电池保护板检测仪用电池模拟器的制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种电池保护板检测仪用电池模拟器，该模拟器的组成包括主控CPU、电池电压给定模块、电池基础电压模拟模块、电池电压反馈模块和两路独立电源；所述的两路独立电源为第一路电源和第二路电源；所述主控CPU分别与电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连；电池基础电压模拟模块也分别与电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连；第一路电源分别与主控CPU、电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连；第二路电源与电池电压给定模块相连。本实用新型结构简单易于使用与控制，所需器件比较常见，成本较低。
【专利说明】
电池保护板检测仪用电池模拟器
技术领域
[0001]本实用新型涉及电性能的测试装置，具体是电池保护板检测仪用电池模拟器。
【背景技术】
[0002]锂离子电池以其优异的性能在实际中得到了广泛的应用。日常生活中的移动电子设备往往配备一个锂离子电池，随着新能源行业的发展，锂电池作为高能电池也被越来越多得用作动力电池。
[0003]受材料和生产工艺的限制，锂电池的安全性能比其他电池差，因此锂电池使用时必须带有电池保护板对其进行保护。锂电池能安全得使用主要靠电池保护板来保障，因此电池保护板的质量非常关键。保护板在出厂时必须经过专业的电池保护板检测仪对其进行检测，电池保护板在进行检修时也需电池保护板检测仪对其进行检测。电池保护板检测仪的检测原理主要是改变电池保护板与电池连接端的电压来测试电池保护板的性能，一般情况下电池保护板检测仪不会用真实的电池检测电池保护板的性能。电池保护板用检测仪电池模拟器用来模拟电池以检测电池保护板的性能，其性能直接影响电池保护板检测仪的性能特别是影响其检测的电池电压的精度。实际中对于电池保护板检测仪用电池模拟器的研究不多，2014年发表在《微型机与应用》的论文《基于STM32的电池模拟器的设计与实现》讲述了一种电池模拟器的设计，但是其结构过于复杂而且它没有考虑电池保护板在进行电池的均衡控制时电池要消耗一部分能量，需要电池模拟器有足够大的功率。公告(公布)号为CN 104931839 A名称为“一种电池保护板检测装置”的发明专利，其中“模拟电池电压模块”提到了一种模拟电池电压的方法，但由于它的检测点和电池之间有一段线路并且包含多个触点，线路上存在电流，因此线路存在无法测量的压降导致电压测量精度无法保证。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种电池保护板检测仪用电池模拟器，该模拟器将电池电压给定和检测分别在不同的回路中完成，并且产生给定电池电压的电路不再如当前技术中的“模拟电池电压模块”那样使用与系统共地的电源供电，而是使用与系统不共地的电源供电。本实用新型克服了由于线路存在电流导致的电池电压测量精度无法保证的问题，可以模拟电池组中各串电池的电压，可以随意调节某一节电池电压，功率足够大能提供电池保护板进行电池均衡控制过程中电池消耗的能量，并且方便扩展，克服了现有技术中结构复杂，没有考虑电池均衡消耗能量，不方便扩展，等缺点。
[0005]本实用新型的技术方案为:
[0006]—种电池保护板检测仪用电池模拟器，该模拟器的组成包括主控CPU、电池电压给定模块、电池基础电压模拟模块、电池电压反馈模块和两路独立电源;所述的两路独立电源为第一路电源和第二路电源；
[0007]所述主控CPU分别与电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连；电池基础电压模拟模块也分别与电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连;第一路电源分别与主控CPU、电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连;第二路电源与电池电压给定模块相连；
[0008]所述两路电源中的第一路电源为开关电源，其输入接普通220V/50HZ交流电，输出的组成包括15V正电源A、5V正电源B和地;其中15V正电源A标识为:Wl_+15V，5V正电源B标识为VCC，地标识为W1_GND;第二路电源为开关电源，其输入接普通220V/50HZ交流电，输出的组成包括15V正电源和地，其中15V正电源标识为W2_+15V，地的标识为W2_GND ；
