锂电池电压模拟器的电源装置的制作方法

本实用新型涉及一种锂电池电压模拟器的电源装置，属于电动汽车电池管理系统（BMS）的测试领域。

背景技术：

BMS作为电动汽车的三大核心部件之一，其性能好坏直接影响到电动汽车的安全性和可靠性，这就需要对BMS的功能和性能进行充分的验证考核。BMS通常包括检测模块与运算控制模块，相比较而言，检测模块的实现相对简单一些，主要实现单体电池的电压采集、温度采集、均衡使能等功能，但这些基础数据在之后的电池组管理中却起到了至关重要的作用，可以说如果没有这些基础的电池状态数据作为支撑，电池的系统管理就无从谈起。

目前多数厂家的BMS测试平台都是直接利用锂电池进行串联组模搭建，毕竟BMS的监测对象是锂电池，理论上而言，测试结果会更严谨，但随之也带来了一系列问题，比如由于锂电池的自放电特性会导致电压逐渐降低，所以就得定期对电池进行必要的充电维护；为了得到真实的电池电压数据，每次测试前往往需要对每个单体电池进行电压测量，为了方便操作，一般是将电池的正、负极裸露处理，这就会带来很大的安全操作隐患；锂电池模组比较重，用其搭建的测试平台过于笨重，转运性很差，不方便根据需要进行移动；另外，在对BMS的运算控制模块进行功能检测时，比如对于欠压、过压等电压故障点的检测，需要测试平台给BMS输入变化的电压值，但对于锂电池而言，让其电压瞬间有大的变化却比较困难，这也是锂电池电压测试平台的不足之处；除此之外，对企业而言，尤其是非电池企业，用锂电池进行BMS测试平台的搭建，带来的是试验室运营成本的直接上升。如上这些都是用锂电池搭建的测试平台的主要弊端所在。

实际上，对于BMS而言，测其电压采集功能时，需要的也仅仅是一个能够稳定输出的直流电压源，对这个直流电源的功率并没有太大要求。因此，使用锂电池电压模拟器，在生产和调试过程中，使用会很方便，且免维护、安全、便携、成本低。

技术实现要素：

为了解决由锂电池搭建的BMS测试平台带来的转移性差、定期维护要求高、成本高、操作安全性差、扩展性差等问题，本实用新型提供了一种锂电池电压模拟器的电源装置。

本实用新型所采用的技术方案：

一种锂电池电压模拟器的电源装置，包括壳体组件以及内置功能组件，所述功能组件由电路板配以电子元器件组成，并通过紧固件固定在壳体底部，所述功能组件包括AC/AC变压模块、AC/DC转换模块以及DC稳压调节模块，所述AC/AC变压模块采用若干个电源变压器，外部连接交流电源，所述每一个电源变压器设有两组次级输出端，每一个次级输出端连接一个AC/DC转换模块，每个AC/DC转换模块输出连接DC稳压调节模块，所述DC稳压调节模块输出端依次串联连接，各连接节点均与壳体组件的直流电压输出面板上固定的接线柱相连，所述壳体组件的直流电压调节面板上固定有电压调节旋钮，所述电压调节旋钮与DC稳压调节模块相连用于线性调节输出的直流电压大小。

AC/AC变压模块的电源变压器采用全封闭环氧灌封，AC/DC转换模块采用分立式器件2KBP005实现交、直流的转换，DC稳压调节模块由三端正电压稳压器LM317及其外围匹配电路组成，实现输出直流电压从1.5V到5V的连续变化。

考虑到安全以及减少交、直干扰的需要，内置功能组件中的电路板在硬件设计时，将交流回路和直流回路分开，并在印制板上开槽进行物理的电、磁隔离，需要电气连接的电路部分通过接插件采用线束连接。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置，可以模拟锂电池（组）输出稳定的直流电压，用于检测电池管理系统（Battery management system，如下简称为BMS）的电压采集精度；除此之外，该电源装置的输出电压还可以线性调节，动态模拟锂电池（组）的电压故障，或欠压、或过压，进而验证BMS对于电压故障的判断、控制及报警功能，这一点是常规的锂电池电压测试平台所不具备的功能优势。

