一种线性控制电路及电池测试系统的制作方法

本发明涉及锂离子电池测试领域，具体涉及一种线性控制电路及电池测试系统。

背景技术：

现有市场上的电池测试系统，主要是采用场效应管作为电流控制电路功率器件的低功率的测试系统，或者采用igbt或可控硅为控制器件的高功率(高电压大电流)测试系统两类设备类型。

场效应管的优点是电流控制相应时间短，以此为基础制造的测试设备控制精度高，电流响应速度快(纳秒级)，但由于场效应管本身的功率小，无法满足大功率测试设备的需求。当前技术采用场效应管并联的形式，尽量扩大测试系统的功率，但由于场效应管一致性不易筛选，使得场效应管在使用过程中存在一致性差异变化，且数量越多一致性差异越大的问题，使得市场上使用场效应管作为大功率测试设备成为局限，现有的国内市场没有将场效应管作为大功率电池(组)测试系统的基础控制模块。

igbt是一类是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。igbt作为大功率测试设备的单元具有功率大、响应时间和精度相对较高的优点，成为当前比硅控管更先进的测试设备的基础电路单元器件，igbt的这些响应时间和控制精度的优点相比场效应管仍有差距，现有以场效应管为基础单元电路的设备精度为1％。

由于行业的发展，电池企业主流已经由3c电池向动力电池(组)方向过度，对电池的测试提出了更高的要求。如对单体电池的一致性提出了更高的要求，电池的一致性选配与测试主要是对电池的电性能和电化学性能进行测试，从而选择出性能相近的产品进行匹配。对电池的容量和直流电阻的测试一般是由电池充放电测试仪完成，由此对电池充放电测试仪器的指数指标(功率、电压精度、电流精度、电流控制响应时间、电压采样时间)提出了更高的要求，市场上原有的以igbt为基础的大功率电池充放电测试仪精度和响应时间0.1％的充放电测试仪主流测试精度(0.2％)和直流内阻的采样频率(2hz)无法满足更多电池串并联测试的需要。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种线性控制电路及电池测试系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种线性控制电路，包括用于输入外部控制电压信号的a端、接入外部电路并分别用于输入电流和输出电流的b端和c端，以及功率管q、控制芯片ic1和控制芯片ic2；所述a端与所述功率管的g端之间串联有依次连接的电阻r1和电阻r2，所述b端与所述功率管的d端之间串联有电阻r3，所述c端与所述功率管的s端之间串联有电阻r4；所述控制芯片ic1用于采集电阻r3两端的电压，并当该采集电压大于预设阀值时输出预设的补偿电压至所述电阻r1的两端；所述控制芯片ic2用于采集电阻r4两端的电压，并将该采集电压等比放大后输出至所述电阻r2的两端。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述电阻r1与所述a端之间还串联有用于分压的电阻r0，所述电阻r4与所述c端还串联有用于限流的电阻r5。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种电池测试系统，包括至少两个相并联后串联于待测电池的正负极之间的测试单元，所述测试单元包括线性控制模块、开关电源模块和控制芯片ic3，所述线性控制模块包括至少两个权利要求1或2所述的线性控制电路；

每个所述测试单元中，所有线性控制电路的a端并联后与对应测试单元中的控制芯片ic3连接以输入控制电压，所有线性控制电路的b端并联后与待测电池的正极连接，所有线性控制电路的c端并联后通过开关电源模块与待测电池的负极连接，所述开关电源模块还与控制芯片ic3连接以接收控制信号。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述电池测试系统还包括上位机，所述上位机与每个测试单元中的控制芯片ic3分别通讯连接。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述检测单元与所述上位机通过串口通讯协议或因特网互联协的通讯模式通讯连接。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述待测电池为单个锂离子电池，或者多个相串联或并联的锂离子电池组。

