电池模拟器及电池模拟系统的制作方法

1.本实用新型涉及电池模拟领域，特别涉及一种电池模拟器及电池模拟系统。


背景技术：

2.研发使用电池供电的电子产品过程中，需要小批量对产品进行功能测试、充放电老化等。在产品未真正的研发完成前，直接使用电池进行测试可能导致电池过充或过放。当电池出现过充时，可能导致爆炸或起火。大容量电池属于危险产品，生产大容量电池或生产使用大容量电池的厂家都需要备案和特殊设计与管理生产场地。
3.目前也有可以进行电池模拟的仪器，但价格高，无法在生产车间进行大批量使用。市面上的电池模拟器大多是充电电路和放电电路分开设置，使得电池模拟器体积较大，生产成本高。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提出一种电池模拟器，旨在解决电池模拟器容易损坏的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提出一种电池模拟器，包括：
6.第一电压输入/输出接口，所述第一电压输入/输出接口用于接入电压转化设备；
7.第二电压输入/输出接口，所述第二电压输入/输出接口用于接入外部设备；
8.电池充放电模拟电路，所述电池充放电模拟电路的一端与所述第一电压输入/输出接口电连接，所述电池充放电模拟电路的另一端与所述第二电压输入/输出接口电连接；所述电池充放电模拟电路用于通过所述第一电压输入/输出接口与所述电压转化设备连接，将所述电压转化设备输出的电压进行降压处理，并将降压处理后的电压输出至所述外部设备，以模拟电池的放电过程；所述电池充放电模拟电路还用于将所述外部设备输出的电压进行升压处理，并将升压处理后的电压通过所述第一电压输入/输出接口输出至所述电压转化设备，以模拟电池的充电过程。
9.可选地，所述电池模拟器还包括：
10.通信接口，所述通信接口用于接入外部控制设备；
11.所述外部控制设备上设置有输入组件，所述输入组件用于在被用户触发时，输出对应的充电/放电参数设置信号，以使所述外部控制设备输出对应的充电/放电参数信号；
12.所述电池充放电模拟电路与所述通信接口连接，所述电池充放电模拟电路用于根据所述充电/放电参数信号模拟电池充电或放电，并将模拟结果输出至所述外部控制设备。
13.可选地，所述电池充放电模拟电路包括：
14.升降压电路和电流采样电路，所述升降压电路与所述第一电压输入/输出接口连接，所述电流采样电路的采样端与所述升降压电路连接，所述升降压电路的输入端与所述电流采样电路连接；
15.所述电流采样电路用于采集电池充放电模拟电路中的电流，并输出对应的电流信
号；
16.所述升降压电路用于接收所述电流采样电路输出的电流信号，并根据所述电流信号调节所述电池充放电模拟电路的输出电压升高/降低。
17.可选地，所述升降压电路包括控制器、mos管控制电路、第一nmos管、第二nmos管和第一电感，所述控制器的输入端与所述升降压电路的输入端连接，所述控制器的输出端与所述mos管控制电路的输入端连接，所述mos管控制电路的输出端与所述第一nmos管和所述第二nmos管的栅极连接，所述第一nmos管的漏极与所述第一电压输入/输出接口连接，所述第一电感的第一端与所述第一nmos管的源极和所述第二nmos管的漏极互连，所述第一电感的第二端与所述升降压电路的输出端连接，所述第二nmos管的源极接地；
18.所述控制器用于根据所述电流采样电路输出的电流信号输出对应的pwm信号；
19.所述mos管控制电路用于根据所述pwm信号控制第一nmos管和第二nmos管的导通时间。
20.可选地，所述电流采样电路包括第一电阻和第一放大器，所述第一电阻的第一端与所述电流采样电路的采样端和所述第一放大器的反相输入端互连，所述第一电阻的第二端与所述电流采样电路的输出端和所述第一放大器的正相输入端互连，所述第一放大器的输出端与所述升降压电路连接。
21.可选地，所述电池充放电模拟电路还包括：
22.滤波电路，所述滤波电路与所述电池充放电模拟电路的输出端连接；
23.所述滤波电路用于在所述电池充放电模拟电路模拟电池充放电的过程中，使输出电压保持稳定。
24.可选地，所述滤波电路包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述电池充放电模拟电路的输出端连接，所述第一电容的第二端接地。
25.本实用新型还提出一种电池模拟系统，所述电压模拟系统包括电压转化设备、外部控制设备及多个如上所述的电池模拟器，多个所述电池模拟器分别与所述电压转化设备电连接，多个所述电池模拟器分别与所述外部控制设备通信连接。
26.可选地，所述电池模拟系统还包括：