2、本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置，用能够输出稳定直流电压的功能组件来代替实际的锂电池，组成直流稳压电源测试平台，相比由锂电池组成的电压测试平台，该锂电池电压模拟器具有便携、免维护、成本低、安全、且功能多等优点，可以快速解决测试过程中急需解决的现实问题，尤其是用于多串电压检测功能的验证中，极大提高了测试的工作效率。

3、本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置，结构简单，使用方便，且免维护、安全、便携、成本低等，而且可以根据需要进行灵活的串联扩展。在生产和调试过程中，不但能够输出稳定的、精度满足要求的直流电压，方便了BMS测试平台在生产和调试过程中的使用，而且能够对BMS涉及电压故障的运算控制功能进行验证，使得我们能够在测试时间、测试性能、测试广度和测试平台成本上取得很好的平衡。

附图说明

图1是本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置的功能框架示意图；

图2是本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置的原理示意图；

图3是本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置的前面板布局示意图；

图4是本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置的后面板布局示意图；

图5是锂电池电压模拟器的电源装置12组电池串联示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1～图5，本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置，包括壳体组件以及内置功能组件，所述功能组件由电路板配以电子元器件组成，并通过螺丝固定在壳体底部，所述功能组件包括AC/AC变压模块、AC/DC转换模块以及DC稳压调节模块，所述AC/AC变压模块采用6个电源变压器，外部连接交流电源，所述每一个电源变压器设有两组次级输出端，每一个次级输出端连接一个AC/DC转换模块，每个AC/DC转换模块输出连接DC稳压调节模块，所述DC稳压调节模块输出端依次串联连接，各连接节点均与直流电压输出面板上固定的接线柱相连，直流电压调节面板上固定有电压调节旋钮，所述电压调节旋钮与DC稳压调节模块相连，可线性调节输出的直流电压大小。

该电源装置的壳体组件由包围件、前面板、后面板组成。前面板为直流电压调节面板，12个直流输出电压的调节旋钮（01～12）整齐排列固定，布局如图3所示，按照通道对应关系，调节旋钮，可精确、动态控制相应通道输出的直流电压大小。

后面板为直流电压输出面板，面板布局如图4所示。面板右下角固定的是品字形AC220V电源插座，是该装置内部功能组件的工作电源输入端；面板右上角固定的是该装置的工作电源开关，通过控制AC220V电源的通断来决定功能组件是否上电，进而决定装置是否开始对外输出直流电压。接线柱共计14个，V0～V12，代表模拟电池组中相互串联的每节锂电池的正极和负极；当测试平台需要12路以上的直流电压通道时，可以将前一个电源装置的V12与下个电源装置的V0用导线跨接，首尾相连直接组成24串模拟锂电池组，因此，输出面板上，设置2个V0，是便于电源装置的串联拓展。

该电源装置内部的功能组件已经按照12节锂电池逐级串联方式进行设计，模拟锂电池组，可动态输出12路1.5V～5V的直流电压。图5所示为12节锂电池的串联示意图，图中B1～B12分别代表锂电池组中逐级串联的12节锂电池，B1的负极为电池组的总负，用V0表示；V1表示B1锂电池的正极或者B2锂电池的负极，……，B12的正极为电池组的总正，用V12表示。仿照此串联方式，装置内部的功能组件，通过硬件电路设计及装置线束跨接，实现12个直流电压输出通道的逐级串联，不同的是将单节锂电池用独立的稳压调节模块来替代，装置后面板的接线柱上，V0模拟第一节串联锂电池的负极，即锂电池组的总负，V1模拟第一节串联锂电池的正极或者第二节串联锂电池的负极，V2模拟第二节串联锂电池的正极或者第三节串联锂电池的负极，……，V12模拟第12节串联锂电池的正极，即锂电池组的总正。该装置中，有两个V0，目的是为了便于两台电源装置之间的串联需要，易于扩展。

