CN105548894B - 充电电池充放电一体化检测装置 - Google Patents

Abstract

充电电池充放电一体化检测装置，涉及电池检测领域。满足了对测量范围大、测量准确度高、稳定性好、速度快和使用方便的充电电池充放电一体化检测装置的需求。通过充电电路、恒流放电电路和恒压放电电路，实现了充电电池的充电检测和放电检测。充电电路通过直流基准源及反馈调节过程实现对充电电池的充电；同时还能实时监测充电的多少，便于及时调节充电电路。恒流放电电路和恒压放电电路作为负载对充电电池进行放电。本发明适用于储能装置检测。

Description

充电电池充放电一体化检测装置

技术领域

本发明涉及电池检测领域。

背景技术

储能用超级电容作为电源系统停电时的备用电源，已广泛的应用于工业生产、交通、通信等行业。如果超级电容失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必须对储能用超级电容的运行参数进行全面的在线监测。储能用超级电容状态的重要标志之一就是它的内阻。无论是超级电容即将失效、容量不足或是充放电不当，都能从它的内阻变化中体现出来。因此可以通过测量超级电容内阻，对其工作状态进行评估。

现在市场上对充电电池的单个性能进行测试的测试仪，其精度较低且速度也慢且现有的测试平台大都是对单体电容量或者只是对内阻进行测试，而且测量值也只是区间式的，做不到全面的参数测试，测试速度也难以满足要求。且由于采样和AD转换的限制,测试速度无法达到高速采集的需求,且不能达到同步采集的目的，实时性不高。况且在充电电池生产过程中要达到更高的一致性,非常有必要建立一个能够符合充电电池测试标准的充电电池测试系统。

因此，如何设计一种能够对对充电电池的参数做出全面的测试，且测量范围大、测量准确度高、稳定性好、速度快和使用方便的充电电池测试系统是十分必要的。

发明内容

本发明为了满足对测量范围大、测量准确度高、稳定性好、速度快和使用方便的充电电池充放电一体化检测装置的需求，提出了充电电池充放电一体化检测装置。

充电电池充放电一体化检测装置，该装置用于检测充电电池27，它包括充电电路、恒压放电电路和充电电池切换电路26；

充电电路包括电源系统1、直流基准源2、二号电流功率放大器3、三号中央控制器4、保护控制电路5、功率控制电路6、三号反馈调节电路7、三号误差及放大电路8、二号电流取样电路9和电压测量电路11；

电源系统1的电源输出端连接直流基准源2的电源输入端；直流基准源2的直流电压信号输出端连接二号电流功率放大器3的放大信号输入端；二号电流功率放大器3的两路放大信号输出端连接充电电池27的信号输入端；

二号电流功率放大器3的采样信号输出端连接二号电流取样电路9的采样信号输入端；二号电流取样电路9的采样信号输出端连接三号误差及放大电路8的放大信号输入端；三号误差及放大电路8的放大信号输出端连接三号反馈调节电路7的反馈信号输入端；三号反馈调节电路7的反馈信号输出端连接二号电流功率放大器3的反馈信号输入端；

电压测量电路11的两个测量信号输入端连接充电电池27的两个测量信号输出端；电压测量电路11的电压信号输出端连接三号中央控制器4的电压信号输入端；三号中央控制器4的保护信号输出端连接保护控制电路5的保护信号输入端；保护控制电路5的功率信号输出端连接功率控制电路6的功率控制信号输入端；功率控制电路6的功率信号输出端连接电源系统1的功率信号输入端；

充电电池27的切换信号输出端连接充电电池切换电路26的切换信号输入端；充电电池切换电路26的切换信号输出端连接恒压放电电路的输入端。

恒压放电电路包括一号中央控制器12、电压可调直流基准源13、电压前置放大器14、电压功率放大器15、电压取样电路16、一号误差及放大电路17和一号反馈调节电路18；

充电电池切换电路26的切换信号输出端连接恒压放电电路中的电压功率放大器15的切换信号输入端；

一号中央控制器12的控制信号输出端连接电压可调直流基准源13的信号控制信号输入端；电压可调直流基准源13的基准信号输出端连接电压前置放大器14的基准信号输入端；电压前置放大器14的放大信号输出端连接电压功率放大器15的放大信号输入端；电压功率放大器15的采样信号输出端连接电压取样电路16的采样信号输入端；电压采样电路16的采样信号输出端连接一号误差及放大电路17的放大信号输入端；一号误差及放大电路17的放大信号输出端连接一号反馈调节电路18的反馈信号输入端；一号反馈调节电路18的反馈信号输出端连接电压前置放大器14的反馈信号输入端。