[0009]所述电池电压给定模块包括运算放大器Ul、5个电阻Rl?R5、电容Cl、8个继电器U2?U9以及两个大功率三极管Ql?Q2;其中，电阻R5的一端接主控CPU的控制信号Vref，电阻R5的另一端接运算放大器Ul的引脚3;运算放大器Ul的引脚2分别接电阻R2和电阻R4的一端，运算放大器UI的引脚4接第一路电源的地，运算放大器UI的引脚8接第一路电源的正电源A，运算放大器Ul的引脚I分别接电阻Rl和电阻R3以及电容Cl的一端；电阻R2的另一端接电容Cl的另一端；电阻R4的另一端与电池电压反馈模块中继电器UlI和继电器U13的引脚3连接；电阻Rl的另一端接三极管Ql的基极；电阻R3的另一端接三极管Q2的基极;三极管Ql和三极管Q2的发射极以及继电器U2和继电器U4的引脚3接在一起;三极管Ql的集电极接第二路电源的正电源端;三极管Q2的集电极接第二路电源的地;继电器U2-U9的引脚I分别接第一路电源的VCC;继电器U2和继电器U3的弓丨脚2分别接主控CPU的控制端BA;继电器U2的弓丨脚4分别与继电器U7和继电器U9的引脚3以及继电器U5的引脚4接在一起;继电器U3和继电器U5的引脚3分别接第二路电源的地，继电器U3的引脚4分别与继电器U6和继电器U8的引脚3以及继电器U4的弓丨脚4接在一起;继电器U4和继电器U5的弓丨脚2分别接主控CPU的控制端AB;继电器U6的弓I脚2接主控CPUl的控制端K4，继电器U6的弓I脚4接电池基础电压模拟模块3中B3端;继电器U7的弓I脚2接主控CPU的控制端K3，继电器U7的弓I脚4接电池基础电压模拟模块3中B2端;继电器U8的引脚2接主控CPUl的控制端K2，继电器U8的引脚4接电池基础电压模拟模块中BI端;继电器U9的弓丨脚2接主控CPUl的控制端Kl，继电器U9的弓丨脚4接电池基础电压模拟模块中BAT-端；
[0010]所述的电池基础电压模拟模块的组成包括一个开关电源和4个电阻;其中，开关电源的输入接220V/50HZ，输出为直流15V，开关电源输出的正极与R6相连，输出的负极与R9相连，R6-R9依次串联；电阻R6与R7之间为B3端，电阻R7与R8之间为B2端，电阻R8与R9之间为BI端，电阻R9的另一端与开关电源的负极连接的同时，还作为BAT-端；
[0011]所述电池电压反馈模块包括8个继电器Ull?U18，其连接关系为:继电器Ul1-U18的引脚I分别接第一路电源的VCC;继电器Ull和继电器U12的引脚2分别接主控CPUl的控制端BA;继电器Ull的引脚4分别与继电器U16、继电器U18的引脚3以及继电器U14的引脚4接在一起;继电器U12和继电器U14的引脚3分别接第一路电源的地，继电器U12的引脚4分别与继电器U15和继电器U17的引脚3以及继电器U13的引脚4接在一起;继电器U13和继电器U14的引脚2分别接主控CPU的控制端AB;继电器Ul5的引脚2接主控CPU的控制端K4，继电器U15的引脚4接电池基础电压模拟模块3中B3端;继电器U16的引脚2接主控CPU的控制端K3，继电器U16的引脚4接电池基础电压模拟模块中B2端;继电器U17的引脚2接主控CPU的控制端K2，继电器U17的引脚4接电池基础电压模拟模块中BI端;继电器U18的引脚2接主控CPU的控制端KI，继电器Ul 8的引脚4接电池基础电压模拟模块中BAT-端。
[0012]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:
[0013](I)本实用新型可模拟电池电压并且可以任意调节某一节电池电压。
[0014](2)本实用新型功率大可以提供电池保护板对电池进行均衡控制时电池消耗的能量。
[0015](3)本实用新型可以通过增加电路中继电器的个数轻易扩展模拟的电池串数。
[0016](4)本实用新型提供的检测电池电压的端口可以精确反映电池电压，电池保护板检测仪仅仅用一个高精度AD转换芯片就能精确检测电池电压不需另加电压补偿算法，大大降低了 CPU的资源消耗。
[0017](5)本实用新型使电池保护板检测仪仅用一个模拟闭环控制不用再加数字闭环控制就能做到电池电压的精确控制。
[0018](6)本实用新型的结构采用电池电压给定与电池电压检测使用独立回路的方式，并用独立电源供电做到了单点接地，使电池保护板检测仪在进行PCB设计时不必过多考虑布线粗细导致的线路压降问题。
