专利名称：一种高压电池组测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高压电池组测试系统。
背景技术：
电池组测试设备的功能主要是对电池进行充放电测试,其中如何快速安全的充放电是测试设备设计中很重要的关节，尤其对高压大功率的电池组测试，更是对测试设备的精确性、安全性要求更高。不仅如此，电池组测试数据的传输的实时性、准确性也至关重要。 因此，高压电池组测试系统的关键在于充放电控制和通讯质量。目前，对电池进行恒流恒压充电已经作为常用的充电方式被业界所接受，但是现有的恒压充电实现方式主要有两类软件控制恒压、硬件控制恒压。软件恒压一般通过单片机软件处理的方式进行恒压，这种方式易受晶振、电压采集芯片、程序BUG等因素的影响， 无法及时有效的保护电池和测试设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安全性好的高压电池组测试系统。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种高压电池组测试系统，包括 CPU模块、放电控制模块、充电控制模块、放电功率电路、充电功率电路、功率电源和单体电压采集模块，电池组通过单体电压采集模块与所述的CPU模块连接，电池组与放电功率电路连接，电池组与充电功率电路连接，CPU模块通过功率电源与充电功率电路连接，所述的放电功率电路与所述的放电控制模块连接，所述的充电功率电路与所述的充电控制模块连接，放电控制模块与CPU模块连接，充电控制模块与所述的CPU模块连接。所述的CPU模块与上位机连接。所述的CPU模块与温度采集模块连接。所述的CPU模块通过充电隔离接口与充电控制模块连接，所述的CPU模块通过放电隔离接口与放电控制模块连接，所述的CPU模块通过功率电源隔离接口与功率电源连接，单体电压采集模块通过CAN收发器与CPU模块连接，温度采集模块通过所述的CAN收发器与CPU模块连接，所述的CPU模块通过485模块或以太网控制器与上位机连接，所述的 CPU模块连接设置有实时时钟，所述的CPU模块连接设置有EEPR0M，所述的CPU模块连接设置有开关量输入模块，所述的CPU模块连接设置有控制开关。所述的充电控制模块包括充电电流A/D采集模块、充电控制D/A模块和充电控制电路，充电功率电路通过充电电流A/D采集模块与充电隔离接口连接，充电功率电路与充电控制电路连接，充电隔离接口通过充电控制D/A模块与充电控制电路连接。所述的放电控制模块包括电压A/D采集模块、放电电流A/D采集模块、放电控制D/ A模块、放电控制电路、保护电路，放电功率电路通过电压A/D采集模块与放电隔离接口连接，放电功率电路通过放电电流A/D采集模块与放电隔离接口连接，放电功率电路与放电控制电路连接，放电功率电路与保护电路连接，放电隔离接口通过放电控制D/A模块与放电控制电路连接。所述的充电控制电路包括型号为AD834的第一乘法器、型号为0P07的第一运算放大器、型号为0P07的第二运算放大器、型号为0P07的第三运算放大器和型号为0P07的第四运算放大器，第一乘法器的第五引脚通过第二十电阻与第四运算放大器的第三引脚连接，第一乘法器的第四引脚通过第二十四电阻与第四运算放大器的第二引脚连接，第四运算放大器的第六引脚通过第二十三电阻与第三运算放大器的第二引脚连接，第三运算放大器的第二引脚与第六引脚之间设置有第二电容，第三运算放大器的第六引脚通过第九电阻与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极接充电功率电路，第二运算放大器的第二引脚与第六引脚连接，第二运算放大器的第六引脚通过第八电阻接充电功率电路，第一运算放大器的第二引脚通过第一电容与第一运算放大器的第六引脚连接，第一运算放大器的第六引脚与第一二极管的负极连接，第一二极管的正极通过第四电阻接充电功率电路；
