CN103091638A - 一种蓄电池模拟系统 - Google Patents

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魏学哲
陈金干
韩豫萍
阮继兵
靳国强
陆宏斌
曾群欣
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Abstract

本发明公开一种蓄电池模拟系统，包括一个母板和若干个子板，母板由电源模块、通讯模块和卡槽模块组成，子板由第一路电压模拟电路、第二路电压模拟电路、电压电流采集电路、控制器、和通讯模块组成，系统工作时，子板插入母板卡槽，通过母板的通讯接口与上位机连接，构成一个完整的电池模拟系统。该系统模拟电池单体电压输出范围0～5V，可以模拟锂电池、铅酸电池、镉镍电池等二次电池，通过系统级联，可以模拟多种单体电池的串并联方式。

Description

一种蓄电池模拟系统
技术领域：
本发明涉及蓄电池领域，具体的说是一种蓄电池模拟系统。
背景技术：
在电池管理系统的V模式开发过程中，为了验证对电池模块的控制策略，需要配置蓄电池组的多种工况，由于蓄电池充放电过程很慢，并且频繁充放电，会增大电池内阻，影响测试效果，尤其是在均衡测试时，单体电池的电压不容易设定，电池组很难得到不同工况，对技术人员验证均衡策略带来很大困难。
发明内容：
为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种蓄电池模拟系统，其可以模拟多路蓄电池单体的串并联联输出。
为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以实现：
一种蓄电池模拟系统，该系统包括一个母板和若干个子板，母板由电源模块、第一通讯模块和卡槽模块组成，第一通讯模块与上位机进行通讯，电源模块输入220V交流电，通过变压器及二极管整流装置，输出直流电源，作为子板的供电电源；子板由第一路电压模拟电路、第二路电压模拟电路、电压电流采集电路、控制器模块和第二通讯模块组成，该上位机通过该第二通讯模块与控制器进行数据通讯，用户设定的电压值由上位机通过该第二通讯模块传送至控制器，并分别经第一路电压模拟电路和第二路电压模拟电路输出有电流输出能力的电压，同时将输出电压值采集，回馈至控制器，经第二通讯模块传送至上位机；每一个子板可以模拟两个电池单体，一个母板和N个子板可模拟2*N路单体的串联电路。
作为本发明的进一步特征，所述子板中的第一路电压模拟电路、第二路电压模拟电路、电压电流采集电路的电源隔离，不共地。
作为本发明的进一步特征，所述子板中的电压模拟电路由电源隔离模块、通讯隔离模块、AD转换模块、功率运放模块和DA转换模块组成，实现电压的模拟。
作为本发明的进一步特征，所述子板中的电压电流采集电路由电源隔离模块、电阻采样模块、差分放大模块、电流采样模块、运放模块、AD模块和通讯隔离模块组成。
作为本发明的进一步特征，所述母板的卡槽模块设有若干固定所述子板的卡槽，同时有与子板连接的电源端子和通讯接线端子。
作为本发明的进一步特征，所述每路模拟单体的输出电压范围为0～5V，可模拟蓄电池或锂离子电池或镍镉电池或铅酸电池。
作为本发明的进一步特征，所述整个系统采用通讯网络为CAN或LIN或RS232。
由于采用以上技术方案，本发明的一种蓄电池模拟系统，可以模拟多路蓄电池单体的串并联联输出，每个单体电压可根据需要设定，每路电压电流可以采样，传送至上位机，有效的解决了电池组均衡策略验证问题。同时，该系统通过级联，可以模拟多个电池组的串并联，容易扩展。
附图说明：
图1为本发明的电池模拟系统的母板功能框图
图2为本发明的电池模拟系统的子板功能框图
图3为本发明的子板电压模拟电路的原理框图
图4为本发明的子板电流采集电路的原理框图
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的实施方式。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为所述电池模拟系统的母板功能框图，母板10包括电源模块11、CAN通讯模块12、卡槽模块13。电源模块11输入为220V交流电，通过变压器及二极管整流装置，输出12V直流电源，作为子板的供电电源。CAN通讯模块12作为与上位机通讯的接口，将采集的单体电压和单体电流等数据传送至上位机，将用户设定的电压值由上位机传送至控制器，经电压模拟电路输出。卡槽模块13用于固定子板，同时通过卡槽中的端子实现子板电源和CAN通讯线的连接，子板插入卡槽，就会成为CAN网络的一个节点，通过不同的ID就可接收和发送该子板相关的数据。每一个子板可以模拟两个电池单体，一个母板和N个子板可模拟2*N路单体的串联电路。所述每路模拟单体的输出电压范围为0～5V，可模拟蓄电池或锂离子电池或镍镉电池或铅酸电池。本发明整个系统采用通讯网络为CAN或LIN或RS232。