[0019](7)本实用新型提供的方案使电池保护板检测仪仅仅在检测电池保护板对某一节电池的保护时消耗较多的功率，其它节数功耗比较小从而降低了电池保护板检测仪的整体功耗。
[0020](8)实用新型结构简单易于使用与控制，所需器件比较常见，成本较低。
【附图说明】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0022]图1是本实用新型的构成示意框图。
[0023]图2是本实用新型的电池电压给定模块和电池电压反馈模块电路图。
[0024]图3是本实用新型所述的电池基础电压模拟模块电路图。
[0025]图1中，1、主控CPU；2、电池电压给定模块;3、电池基础电压模拟模块;4、电池电压反馈模块;5、两路电源;501、第一路电源;502、第二路电源。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型的如图1所示，本实用新型的电池保护板检测仪用电池模拟器的组成包括主控CPUl、电池电压给定模块2、电池基础电压模拟模块3、电池电压反馈模块4和两路独立电源5;所述两路独立电源具体为第一路电源501和第二路电源502;
[0027]所述主控CPUl分别与电池电压给定模块2、电池电压反馈模块4相连；电池基础电压模拟模块3也分别与电池电压给定模块2、电池电压反馈模块4相连;第一路电源501分别与主控CPUl、电池电压给定模块2、电池电压反馈模块4相连;第二路电源502与电池电压给定模块2相连。
[0028]所述两路电源中的第一路电源501为一开关电源，其输入接普通220V/50HZ交流电，输出的组成包括15V正电源A、5V正电源B和地;其中15V正电源A标识为:Wl_+15V，5V正电源B标识为VCC，地标识为W1_GND ；第二路电源502为一开关电源，其输入接普通220V/50HZ交流电，输出的组成包括15V正电源和地，其中15V正电源标识为W2_+15V，地的标识为W2_GND。
[0029]图2所示实施例表明，所述电池电压给定模块2的作用是产生要控制的电池所需的电压并加到相应的电池上;所述电池电压给定模块2包括运算放大器Ul、5个电阻Rl?R5、电容Cl、8个继电器U2?U9以及两个大功率三极管Ql?Q2;电阻R5的一端接主控CPUl的控制信号Vref，电阻R5的另一端接运算放大器Ul的引脚3;运算放大器Ul的引脚2分别接电阻R2和电阻R4的一端，运算放大器Ul的引脚4接第一路电源501的地，运算放大器Ul的引脚8接第一路电源501的正电源A，运算放大器Ul的引脚I分别接电阻Rl和电阻R3以及电容Cl的一端；电阻R2的另一端接电容Cl的另一端；电阻R4的另一端与电池电压反馈模块4中继电器Ull和继电器U13的引脚3连接(并且反映电池电压的信号Vbat-);电阻Rl的另一端接三极管Ql的基极；电阻R3的另一端接三极管Q2的基极;三极管Ql和三极管Q2的发射极以及继电器U2和继电器U4的弓I脚3接在一起;三极管QI的集电极接第二路电源502的正电源端;三极管Q2的集电极接第二路电源502的地;继电器U2-U9的引脚I分别接第一路电源的VCC;继电器U2和继电器U3的弓丨脚2分别接主控CPUl的控制端BA;继电器U2的弓丨脚4分别与继电器U7和继电器U9的引脚3以及继电器U5的引脚4接在一起;继电器U3和继电器U5的引脚3分别接第二路电源502的地，继电器U3的引脚4分别与继电器U6和继电器U8的引脚3以及继电器U4的引脚4接在一起;继电器U4和继电器U5的引脚2分别接主控CPUl的控制端AB;继电器U6的引脚2接主控CPUl的控制端K4，继电器U6的弓I脚4接电池基础电压模拟模块3中B3端;继电器U7的弓I脚2接主控CPUl的控制端K3，继电器U7的弓I脚4接电池基础电压模拟模块3中B2端;继电器U8的弓I脚2接主控CPUl的控制端K2，继电器U8的引脚4接电池基础电压模拟模块3中BI端;继电器U9的引脚2接主控CPUl的控制端Kl，继电器U9的引脚4接电池基础电压模拟模块3中的BAT-端。