所述的放电控制电路包括型号为AD834的第二乘法器、型号为0P07的第五运算放大器、型号为0P07的第六运算放大器和型号为0P07的第七运算放大器，第二乘法器的第五引脚通过第十四电阻与第七运算放大器的第三引脚连接，第二乘法器的第四引脚通过第十八电阻与第七运算放大器的第二引脚连接，第七运算放大器的第六引脚通过第十七电阻与第六运算放大器的第二引脚连接，第六运算放大器的第六引脚通过第七电阻与第三二极管的负极连接，第三二极管的正极与放电功率电路连接，第五运算放大器的第二引脚与第六引脚连接，第五运算放大器的第六引脚通过第五电阻与放电功率电路连接。与现有技术相比，本发明的优点在于本系统是以单片机为核心处理元件，通过采集电池组的单体电压、总电压、温度、充电电流、放电电流等信息，计算电池组的充放电时间、容量、能量等，并通过以太网、RS485总线将数据发送到上位机。由微型计算机构成的上位机监控系统，实时显示并记录接收到的测试数据，对数据进行分析，监控测试系统工作状态。另外，根据测试需求，在上位机上编辑测试方案，并下载到EEPR0M，单片机根据测试方案控制充/放电电流、电压以及充/放电功率。在充电时若CPU模块或数据采集元件发生意外故障，本发明的充电控制电路可保证当电池电压达到设置电压后，自动转入到恒压充电状态，保证电池和测试设备的安全。
图I为本发明的结构框图2为本发明的CPU模块的结构框图3为本发明的充电控制模块的结构框图4为本发明的放电控制模块的结构框图5为本发明的充电控制电路原理图6为本发明的放电控制电路原理图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。一种高压电池组测试系统，包括CPU模块I、放电控制模块2、充电控制模块3、放电功率电路4、充电功率电路5、功率电源6和单体电压采集模块7，电池组8通过单体电压采集模块7与CPU模块I连接，电池组8与放电功率电路4连接，电池组8与充电功率电路 5连接，CPU模块I通过功率电源6与充电功率电路5连接，放电功率电路4与放电控制模块2连接，充电功率电路5与充电控制模块3连接，放电控制模块2与CPU模块I连接，充电控制模块3与CPU模块I连接。CPU模块I与上位机9连接。CPU模块I与温度采集模块10连接。CPU模块I通过充电隔离接口 11与充电控制模块3连接，CPU模块I通过放电隔离接口 12与放电控制模块2连接，CPU模块I通过功率电源隔离接口 13与功率电源6连接，单体电压采集模块7通过CAN收发器14与CPU模块I连接，温度采集模块10通过CAN 收发器14与CPU模块I连接，CPU模块I通过485模块15或以太网控制器16与上位机9 连接，CPU模块I连接设置有实时时钟17，CPU模块I连接设置有EEPR0M18，CPU模块I连接设置有开关量输入模块19，CPU模块I连接设置有控制开关20。充电控制模块3包括充电电流AD采集模块21、充电控制D/A模块22和充电控制电路23，充电功率电路5通过充电电流AD采集模块21与充电隔离接口 11连接，充电功率电路5与充电控制电路23连接，充电隔离接口 11通过充电控制D/A模块22与充电控制电路23连接。放电控制模块2包括电压A/D采集模块24、放电电流A/D采集模块25、放电控制 D/A模块26、放电控制电路27、保护电路28，放电功率电路4通过电压A/D采集模块24与放电隔离接口 12连接，放电功率电路4通过放电电流A/D采集模块25与放电隔离接口 12 连接，放电功率电路4与放电控制电路27连接，放电功率电路4与保护电路28连接，放电隔离接口 12通过放电控制D/A模块26与放电控制电路27连接。充电控制电路23包括型号为AD834的第一乘法器U5、型号为0P07的第一运算放大器U1、型号为0P07的第二运算放大器U2、型号为0P07的第三运算放大器U3和型号为 0P07的第四运算放大器U4，第一乘法器U5的第五引脚通过第二十电阻R20与第四运算放大器U4的第三引脚连接，第一乘法器U5的第四引脚通过第二十四电阻R21与第四运算放大器U4的第二引脚连接，第四运算放大器U4的第六引脚通过第二十三电阻R23与第三运算放大器U3的第二引脚连接，第三运算放大器U3的第二引脚与第六引脚之间设置有第二电容E2，第三运算放大器U3的第六引脚通过第九电阻R9与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极接充电功率电路5，第二运算放大器U2的第二引脚与第六引脚连接，第二运算放大器U2的第六引脚通过第八电阻R8接充电功率电路5，第一运算放大器Ul的第二引脚通过第一电容El与第一运算放大器Ul的第六引脚连接，第一运算放大器Ul的第六引脚与第一二极管Dl的负极连接，第一二极管Dl的正极通过第四电阻R4接充电功率电路 5 ；