27.报警电路，所述报警电路的输入端分别与多个所述电池模拟器中的电池模拟电路连接；
28.多个所述电池模拟电路还用于检测第一电压输入/输出接口的电压值，并根据检测的电压值控制所述报警电路工作/停止工作。
29.本实用新型技术方案通过设置第一电压输入/输出接口、第二电压输入/输出接口和电池充放电模拟电路，电池充放电模拟电路通过第一电压输入/输出接口与电压转化设备电连接，在电池模拟器模拟电池给外部设备充电时，电压转化设备将市电转化为安全电压输出至电池模拟器，电池模拟器通过第二电压输入/输出接口将电压输出至外部设备；在电池模拟器模拟外部设备给电池充电时，电池模拟器将外部设备通过第二电压输入/输出接口输入的电量通过第一电压输入/输出接口输出至电压转化设备，使电池充放电模拟电路能模拟电池的充电和放电过程，不用将充电电路和放电电路分开设置，减小电池模拟器的体积，降低了电池模拟器的生产成本。本实用新型技术方案解决了电池模拟器体积较大，生产成本高的问题。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
31.图1为本实用新型电池模拟器一实施例的功能模块示意图；
32.图2为本实用新型电池模拟器另一实施例的功能模块示意图；
33.图3为本实用新型电池模拟器中电池充放电模拟电路一实施例的电路结构示意图；
34.图4为本实用新型电池模拟器一实施例的功能模块示意图；
35.图5为本实用新型电池模拟器另一实施例的功能模块示意图。
36.附图标号说明：
37.标号名称标号名称10第一电压输入/输出接口110电压转化设备20第二电压输入/输出接口120外部控制设备30电池充放电模拟电路130报警电路31升降压电路q1～q2第一nmos管～第二nmos管32电流采样电路l1第一电感33控制器r1第一电阻34mos管控制电路u1第一放大器40通信接口c1第一电容50滤波电路100电池模拟器
38.本实用新型目的的实现、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
39.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
42.本实用新型提出一种电池模拟器100。
43.参照图1，在本实用新型一实施例中，该电池模拟器100包括：
44.第一电压输入/输出接口10，所述第一电压输入/输出接口10用于接入电压转化设备110；
45.第二电压输入/输出接口20，所述第二电压输入/输出接口20用于接入外部设备；
46.电池充放电模拟电路30，所述电池充放电模拟电路30的一端与所述第一电压输入/输出接口10电连接，所述电池充放电模拟电路30的另一端与所述第二电压输入/输出接口20电连接；所述电池充放电模拟电路30用于通过所述第一电压输入/输出接口10与所述电压转化设备110连接，将所述电压转化设备110输出的电压进行降压处理，并将降压处理后的电压输出至所述外部设备，以模拟电池的放电过程；所述电池充放电模拟电路30还用于将所述外部设备输出的电压进行升压处理，并将升压处理后的电压通过所述第一电压输入/输出接口10输出至所述电压转化设备110，以模拟电池的充电过程。
47.本实施例中，电池充放电模拟电路30通过第一电压输入/输出接口10与电压转化设备110连接，电压转化设备110与220v的市电连接；在电池充放电模拟电路30模拟电池给外部设备充电时，电压转化设备110可以将220v的市电转化为24v的安全电压输出至电池充放电模拟电路30，电池充放电模拟电路30通过第二电压输入/输出接口20将电压输出至外部设备，该安全电压值不限定于24v，小于36v的电压都是安全电压的范围；电池充放电模拟电路30可以根据当前输出的电流按电池曲线数据实时递减电池电量(mah)，直到减到0mah为止；在递减过程中，电池充放电模拟电路30根据当前的电量值，按电池曲线换算为电压值，从而达到随着电池电量的消耗，同时电池电压也在降低，以达到电池模拟器100给外部设备充电的效果，其中电池放电曲线关系参数可以由电池生产厂家提供。在电池模拟器100模拟外部设备给电池充电时，外部设备通过第二电压输入/输出接口20将电压输出至电池充放电模拟电路30，由于电池充放电模拟电路30无法储存电能，所以电池充放电模拟电路30可以将外部设备输出至电池充放电模拟电路30的电能通过第一电压输入/输出接口10传输至电压转化设备110，而电池充放电模拟电路30可以根据检测到的充电电流进行电池电量的递增，而电池电压值则根据电池充电曲线进行电量与电压换算，以达到外部设备给电池模拟器100模拟充电的效果；随着充电电量的增加，电池电压也随之增加，当达到设定的满电量电池电压时，充电电流为0，即不再充电，表示充电完成。由于电池都存在内阻，所以电池模拟电路还有实现电池内阻模拟的功能，使得模拟的误差更小。