[0030]图2所示实例表明，所述电池电压反馈模块4的作用是反馈电池电压到电池电压给定模块中；所述电池电压反馈模块4包括8个继电器U11?U18，其连接关系为:继电器U11 -U18的引脚I分别接第一路电源的VCC;继电器Ull和继电器U12的引脚2分别接主控CPUl的控制端BA;继电器Ull的引脚4分别与继电器U16、继电器U18的引脚3以及继电器U14的引脚4接在一起;继电器U12和继电器U14的引脚3分别接第一路电源501的地，继电器U12的引脚4分别与继电器U15和继电器U17的引脚3以及继电器U13的引脚4接在一起;继电器U13和继电器U14的引脚2分别接主控CPUl的控制端AB；继电器U15的引脚2接主控CPUl的控制端K4，继电器U15的引脚4接电池基础电压模拟模块3中B3端;继电器U16的引脚2接主控CPUl的控制端K3，继电器U16的引脚4接电池基础电压模拟模块3中B2端;继电器U17的引脚2接主控CPUI的控制端K2，继电器Ul 7的引脚4接电池基础电压模拟模块3中BI端;继电器Ul 8的引脚2接主控CPUl的控制端KI，继电器Ul 8的引脚4接电池基础电压模拟模块3中BAT-端。
[0031]电池电压给定模块2和电池电压反馈模块4中所描述CPUl的控制端BA，AB以及Kl-K4分别是同一个点，与它们相连接在一起的器件也分别连接在一起。电池电压给定模块2和电池电压反馈模块4中所描述与电池基础电压模拟模块3中BI端、B2端、B3端、BAT-端相连接在一起的器件也分别连接在一起。
[0032]电池基础电压模拟模块3的设计为已知公开技术，这里仅做简单介绍。
[0033]图3所不实例表明电池基础电压模拟模块3的组成包括一个开关电源和4个电阻R6-R9;其中，开关电源的输入接220V/50HZ，输出为直流15V，开关电源输出的正极与R6相连，输出的负极与R9相连，R6-R9依次串联；电阻R6与R7之间为B3端，电阻R7与R8之间为B2端，电阻R8与R9之间为BI端，电阻R9的另一端与开关电源的负极连接的同时，还与BAT-端相连。电源为这4个串联的电阻供电，每个电阻两端产生一个电压，设计这个电压与电池正常工况下的电压接近，其中R6用于匹配电池电压，电阻R7-R9模拟三节串联电池。如图3所示，电阻R9的一端为电池组的负极另一端为第一节电池正极BI，电阻R8—端为第一节电池正极BI，另一端为第二节电池正极B2，电阻R7—端为第二节电池正极B2，另一端为第三节电池的正极B3。
[0034]本实用新型的工作原理是:
[0035]本实用新型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。
[0036]由第一路电源为整个系统供电，第二路电源为电池电压给定模块中三极管Ql和Q2供电。本实用新型工作时，由主控CPU控制电池电压给定模块中的继电器U2?U9断开，控制电池电压反馈模块中的继电器Ul I?Ul 8断开，整个电池组中的电池电压都在一个合理的范围内。在需要改变某节电池电压时，由主控制器控制闭合电池电压给定模块中的继电器U4、U5、U8、U9和电池电压反馈模块中的继电器U13、U14、U17、U18就能将电池电压给定模块产生的电压加到电池基础电压模拟模块中的第一节电池上，主控CPU调节控制信号Vref就能调节电池组中第一节电池的电压并且电压Vref等于Vbat;由主控制器控制闭合电池电压给定模块中的继电器1]2、1]3、1]7、1]8和电池电压反馈模块中的继电器1]11、1]12、1]16、1]17就能将电池电压给定模块产生的电压加到电池基础电压模拟模块中的第二节电池上，主控CPU调节控制信号Vref就能调节电池组中第二节电池的电压并且电压Vref等于Vbat;由主控制器控制闭合电池电压给定模块中的继电器1]4、1]5、1]6、1]7和电池电压反馈模块中的继电器1]13、U14、U15、U16就能将电池电压给定模块产生的电压加到电池基础电压模拟模块中的第三节电池上，主控CPU调节控制信号Vref就能调节电池组中第三节电池的电压并且电压Vref等于Vbat ο
[0037]电池电压给定模块中电阻R4提供的反映Vbat信号可以精确反映电池电压。这个信号可供电池保护板检测仪检测电池电压用。
[0038]本实用新型在需要扩展模拟的电池串数时只需增加电池电压给定模块和电池电压反馈模块中继电器的个数，并适当选择电池基础电压模拟模块就可实现。
[0039]本实施例电池保护板检测装置，所涉及的元器件均由公知的商购途径获得。
[0040]本实用新型未尽事宜为公知技术。
【主权项】