放电控制电路27包括型号为AD834的第二乘法器U4d、型号为0P07的第五运算放大器Uld、型号为0P07的第六运算放大器U2d和型号为0P07的第七运算放大器U3d，第二乘法器U4d的第五引脚通过第十四电阻R14d与第七运算放大器U3d的第三引脚连接，第二乘法器U4d的第四引脚通过第十八电阻RlSd与第七运算放大器U3d的第二引脚连接，第七运算放大器U3d的第六引脚通过第十七电阻R17d与第六运算放大器U2d的第二引脚连接，第六运算放大器U2d的第六引脚通过第七电阻R7d与第三二极管Dld的负极连接，第三二极管Dld的正极与放电功率电路4连接，第五运算放大器Uld的第二引脚与第六引脚连接，第五运算放大器Uld的第六引脚通过第五电阻R4d与放电功率电路4连接。本发明的工作原理
CPU控制模块
(PU控制模块以单片机为核心处理元件，主要功能有(I)获取测试数据进行处理计算，将测试关键量保存到EEPROM中，并根据处理结果对设备进行控制。(2)将测试关键量上传到上位机进行实时监控，并根据上位机的指令对设备进行控制。具体实现单片机通过SPI总线隔离接口与放电控制模块的电压A/D采集模块、 放电电流A/D采集模块及放电控制D/A模块相连，通过SPI总线隔离接口与充电控制模块的充电电流A/D采集模块、充电控制D/A模块相连，获取设备通道的电池电压、充电电流、放电电流等信息，并对充放电环节进行精确控制，以实现指定的电流电压对电池充放电。通过 SPI总线隔离接口对充电的功率电源进行控制。通过CAN总线与单体电压采集模块、温度采集单元模块联接，获取通道单节电池的电压、温度等信息；通过I2C总线读取设备的实时时钟信息。这些数据对于电池充放电控制的精确性、安全性是至关重要的。通过RS485、以太网，CPU将测试中的实时数据上传到上位机，并执行上位机下发的各种指令。3.2充电控制模块
充电控制模块的功能(I)采集充电电流，并通过SPI将数据传给单片机。(2)单片机通过SPI控制充电D/A模块，充电D/A有三路，充电电流D/A、充电电压D/A、充电功率D/A， 分别对应恒流电路的电流设定值、恒压电路的电压设定值、恒功率电路的功率设定值。(3) 充电D/A、充电电流和电池组电压输入到充电控制电路，充电控制电路的输出经过继电器， 连接到充电功率电路模块，完成以指定的电流对电池充电。充电控制电路见图5，具体实现
恒流充电控制电路是由运算放大器U2构成的电压跟随电路，U2的输入是单片机控制的充电电流D/A信号，U2的输出经过电阻R8连接到公共输出端，公共输出端通过电阻R2接地。恒压充电控制电路，由运算放大器U1、电容El构成的积分电路组成，充电电压D/ A接到Ul的同相输入端，反馈回来的电池电压信号输入到Ul的反相输入端，Ul的输出经过电阻R4和二极管Dl连接到公共输出端。恒功率充电控制电路，由运算放大器U3、电容E2构成的积分电路组成，充电功率 D/A接到U3的同相输入端，反馈回来的电流信号与电池电压信号经过硬件乘法器U5、差分放大器U4，输入到U3的反相输入端，U3的输出经过电阻R9和二极管D2连接到公共输出端。公共输出端的电压是U1、U2、U3的输出电压综合作用的结果，U2的输出在充电过程中始终起作用，U1、U3的输出则通过D1、D2的开启和关闭实现与公共输出端的连接和断开。若设备工作在恒流充电模式，此模式下，电池组的电压低于恒压设定值，充电功率低于恒功率设定值，Ul、U3的输出达到饱和，而饱和值高于U2的输出电压，则Dl、D2关断，控制电路只有恒流电路起作用，充电功率电路只受电流D/A的控制。单片机将充电电流采样值与充电电流的设定值作比较，如果采样值比设定值小，则增加电流D/A;反之，则减小电流D/A。若设备工作在恒压充电模式，在恒压模式下，Dl处于开启状态，D2的状态取决于恒功率的设定值，控制电路由恒流、恒压、恒功率的综合作用。若电池组电压达到恒压设定值，则恒压电路起主要作用。