本发明的线性控制电路和电池测试系统，其中线性控制电路包括用于输入外部控制电压信号的a端、接入外部电路并分别用于输入电流和输出电流的b端和c端，以及功率管q、控制芯片ic1和控制芯片ic2；所述a端与所述功率管的g端之间串联有依次连接的电阻r1和电阻r2，所述b端与所述功率管的d端之间串联有电阻r3，所述c端与所述功率管的s端之间串联有电阻r4；所述控制芯片ic1用于采集电阻r3两端的电压，并当该采集电压大于预设阀值时输出预设的补偿电压至所述电阻r1的两端；所述控制芯片ic2用于采集电阻r4两端的电压，并将该采集电压等比放大后输出至所述电阻r2的两端。该电池测试系统中，通过采用多测试单元相并联的结构，且每个测试单元满足独立测试的要求，而每个测试单元又由多线性控制电路相并联，从而形成多功率管互锁并联，实现了高速控制电流变化，提升了电压测试精度和提高电池动态电压的采样频率，且准确测量了电池的直流阻抗(r＝δv/r)，以确保电池容量的准确测试。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明线性控制电路提供的一实例的系统原理框图；

图2为本发明电池测试系统提供的一实例的系统原理框图；

图3为图2中任意一测试单元提供的一实例的原理框图；

图4为图3中线性控制模块提供的一实例的原理框图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，线性控制电路包括用于输入外部控制电压信号的a端、接入外部电路并分别用于输入电流和输出电流的b端和c端，以及功率管q、控制芯片ic1和控制芯片ic2；所述a端与所述功率管的g端之间串联有依次连接的电阻r1和电阻r2，所述b端与所述功率管的d端之间串联有电阻r3，所述c端与所述功率管的s端之间串联有电阻r4；所述控制芯片ic1用于采集电阻r3两端的电压，并当该采集电压大于预设阀值时输出预设的补偿电压至所述电阻r1的两端；所述控制芯片ic2用于采集电阻r4两端的电压，并将该采集电压等比放大后输出至所述电阻r2的两端，以使ic1与电阻r1和电阻r3构成基于该功率管q的安全控制电路，控制芯片ic2与电阻r2和电阻r4构成基于该功率管q的负反馈互锁控制电路。

安全控制电路和负反馈互锁控制电路的工作原理分别如下：

其中，电阻r3为采样电阻，r3两端的电压与通过功率管q的电流存在u＝ir的关系，控制芯片ic1从电阻r3处采集电压，用以判断通过r3的电流是否超过安全值。控制芯片ic1从电阻r3处采集电压与控制芯片ic内部预设阀值(电阻r3的最大的压，即安全值)进行实时的比较，如果电阻r3的采集电压超过安全值，控制芯片ic1立刻输出一个较高的预设的补偿电压给r1。使电阻r1电压的升高，意味着g端与s端的电压下降，g端与s端的电压下降使得功率管q控制的d端与s端之间流过的电流降低，从而起到保护功率管q不超过安全电流的范围，从而构成一个安全控制电路；

电阻r4为流经功率管q的电流的采样电阻，电阻r3两端的电压与通过功率管的电流存在u＝ir的关系，通过采集流经电阻r4电流换算出其两端的电压值，而控制芯片ic2相对于电压放大器，能够对电阻r4输入的电压等比放大后并输入给电阻r2。当流经功率管q和电阻r4的电流忽然增大的时候，通过控制芯片ic2的等比放大，使得电阻r2两端的电压同时增大，另外，由于b端与a端的电压不变，则g端与s端的电压降低，g端与s端的电压降低又导致功率管q的d端至s端的电流降低，从而构成了一个负反馈电路。

具体实施中，所述电阻r1与所述a端之间还串联有用于分压的电阻r0，所述电阻r4与所述c端还串联有用于限流的电阻r5。

本发明的线性控制电路，其场效应管q是通过g端和s端的电压，控制d端至s端的电流大小，比如：场效应管q的g和s端电压值越高，则通过d至s端的电流越大。如果目标是增大通过场效应管q的电流，则需要外围控制电路上给电路的g端增大电压；如果需要保持场效应管q流过的电流恒定，只需要保持a端电压稳定即可，由于不同功率管的一致性不高，导致有的功率管通过电流过大，而出现过流、过载等问题，通过设计安全控制电路和负反馈电路，使得本线性控制电路可有效的解决了此问题。