1.一种电池保护板检测仪用电池模拟器，其特征为该模拟器的组成包括主控CPU、电池电压给定模块、电池基础电压模拟模块、电池电压反馈模块和两路独立电源;所述的两路独立电源为第一路电源和第二路电源； 所述主控CPU分别与电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连；电池基础电压模拟模块也分别与电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连;第一路电源分别与主控CPU、电池电压给定模块、电池电压反馈模块相连;第二路电源与电池电压给定模块相连； 所述两路独立电源中的第一路电源为开关电源，其输入接普通220V/50HZ交流电，输出的组成包括15V正电源A、5V正电源B和地;其中15V正电源A标识为:Wl_+15V，5V正电源B标识为VCC，地标识为W1_GND ;第二路电源为开关电源，其输入接普通220V/50HZ交流电，输出的组成包括15V正电源和地，其中15V正电源标识为W2_+15V，地的标识为W2_GND ； 所述电池电压给定模块包括运算放大器Ul、5个电阻R1~R5、电容Cl、8个继电器U2~U9以及两个大功率三极管Q1~Q2;其中，电阻R5的一端接主控CPU的控制信号Vref，电阻R5的另一端接运算放大器Ul的引脚3;运算放大器Ul的引脚2分别接电阻R2和电阻R4的一端，运算放大器UI的引脚4接第一路电源的地，运算放大器UI的引脚8接第一路电源的正电源A，运算放大器Ul的引脚I分别接电阻Rl和电阻R3以及电容Cl的一端；电阻R2的另一端接电容CI的另一端；电阻R4的另一端与电池电压反馈模块中继电器Ull和继电器U13的引脚3连接；电阻Rl的另一端接三极管Ql的基极；电阻R3的另一端接三极管Q2的基极;三极管Ql和三极管Q2的发射极以及继电器U2和继电器U4的引脚3接在一起;三极管Ql的集电极接第二路电源的正电源端;三极管Q2的集电极接第二路电源的地;继电器U2-U9的引脚I分别接第一路电源的VCC;继电器U2和继电器U3的引脚2分别接主控CPU的控制端BA;继电器U2的引脚4分别与继电器U7和继电器U9的引脚3以及继电器U5的引脚4接在一起;继电器U3和继电器U5的引脚3分别接第二路电源的地，继电器U3的引脚4分别与继电器U6和继电器U8的引脚3以及继电器U4的引脚4接在一起;继电器U4和继电器U5的引脚2分别接主控CPU的控制端AB;继电器U6的引脚2接主控CPUl的控制端K4，继电器U6的引脚4接电池基础电压模拟模块3中B3端;继电器U7的引脚2接主控CPU的控制端K3，继电器U7的引脚4接电池基础电压模拟模块3中B2端;继电器U8的弓I脚2接主控CPUI的控制端K2，继电器U8的弓I脚4接电池基础电压模拟模块中BI端;继电器U9的弓I脚2接主控CPUI的控制端KI，继电器U9的弓I脚4接电池基础电压模拟模块中BAT-端； 所述电池电压反馈模块包括8个继电器Ul I?Ul 8，其连接关系为:继电器Ul 1-Ul 8的引脚I分别接第一路电源的VCC;继电器Ull和继电器U12的引脚2分别接主控CPUl的控制端BA;继电器Ul I的引脚4分别与继电器U16、继电器U18的引脚3以及继电器U14的引脚4接在一起;继电器U12和继电器U14的引脚3分别接第一路电源的地，继电器U12的引脚4分别与继电器U15和继电器U17的引脚3以及继电器U13的引脚4接在一起;继电器U13和继电器U14的引脚2分别接主控CPU的控制端AB ；继电器U15的引脚2接主控CPU的控制端K4，继电器U15的引脚4接电池基础电压模拟模块3中B3端;继电器U16的引脚2接主控CPU的控制端K3，继电器U16的引脚4接电池基础电压模拟模块中B2端;继电器Ul 7的引脚2接主控CPU的控制端K2，继电器Ul 7的弓I脚4接电池基础电压模拟模块中BI端;继电器U18的引脚2接主控CPU的控制端KI，继电器Ul 8的引脚4接电池基础电压模拟模块中BAT-端。2.如权利要求1所述的电池保护板检测仪用电池模拟器，其特征为所述的电池基础电压模拟模块的组成包括一个开关电源和4个电阻；其中，开关电源的输入接220V/50HZ，输出为直流15V，开关电源输出的正极与R6相连，输出的负极与R9相连，R6-R9依次串联；电阻R6与R7之间为B3端，电阻R7与R8之间为B2端，电阻R8与R9之间为BI端，电阻R9的另一端与开关电源的负极连接的同时，还作为BAT-端。
【文档编号】G01R1/28GK205665373SQ201620437970
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】李练兵, 姚路
【申请人】河北工业大学