该电源装置能够完全模拟锂电池输出稳定的直流电压，可用于验证BMS的电压检测功能；输出电压可线性调节，还可验证BMS的运算控制功能，实用性广。直流电压输出面板上固定有接线柱，便于通过配套线束装置与待测BMS连接；用于BMS功能测试时，只需按对应通道调节前面板的电压调节旋钮，即可输出测试所需的稳定直流电压，外部线束装置无需再进行串联模式搭建，操作简单便捷，易上手。

实施例2

本实施例的锂电池电压模拟器的电源装置，与实施例1不同的是，进一步的，AC/AC变压模块的电源变压器采用全封闭环氧灌封，AC/DC转换模块采用分立式器件2KBP005实现交、直流的转换，DC稳压调节模块由三端正电压稳压器LM317及其外围匹配电路组成，实现输出直流电压从1.5V到5V的连续变化。

AC/AC变压模块主要是电源变压器，采用全封闭环氧灌封，电磁特性好，输入过电压能力高，环境适应范围广，安全性能好，且体积小、功率密度大、价格经济，是工业级设备最佳的配套选择。一个电源变压器可最终实现两路直流电压输出，且每路直流电压均由独立的稳压调节模块控制，互不干扰，可维护性强。

AC/DC转换模块，通过分立式器件2KBP005实现交、直流的转换，无需额外的电路搭建，简单，稳定、可靠。

稳压调节模块由三端正电压稳压器及其外围匹配电路组成，可实现输出直流电压从1.5V到5V的连续变化，涵盖了目前所有类型的单体锂电池工作电压范围，通用性强。

三端正电压稳压器可采用LM317，可实现输出直流电压从1.5V到5V的宽范围调压，涵盖了目前所有类型的单体锂电池工作电压范围，不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。且具有稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点，通用性强。

本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置，壳体组件为塑料材质，便于开槽扩孔，功能拓展性强；装置总重量不超过4kg，整体尺寸不超过320×200×150（mm，长×宽×高）。构造简单、体积小，重量轻，便携，适合频繁转场使用。内置功能组件配以必要的线束连接，将各路直流输出按序首尾相连，完全模拟单体锂电池的串联，直流电压输出面板上的接线柱模拟各节相互串联的锂电池的正、负极，实际使用过程中，可以单独使用其中任意一路直流电压，也可以根据需要，使用其中任意几路串联的直流电压，且无需外部再增加串联线，操作简单便捷；直流电压调节面板上，按照通道对应关系，每个调节旋钮可以精确控制到每路输出电压，实现线性调节。由AC220V市电提供电源，即插即用，平时无需提前充电，免维护，操作简单。

本实用新型锂电池电压模拟器的电源装置，外部输出为直流弱电，可以在内部设置短路保险，使用过程中，通过有安全防护的接线柱来操作，无需像锂电池操作平台那样，直接接触锂电池正、负极，安全性高。

实施例3

本实施例的锂电池电压模拟器的电源装置，与实施例1或实施例2不同的是，考虑到安全设计以及减少交、直干扰的需要，内置功能组件中的电路板在硬件设计时，将交流回路和直流回路分开设计，并在印制板上开槽进行物理的电、磁隔离，需要电气连接的电路部分通过接插件采用线束连接，安全、规整、可维护性强。

本电源装置使用AC220V交流电作为输入电源，采用6个线性电源变压器降压后再进行整流，优点是耐高压且抗冲击强度大，最关键的是隔离作用效果好。 电源变压器选择额定功率为15W，能同时转换输出两路7.5V交流电压的线性电源变压器，首先达到降压的目的；之后每路低压交流通过整流器2KBP005转为直流输出给稳压调节模块。

整个功能组件，通过6路AC降压，12路整流、12路直流稳压调压，最终实现12路直流电压输出，这种设计可以尽可能确保各个回路独立，抗干扰性强，且便于维护。

采用上述实施方式提供的技术方案，可以完全替代由多节锂电池串联组成的电压测试平台，用于BMS的电压采集功能检测及基于电压故障的检测、控制功能验证，除此之外，该装置测试方法简单；平时无需维护，即插即用；安全；便携；性能稳定、可靠，有效提高了产品质量和检测的可靠性。