CN105223505A - 基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明是嵌入式系统控制的蓄电池模拟器。在应用方面代替真实各种蓄电池，节约测试成本，提高设备使用率，大大降低测试劳动强度。基本工作流程是将蓄电池仿真数据表格导入微处理器，微处理器根据测量得到的总电流、荷电状态（SOC）等数据，外推新的荷电状态(SOC)，计算出输出的端口电压，实现蓄电池的充放电仿真，并且做到5MS刷新。通过上位机内运行的专业软件控制电源与电子负载工作状态，能够模拟真实蓄电池的充电和放电特性。

Description

基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器

技术领域

本发明属于一种采用上位机软件操作，嵌入式微处理器采用模拟量控制方式对电源，电子负载工作状态发出指令、可编程、高灵活性蓄电池模拟器（简称：蓄电池模拟器），属于光机电一体化-工业生产过程控制系统-新型控制技术和产品的前端研究。

背景技术

在应用方面替代真实各种蓄电池，极大的扩展了各种测试使用环境，不仅轻松搭建一对多测试系统或多对一测试系统，而且很大程度上节约测试成本，提高设备使用率，大大降低测试劳动强度，此类产品的应用遍及核能，太阳能，电池，消费类电子，LED，汽车，航空，航天等，突破国外技术垄断，填补了我国在蓄电池模拟器领域的空白。

发明内容

图1为项目总体技术方案

工作原理：蓄电池模拟器是由动态电子负载和开关电源并行工作，电子负载和电源由微处理器编程控制。基本工作流程，将蓄电池仿真数据表导入微处理器，微处理器根据测量得到的总电流、荷电状态（SOC）等数据，外推新的荷电状态(SOC)，计算出输出的端口电压，实现蓄电池的充放电仿真，并且做到5MS刷新。

附图2为蓄电池仿真数据表：蓄电池仿真数据表是由端口电压、输出电流、荷电状态（SOC）组成的二维表格，表格的列首为充放电电流值，表格行首为荷电状态（SOC），表格数据位端口电压。

可实现的功能

1.恒流充电、放电试验

1.1用于对单体电池或电池组进行恒流充电或者恒流放电

1.2在恒流放电测试项目中，放电电流保持恒定（此恒定电流值可人为设置），放电截至条件以最低放电电压为依据进行判断，同时也可人为设置放电时间作为放电截至条件（此处可分为两种模式进行处理，由用户进行灵活选择）

1.3在恒流充电测试项目中，分为恒流充电和恒压充电两部分，先进行恒流充电，当恒流充电达到上截至电压值时转为恒压充电。恒压放电结束条件为最小截至放电电流或者恒压充电时间长度。

1.4在恒流充放电试验部分需要可以设置的参数如下：

1）电池恒流充电电流值、

2）转换恒压充电时的电压值

3）充电结束条件（恒压下最小电流值或者恒压充电时间）

4）电池恒流放电电流值

5）电池恒流放电下截至电压值（恒流放电模式1）

6）恒流放电时间（恒流放电模式2）

7）在恒流充电和恒流放电之间需设定适当的静置时间(静置时间设定)

2.脉冲充放电试验

2.1用于对单体电池或电池组进行脉冲充电或者脉冲放电。

2.2在恒流脉冲放电项目中，可以对电池进行脉冲式放电，即放电一段时间然后停止放电，再进行放电一段时间，在停止，如此循环，直到电池电压达到下截至电压。

2.3在恒流脉冲充电项目中，可以对电池进行脉冲充电，形式与脉冲放电类似，但当恒流脉冲充电到上截至电压时，即转为恒压脉冲式充电，在恒压脉冲充电过程中，电流会不断减小，为了防止试验时间过长，当电流小于一定程度的时候，该恒压脉冲充电将转换为恒压充电，试验截至条件为电池的最小充电电流。

2.4在恒流脉冲充放电试验部分需要可以设置的参数如下：

1）电池脉冲放电电流值大小

2）电池脉冲放电下截至电压

3）电池脉冲放电时间间隔（包括放电平台时间间隔和停止放电时间间隔）

4）电池脉冲充电电流值大小

5）电池脉冲恒流充电转化为脉冲恒压充电的电压条件

6）电池脉冲恒流充电时间间隔（包括充电平台时间间隔和停止充电时间间隔）

7）电池脉冲恒压充电转化为恒压充电的电流条件值

8）试验结束时的最小电流值

9）在脉冲放电和脉冲充电试验之间需设置静置时间

2.5脉冲图形见附图3

3.单体电池或电池组充放电循环试验

1）可以设置充放电循环次数

2）可以设置循环停止条件：循环次数

4.循环工况测试：

可以进行各种循环工况的测试，即按照用户提供的工况数据曲线进行试验，采用调用对应格式的数据文件实现（如调用EXCEL文件，调用TXT文件等），提供的数据文件会以最小1s左右的为时间间隔进行变化。该部分分为两种工作模式进行工作，一种是功率模式，即提供的工况数据文件的单位是功率，一种是电流模式，即提供的工况数据文件的数据单位是电流。

5.保护报警功能：

1.软件方面：温度报警，电压报警和电流报警（过流，断路，短路之类的情况）

2.硬件方面：硬件单独支持可以设定最小电压，最大电流等硬件保护措施。（此部分为强制保护措施，独立于软件）。

Claims (12)

1.基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是当单机使用时，通过上位机内运行的专业软件控制电源与电子负载的工作状态，能够模拟真实蓄电池的充电和放电特性。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是采用嵌入式微处理器控制整个系统运行。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是具有RS232串口与IEEE802.3af以太网网络接口，CAN口。

4.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是可灵活组合不同功率等级的电源与电子负载。

5.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是在相同功率的要求下，可灵活组合电压范围在0-1500V、电流范围在0-5000A的电源与电子负载。

6.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是模拟各种不同容量的蓄电池组合的充放电特性，并且可以模拟镍氢电池、镉镍电池、锂电池，锌银电池单体串并联故障的蓄电池组。

7.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是用户可以直接在操作界面上设置充放电曲线中想实现的某几个数值点，控制系统能够自动采用拟合方式，实现输出特性曲线，并且可以微调。

8.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是能够模拟真实的蓄电池进行放电和充电，放电/充电过程中蓄电池组模拟器可以无间隙调整放电/充电电流，且不受充电/放电电流改变的影响，保证蓄电池组模拟器输出不断电。

9.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是蓄电池组模拟器系统可以在充电状态和放电状态之间自动切换，并且做到5MS刷新。

10.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是在充电状态和放电状态之间自动切换的过程中，系统能够保证的最小电压过冲值为2V，恢复电压时间20ms。

11.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是蓄电池组模拟器系统能模拟储能蓄电池工作期间（包括充放电状态和闲置状态）的容量、电压等信号参数变化的规律，对外提供信号接口。

12.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统控制的蓄电池模拟器，其特征是控制器部分可单独拆卸，并且与任意可编程控制的电源，可编程控制的电子负载组合使用。