48.本实用新型技术方案通过设置第一电压输入/输出接口10、第二电压输入/输出接口20和电池充放电模拟电路30，电池充放电模拟电路30通过第一电压输入/输出接口10与电压转化设备110电连接，在电池模拟器100模拟电池给外部设备充电时，电压转化设备110将市电转化为安全电压输出至电池模拟器100，电池模拟器100通过第二电压输入/输出接口20将电压输出至外部设备；在电池模拟器100模拟外部设备给电池充电时，电池模拟器100将外部设备通过第二电压输入/输出接口20输入的电量通过第一电压输入/输出接口10输出至电压转化设备110，使电池充放电模拟电路30能模拟电池的充电和放电过程，不用将充电电路和放电电路分开设置，减小电池模拟器100的体积，降低了电池模拟器100的生产成本。本实用新型技术方案解决了电池模拟器100体积较大，生产成本高的问题。
49.参照图2，在一实施例中，所述电池模拟器100还包括：
50.通信接口40，所述通信接口40用于接入外部控制设备120；
51.所述外部控制设备120上设置有输入组件，所述输入组件用于在被用户触发时，输出对应的充电/放电参数设置信号，以使所述外部控制设备120输出对应的充电/放电参数信号；
52.所述电池充放电模拟电路30与所述通信接口40连接，所述电池充放电模拟电路30用于根据所述充电/放电参数信号模拟电池充电或放电，并将模拟结果输出至所述外部控制设备120。
53.本实施例中，电池模拟器100通过通信接口40与外部控制设备120通信连接，当用户想让电池模拟器100模拟不同的电池的充放电过程时，可以通过外部控制设备120上的输入组件，设置不同的电池充放电曲线参数，使外部控制设备120输出对应的充电/放电参数信号，电池充放电模拟电路30则会根据接收到的充电/放电参数信号模拟电池充电或放电的过程，其中具体的电池放电曲线关系参数可以由电池生产厂家提供，输入组件可以是实体按键或者虚拟按键；电池充放电模拟电路30在模拟完充电或者放电过程后，还会将模拟结果通过通信接口40输出至外部控制设备120。本实施例通过通信接口40接入外部控制设备120，可以使用户设置充电/放电参数设置信号，并接收电池充电/放电模拟结果。
54.参照图3，在一实施例中，所述电池充放电模拟电路30包括：
55.升降压电路31和电流采样电路32，所述升降压电路31与所述第一电压输入/输出接口10连接，所述电流采样电路32的采样端与所述升降压电路31连接，所述升降压电路31的输入端与所述电流采样电路32连接；
56.所述电流采样电路32用于采集电池充放电模拟电路30中的电流，并输出对应的电流信号；
57.所述升降压电路31用于接收所述电流采样电路32输出的电流信号，并根据所述电流信号调节所述电池充放电模拟电路30的输出电压升高/降低。
58.本实施例中，电池在充电或放电的过程中，电池内部电压都会发生改变，所以通过电流采样电路32可以采集电池充放电模拟电路30在充电或放电过程中的电流，并输出至升降压电路31，升降压电路31根据电流参数实时调整电池充放电模拟电路30的输出电压升高/降低，比如在电池模拟器100放电过程中，升降压电路31可以在接收到电流参数时降低电池充放电模拟电路30的输出电压，直至0；在电池模拟器100充电过程中，升降压电路31可以在接收到电流参数时升高电池充放电模拟电路30中的电压，直至电压与外部设备输出的电压相同，则代表充电完成。本实施例通过升降压电路31和电流采样电路32可以使电池充放电模拟电路30模拟电池充电或放电过程。
59.参照图3，在一实施例中，所述升降压电路31包括控制器33、mos管控制电路34、第一nmos管q1、第二nmos管q2和第一电感l1，所述控制器33的输入端与所述升降压电路31的输入端连接，所述控制器33的输出端与所述mos管控制电路34的输入端连接，所述mos管控制电路34的输出端与所述第一nmos管q1和所述第二nmos管q2的栅极连接，所述第一nmos管q1的漏极与所述第一电压输入/输出接口10连接，所述第一电感l1的第一端与所述第一nmos管q1的源极和所述第二nmos管q2的漏极互连，所述第一电感l1的第二端与所述升降压电路31的输出端连接，所述第二nmos管q2的源极接地；
60.所述控制器33用于根据所述电流采样电路32输出的电流信号输出对应的pwm信号；
61.所述mos管控制电路34用于根据所述pwm信号控制第一nmos管q1和第二nmos管q2的导通时间。