图2为所述电池模拟系统的子板功能框图，子板20包括第一路电压模拟电路21、第二路电压模拟电路22、电流采集电路23、控制器24、CAN通讯模块25，第一路电压模拟电路21、第二路电压模拟电路22、电压电流采集电路23的电源隔离，不共地，该电压模拟电路由电源隔离模块31、32、通讯隔离模块33、A/D转换模块44、功率运放模块35和D/A转换模块34组成，实现电压的模拟；电压电流采集电路由电源隔离模块、电阻采样模块46、差分放大模块41、电流采样模块42、运放模块43、A/D模块44和通讯隔离模块45组成。
第一路电压模拟电路21主要功能是第一路模拟电压的输出和采集，用户根据需要在上位机输入电压设定值，通过CAN通讯模块，输入至控制器，经电压模拟电路，输出第一路有电流输出能力的0～5V电压，最大电流达200mA，同时将输出电压值采集，回馈至控制器，经CAN通讯模块传送至上位机。第二路电压模拟电路22功能与第一路电压模拟电路功能相同，用来输出和采集模拟第二路电压。电流采集电路23采集两路模拟单体电压的输入输出电流。控制器24负责数据的计算、分析、处理。CAN通讯模块25把控制器输出数据传送至上位机，同时把上位机数据传送至控制器。
图3为电压模拟电路的原理图，以第一路电压模拟电路为例，母板20的电源模块21输出的12V直流电源，作为第一路电压模拟电路21的供电电源，经电源隔离模块31(12V转12V)和电源隔离模块32(12V转5V)，输出稳定的独立的5V电源，为通讯隔离模块33、D/A模块34和运放模块35提供电源。电源隔离模块31的输出，经VREF1转换为D/A模块提供基准电压。控制器根据用户需要输出设定值到通讯隔离模块33，通过D/A模块34把数字量转换为模拟量，通过运放模块35对信号放大，提高过流能力，在C1+和C1-之间输出0～5V的直流电压。
第二路模拟电压电路原理与第一路模拟电压电路原理相同，在C2+和C2-两端输出0～5V直流电压。
图4为电压电流采集电路的原理图，同样以第一路电流采集为例，电流采集是应用分流器原理，在回路中串联采样电阻46来实现的。母板20的电源模块21输出的12V直流电源，作为第一路电压模拟电路21的供电电源，经电源隔离，输出稳定的独立的5V电源。采样电阻46两端的电压信号输入至电流采集模块42进行数据处理，传送至运放模块43，实现电流信号的采集；同时C1+和C1-两端电压经过差分模块41放大，完成电压信号的采集。电压电流采集信号经A/D转换模块44和通讯隔离模块45后，转变为控制器可读取的信号，输入至控制器，再通过CAN总线传送至上位机。
以锂离子电池组为例来说明，模拟一个由12个锂离子电池串联成的电池模块，可选用1个母板和6个子板的组合，把6个子板分别插入母板的6个卡槽中，子板的CAN通讯与母板的CAN通讯模块即可形成通讯网络，母板电源模块输出的12V分别与六个子板的电源输入端连接。将子板1的C1-和C2+连接即可实现两个电池单体的串联，继续将子板1的C2-和子板2的C1+连接，子板2的C1-和子板2的C2+连接，同样的方法，将其它单体依次串联，直到子板6的C1-和子板6的C2+连接，完成12个单体的串联，子板1的C1+为电池模块的总正端，子板6的C2-为电池模块的总负端。
通过上位机任意设定单体电压值，通过CAN通讯读取电压的采样值，对单体电压实时监控。电池管理系统工作，验证其均衡策略是否与设想一致。
当然，上述说明并非对本技术方案的限制，任何在该技术方案的实质上的变化、修订、延伸均落入本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种蓄电池模拟系统，其特征在于：该系统包括一个母板和若干个子板，母板由电源模块、第一通讯模块和卡槽模块组成，第一通讯模块与上位机进行通讯，电源模块输入220V交流电，通过变压器及二极管整流装置，输出直流电源，作为子板的供电电源；子板由第一路电压模拟电路、第二路电压模拟电路、电压电流采集电路、控制器模块和第二通讯模块组成，该上位机通过该第二通讯模块与控制器进行数据通讯，用户设定的电压值由上位机通过该第二通讯模块传送至控制器，并分别经第一路电压模拟电路和第二路电压模拟电路输出有电流输出能力的电压，同时将输出电压值采集，回馈至控制器，经第二通讯模块传送至上位机；每一个子板可以模拟两个电池单体，一个母板和N个子板可模拟2*N路单体的串联电路。
2.根据权利要求1所述的蓄电池模拟系统，其特征在于：所述子板中的第一路电压模拟电路、第二路电压模拟电路、电压电流采集电路的电源隔离，不共地。
3.根据权利要求2所述的蓄电池模拟系统，其特征在于：所述子板中的电压模拟电路由电源隔离模块、通讯隔离模块、A/D转换模块、功率运放模块和D/A转换模块组成，实现电压的模拟。
4.根据权利要求2所述的蓄电池模拟系统，其特征在于：所述子板中的电压电流采集电路由电源隔离模块、电阻采样模块、差分放大模块、电流采样模块、运放模块、A/D模块和通讯隔离模块组成。
5.根据权利要求1所述的蓄电池模拟系统，其特征在于：母板的卡槽模块设有若干固定所述子板的卡槽，同时有与子板连接的电源端子和通讯接线端子。
6.根据权利要求1所述的蓄电池模拟系统，其特征在于：每路模拟单体的输出电压范围为0～5V，可模拟蓄电池或锂离子电池或镍镉电池或铅酸电池。
7.根据权利要求1所述的蓄电池模拟系统，其特征在于：整个系统采用通讯网络为CAN或LIN或RS232。
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