若充电电压D/A与反馈电压相等，则Ul的输出维持不变；若充电电压D/A小于反馈电压，则Ul的净输入为负，Ul的输出电压将减小，公共输出端的电压也随之减小，充电功率电路的电流相应减小，电池电压降低；反之，若充电电压D/A大于反馈电压，则Ul的净输入为正，Ul的输出电压将增大，电池电压升高。通过上述的反馈原理， 将电池电压维持设定值的水平，达到恒压的效果。若设备工作在恒功率充电模式，在此模式下，电池组电压低于恒压设定值，Dl处于关闭状态，D2开启，控制电路由恒流、恒功率的综合作用。若电池组电压达到恒功率设定值， 则恒功率电路起主要作用。若充电功率D/A与反馈功率信号相等，则U3的输出维持不变; 若充电功率D/A小于反馈功率信号，则U3的净输入为负，U3的输出电压将减小，公共输出端的电压也随之减小，充电功率下降；反之，若充电功率D/A大于反馈功率信号，则U3的净输入为正，U3的输出电压将增大，充电功率提高。通过上述原理，将充电功率维持在设定值的水平，起到恒功率的作用。3.3放电控制模块
放电控制模块的功能(I)采集放电电流、电池组电压，并通过SPI将数据传给单片机。
(2)单片机通过SPI控制放电D/A，放电D/A有两路，放电电流D/A、放电功率D/A，分别对应恒流控制电路的电流设定值、恒功率控制电路的功率设定值。(3)放电D/A、放电电流、电池组电压输入到放电控制电路，产生的输出经过继电器，最终到达放电功率电路模块，使设备以指定的电流放电。放电控制电路见图6，具体实现
恒流放电控制电路是由运算放大器Uld构成的电压跟随电路，Uld的输入是单片机控制的放电电流D/A信号，Uld的输出经过电阻R4d连接到公共输出端，公共输出端通过电阻 R2d接地。恒功率放电控制电路，由运算放大器U2d、电容Eld构成的积分电路组成，放电功率D/A接到U2d的同相输入端，反馈回来的放电电流信号与电池电压信号经过硬件乘法器 Md、差分放大器U3d，输入到U2d的反相输入端，U2d的输出经过电阻R7d和二极管Dld连接到公共输出端。公共输出端的电压是Uld、U2d的输出电压综合作用的结果，Uld的输出在放电过程中始终起作用，U2d的输出则通过Dld的开启和关闭实现与公共输出端的连接和断开。若设备工作在恒流放电模式，此模式下放电功率低于恒功率设定值，U2d的输出达到饱和，而饱和值高于Uld的输出电压，则Dld关断，控制电路只有恒流电路起作用，放电功率电路只受放电电流D/A的控制。单片机将放电电流采样值与放电电流的设定值作比较， 如果采样值比设定值小，则增加放电电流D/A ;反之，则减小放电电流D/A。若设备工作在恒功率放电模式，在此模式下Dld处于开启状态，控制电路由恒流、 恒功率的综合作用。若放电功率达到恒功率设定值，则恒功率电路起主要作用。若放电功率D/A与反馈功率信号相等，则U2d的输出维持不变；若放电功率D/A小于反馈功率信号，则 U2d的净输入为负，U2d的输出电压将减小,公共输出端的电压也随之减小,放电功率下降； 反之，若充电功率D/A大于反馈功率信号，则U2d的净输入为正，U2d的输出电压将增大，放电功率提高。通过上述原理，将放电功率维持在设定值的水平，起到恒功率的作用。3. 6其他模块
充放电功率电路模块有充电和放电两个回路，分别受控于充电控制模块、放电控制模块，它的主要功能是用指定的电流对电池组进行充电和放电。单体电压采集模块、温度采集模块将采集的数据传输到单片机，以实现单体恒压、单体过压保护、单体欠压保护、超温保护等功能。
权利要求
1.一种高压电池组测试系统，包括CPU模块、放电控制模块、充电控制模块、放电功率电路、充电功率电路、功率电源和单体电压采集模块，电池组通过单体电压采集模块与所述的CPU模块连接，电池组与放电功率电路连接，电池组与充电功率电路连接，CPU模块通过功率电源与充电功率电路连接，所述的放电功率电路与所述的放电控制模块连接，所述的充电功率电路与所述的充电控制模块连接，放电控制模块与CPU模块连接，充电控制模块与所述的CPU模块连接。
2.根据权利要求I所述的一种高压电池组测试系统，其特征在于所述的CPU模块与上位机连接。
3.根据权利要求2所述的一种高压电池组测试系统，其特征在于所述的CPU模块与温度采集模块连接。