62.本实施例中，控制器33可以采用mcu芯片，控制器33会根据电流采样电路32输出的电流信号输出对应的pwm信号至mos管控制电路34，mos管控制电路34根据pwm信号来控制第一nmos管q1和第二nmos管q2的导通时间；在第一nmos管q1导通而第二nmos管q2断开时，电池充放电模拟电路30导通，第一电感l1会储存一部分电能；在第二nmos管q2导通而第一nmos管q1断开时，电池充放电模拟电路30导通不导通，第一电感l1则会释放储存的电能；所以第一nmos管q1导通时，电池充放电模拟电路30的输出电压大，第二nmos管q2导通时，电池充放电模拟电路30的输出电压小，通过pwm信号调整第一nmos管q1和第二nmos管q2的导通时间就可以实现调整电池充放电模拟电路30的输出电压上升或下降。
63.本实施例通过设置控制器33、mos管控制电路34、第一nmos管q1、第二nmos管q2和第一电感l1，能够使电池充放电模拟电路30具有充电电路和放电电路的效果，不用分开设置，减小电池模拟器100的体积，降低了电池模拟器100的生产成本。
64.参照图3，在一实施例中，所述电流采样电路32包括第一电阻r1和第一放大器u1，所述第一电阻r1的第一端与所述电流采样电路32的采样端和所述第一放大器u1的反相输入端互连，所述第一电阻r1的第二端与所述电流采样电路32的输出端和所述第一放大器u1的正相输入端互连，所述第一放大器u1的输出端与所述升降压电路31连接。
65.本实施例中，第一电阻r1用于采集电池充放电模拟电路30中的电流，第一放大器u1用于将第一电阻r1两端的电压进行等比例放大，然后输出至升降压电路31中的控制器33，并由控制器33把放大后的模拟量转换成实际的电流值，从而进行输入输出的曲线计算。
66.参照图3，在一实施例中，所述电池充放电模拟电路30还包括：
67.滤波电路50，所述滤波电路50与所述电池充放电模拟电路30的输出端连接；
68.所述滤波电路50用于在所述电池充放电模拟电路30模拟电池充放电的过程中，使输出电压保持稳定。
69.所述滤波电路50包括第一电容c1，所述第一电容c1的第一端与所述电池充放电模拟电路30的输出端连接，所述第一电容c1的第二端接地。
70.本实施例中，滤波电路50可以选用第一电容c1实现，第一电容c1在整流电压高于电容电压时充电，在电流电压低于电容电压时放电，以达到在电池充放电模拟电路30充放电过程中，使输出电压保持稳定的效果。本实施例通过滤波电路50使电池充放电模拟电路30输出的电压为稳定的直流电压。
71.本实用新型还提出一种电池模拟系统。
72.参照图4，在一实施例中，该电池模拟系统包括电压转化设备110、外部控制设备120及多个如上所述的电池模拟器100，多个所述电池模拟器100分别与所述电压转化设备110电连接，多个所述电池模拟器100分别与所述外部控制设备120通信连接。该电池模拟器100的具体结构参照上述实施例，由于本电池模拟系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，多个电池模拟器100分别与电压转化设备110和外部控制设备120连接，通过一个电压转化设备110可以给多个电池模拟器100供电，减少了电池模拟器100内部的供电电源部分，使得电池模拟器100的结构更加简单；而通过外部控制设备120设置一个电池模拟器100的充
电/放电参数后，可以将该参数同步设置到其他的电池模拟器100中，不用每个电池模拟器100都设置一次，降低了操作的繁琐性，减少出错的情况。
73.参照图5，在一实施例中，所述电池模拟系统还包括：
74.报警电路130，所述报警电路130的输入端分别与多个所述电池模拟器100中的电池模拟电路连接；
75.电池模拟电路还用于检测第一电压输入/输出接口10的电压值，并根据检测的电压值控制所述报警电路130工作/停止工作。
76.本实施例中，当电压转化设备110输出至任意一个电池模拟器100的电压超过安全电压，即36v时，该电池模拟电路会控制报警电路130工作，报警电路130可以采用蜂鸣及亮灯等方式提醒用户；当电压转化设备110输出至任意一个电池模拟器100的电压都不超过安全电压时，则电池模拟电路控制报警电路130停止工作。本实施例通过报警电路130在电压过大时工作，可以提醒用户出现故障。
77.以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的技术构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。