波，通过半桥驱动器U2后变成两路互补的PWM波对直流升降压斩波电路9进行控制，使母线电压精确恒定在目标值，这就实现了母线电压的模拟闭环控制；

在不需要第一升降压驱动电路8-1的情况下，由主控芯片CPU 3接收信号采集电路4在母线电压调节过程中采集到的母线电压实际值Vbus，同时接收人机交互界面设定的母线电压要达到的恒定值，通过CPU内部的控制程序把两者进行比较后输出两路波形相同的PWM波，经过电阻R10、R11给到第二升降压驱动电路中半桥驱动器U2的输入端，通过半桥驱动器U2后变成两路互补的PWM波对直流升降压斩波电路9进行控制，使母线电压精确恒定在目标值，这就实现了母线电压的数字闭环控制；

本实施例电池组充放电性能测试设备，所涉及的元器件均由公知的商购途径获得。

本发明未尽事宜为公知技术。