如图2-图4所示，本发明还提供了一种电池测试系统，该电池测试系统包括至少两个相并联后串联于待测电池的正负极之间的测试单元，测试单元采用并联模式，每个测试单元本身可以独立进行电池测试中的受控充放电测试，每个测试单元都能达到整个测试系统的最高电压，每个测试单元可达不到电池测试系统的最大电流要求；所述测试单元包括线性控制模块、开关电源模块和控制芯片ic3，所述线性控制模块包括至少两个上述任一实施例所述的线性控制电路；

每个所述测试单元中，所有线性控制电路的a端并联后与对应测试单元中的控制芯片ic3连接以输入控制电压，所有线性控制电路的b端并联后与待测电池的正极连接，所有线性控制电路的c端并联后通过开关电源模块与待测电池的负极连接，所述开关电源模块还与控制芯片ic3连接以接收控制信号，使得同一测试单元中所有线性控制电路并联连接，形成了互锁电路，避免了由于功率管的不一致导致有的因功率管内阻低电流而损伤功率管的问题。

该电池测试系统中的测试单元为主要结构，测试过程中的充放电模块采用的开关电源模块和线性控制模块相结合的复合结构。采用多测试单元相并联的结构，可实现高电压、大电流的待测电池充放电功能，每个测试单元都能够实现恒流充电、恒流放电、恒压充电、恒压放电、恒功率充放电及逆变反馈电网的功能。开关电源模块用于恒流放电、恒功率放电的电流控制，开关电源模块具有效率较高，体积小、逆变易实现、恒压控制放热低的优点，但是由于纹波大，控制精度不高成为缺陷，采用开关电源模块同线性控制模块复合的结构，即避免了电池测试中充放电过程中的散热量的的问题，又能够实现精确控制恒流、恒功率的目的。

具体实施中，所述电池测试系统还包括上位机，所述上位机与每个测试单元中的控制芯片ic3分别通讯连接，所述检测单元与所述上位机通过串口通讯协议或因特网互联协的通讯模式通讯连接，如采用rs485总线的串口通讯，上位机通过rs485总线与连接在该rs485总线上的控制芯片ic3进行通讯。上位机安装有用于电池测试的管理软件通过通讯对单元模块进行控制，以使每个模块同时进行恒流充电，恒流放电，恒压充电，恒压放电，恒功率充放电及逆变反馈电网的功能。

具体实施中，所述待测电池为单个锂离子电池，或者多个相串联或并联的锂离子电池组，当然，还可以为其它电池，在此不做一一例举。

本实施例中，如图1所示，每个线性控制电路的功率管的栅极处分别接电阻r0、r1和r2，电阻r0端部即a端与控制芯片ic连接以输入控制电压，用以控制功率管的电流大小。电阻r1、r2的电压为控制芯片ic1和控制芯片ic2输出电压，通过电压对功率管q进行的负反馈电流控制。控制芯片ic1从电阻r3处采集整个功率管通过的电流，通过控制芯片ic1进行比较控制，当控制芯片ic1检测电阻r3流过的电流超过功率管的安全电流时，控制芯片ic1启动，对电阻r1处输出一个高电压，由于a端输入电压相对稳定，当电阻r1电压增高时，电阻r2左边功率管的输入电压迅速降低，电阻r2输入端的输入电压决定整个功率管的电流，通过整个功率管的电流将会迅速下降达到保护整个功率管q的目的。而电阻r4为功率管输出电流的采样电阻，通过电阻r4电流变大，电阻r4两端电压信号变大，通过ic2进行放大，输出到电阻r2两端的电压变大，从而实现互锁控制，以确保多个线性控制电路并联使用时，电流稳定分布，也避免了功率管因为不一致而导致电流不均衡的现象。

本发明的电池测试系统，通过采用多测试单元相并联的结构，且每个测试单元满足独立测试的要求，而每个测试单元又由多线性控制电路相并联，从而形成多功率管互锁并联，不仅实现了高速控制电流变化，提升了电压测试精度、提高了电池动态电压的采样频率，还准确测量了电池的直流阻抗(r＝δv/r)，从而确保了电池容量的准确测试。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。