4.根据权利要求3所述的一种高压电池组测试系统，其特征在于所述的CPU模块通过充电隔离接口与充电控制模块连接，所述的CPU模块通过放电隔离接口与放电控制模块连接，所述的CPU模块通过功率电源隔离接口与功率电源连接，单体电压采集模块通过CAN收发器与CPU模块连接，温度采集模块通过所述的CAN收发器与CPU模块连接，所述的CPU模块通过485模块或以太网控制器与上位机连接，所述的CPU模块连接设置有实时时钟，所述的CPU模块连接设置有EEPR0M，所述的CPU模块连接设置有开关量输入模块，所述的CPU模块连接设置有控制开关。
5.根据权利要求4所述的一种高压电池组测试系统，其特征在于所述的充电控制模块包括充电电流A/D采集模块、充电控制D/A模块和充电控制电路，充电功率电路通过充电电流A/D采集模块与充电隔离接口连接，充电功率电路与充电控制电路连接，充电隔离接口通过充电控制D/A模块与充电控制电路连接。
6.根据权利要求5所述的一种高压电池组测试系统，其特征在于所述的放电控制模块包括电压A/D采集模块、放电电流A/D采集模块、放电控制D/A模块、放电控制电路、保护电路，放电功率电路通过电压A/D采集模块与放电隔离接口连接，放电功率电路通过放电电流A/D采集模块与放电隔离接口连接，放电功率电路与放电控制电路连接，放电功率电路与保护电路连接，放电隔离接口通过放电控制D/A模块与放电控制电路连接。
7.根据权利要求6所述的一种高压电池组测试系统，其特征在于所述的充电控制电路包括型号为AD834的第一乘法器、型号为0P07的第一运算放大器、型号为0P07的第二运算放大器、型号为0P07的第三运算放大器和型号为0P07的第四运算放大器，第一乘法器的第五引脚通过第二十电阻与第四运算放大器的第三引脚连接，第一乘法器的第四引脚通过第二十四电阻与第四运算放大器的第二引脚连接，第四运算放大器的第六引脚通过第二十三电阻与第三运算放大器的第二引脚连接，第三运算放大器的第二引脚与第六引脚之间设置有第二电容，第三运算放大器的第六引脚通过第九电阻与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极接充电功率电路，第二运算放大器的第二引脚与第六引脚连接，第二运算放大器的第六引脚通过第八电阻接充电功率电路，第一运算放大器的第二引脚通过第一电容与第一运算放大器的第六引脚连接，第一运算放大器的第六引脚与第一二极管的负极连接， 第一二极管的正极通过第四电阻接充电功率电路；所述的放电控制电路包括型号为AD834的第二乘法器、型号为0P07的第五运算放大器、型号为0P07的第六运算放大器和型号为0P07的第七运算放大器，第二乘法器的第五引脚通过第十四电阻与第七运算放大器的第三引脚连接，第二乘法器的第四引脚通过第十八电阻与第七运算放大器的第二引脚连接，第七运算放大器的第六引脚通过第十七电阻与第六运算放大器的第二引脚连接，第六运算放大器的第六引脚通过第七电阻与第三二极管的负极连接，第三二极管的正极与放电功率电路连接，第五运算放大器的第二引脚与第六引脚连接，第五运算放大器的第六引脚通过第五电阻与放电功率电路连接。
全文摘要
本发明公开了一种高压电池组测试系统，包括CPU模块、放电控制模块、充电控制模块、放电功率电路、充电功率电路、功率电源和单体电压采集模块，电池组通过单体电压采集模块与CPU模块连接，电池组与放电功率电路连接，电池组与充电功率电路连接，CPU模块通过功率电源与充电功率电路连接，放电功率电路与放电控制模块连接，充电功率电路与充电控制模块连接，放电控制模块与CPU模块连接，充电控制模块与CPU模块连接，其优点是本系统是以单片机为核心处理元件，通过采集电池组的单体电压、总电压、温度、充电电流、放电电流等信息，计算电池组的充放电时间、容量、能量等，并通过以太网、RS485总线将数据发送到上位机。
文档编号G01R31/36GK102590758SQ20121003778
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者刘存霖, 孙良武, 李小华, 熊宗保, 肖军 申请人:宁波拜特测控技术有限公司