充电电池充放电一体化检测装置，它还包括恒流恒流放电电路，充电电池切换电路26的切换信号输出端连接恒流放电电路中的一号电流功率放大器22的切换信号输入端；

恒流放电电路包括二号中央控制器19、电流可调直流基准源20、电流前置放大器21、一号电流功率放大器22、一号电流取样电路23、二号误差及放大电路24和二号反馈调节电路25；

二号中央控制器19的控制信号输出端连接电流可调直流基准源20的控制信号输入端；电流可调直流基准源20的基准信号输出端连接电流前置放大器21的基准信号输入端；电流前置放大器21的放大信号输出端连接一号电流功率放大器22的放大信号输入端；一号电流功率放大器22的采样信号输出端连接一号电流取样电路23的采样信号输入端；一号电流取样电路23的采样信号输出端连接二号误差及放大电路24的放大信号输入端；二号误差及放大电路24的放大信号输出端连接二号反馈调节电路25的反馈信号输入端；二号反馈调节电路25的反馈信号输出端连接电流前置放大器21的反馈信号输入端。

充电电池充放电一体化检测装置，充电电路还包括键盘与显示电路10，键盘与显示电路10的显示信号输入端连接三号中央控制器4的显示信号输出端。

充电电池充放电一体化装置，通过充电电路、恒压放电电路、恒流放电电路的构建，其测量范围大，电流范围为0.1A-200A，电压范围为1V-100V；测量准确度高，电压和电流的准确度均在±(0.05％RD+0.05％FS)、稳定性好，满足了对测量范围大、测量准确度高、稳定性好、速度快和使用方便的充电电池充放电一体化检测装置的需求。

此外充电电池充放电一体化检测装置的建立对于充电电池的基础性研究项目，具有很高的研究价值和现实意义。本发明适用于储能装置检测。

附图说明

图1为充电电池充放电一体化检测装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、参照图1说明本实施方式，本实施方式所述的充电电池充放电一体化检测装置，该装置用于检测充电电池27，它包括充电电路、恒压放电电路和充电电池切换电路26；

充电电路包括电源系统1、直流基准源2、二号电流功率放大器3、三号中央控制器4、保护控制电路5、功率控制电路6、三号反馈调节电路7、三号误差及放大电路8、二号电流取样电路9和电压测量电路11；

电源系统1的电源输出端连接直流基准源2的电源输入端；直流基准源2的直流电压信号输出端连接二号电流功率放大器3的放大信号输入端；二号电流功率放大器3的两路放大信号输出端连接充电电池27的信号输入端；

二号电流功率放大器3的采样信号输出端连接二号电流取样电路9的采样信号输入端；二号电流取样电路9的采样信号输出端连接三号误差及放大电路8的放大信号输入端；三号误差及放大电路8的放大信号输出端连接三号反馈调节电路7的反馈信号输入端；三号反馈调节电路7的反馈信号输出端连接二号电流功率放大器3的反馈信号输入端；

电压测量电路11的两个测量信号输入端连接充电电池27的两个测量信号输出端；电压测量电路11的电压信号输出端连接三号中央控制器4的电压信号输入端；三号中央控制器4的保护信号输出端连接保护控制电路5的保护信号输入端；保护控制电路5的功率信号输出端连接功率控制电路6的功率控制信号输入端；功率控制电路6的功率信号输出端连接电源系统1的功率信号输入端；

充电电池27的切换信号输出端连接充电电池切换电路26的切换信号输入端；充电电池切换电路26的切换信号输出端连接恒压放电电路的输入端。

本实施方式中，充电电池充放电一体化检测装置，通过充电电路、恒压放电电路，实现了充电电池的充电检测和放电检测功能。

电源系统1给直流基准源2提供电源后，直流基准源2输出稳定可调的直流电压信号，且该直流电压信号经过二号电流功率放大器3放大至所需的电流并作用在充电电池27的两端，实现对充电电池27的充电；

同时，二号电流功率放大器3放大后的电流经过二号电流取样电路9取样后，再一次经过三号误差及放大电路8、三号反馈调节电路7反馈给二号电流功率放大器3，实现电流的闭环反馈。该反馈环节使充电更加精准。

充电电路中的电压测量电路11实时监测充电电池27两端的电压，并将检测的电压发送至三号中央控制器4，经三号中央控制器4判断，若充电电池达到充电电压，则三号中央控制器4输出控制信号至保护控制电路5，保护控制电路5将该信号发送至功率控制电路6，再由功率控制电路6控制电源系统1的通断，实现对充电电池的充电电压的实时调节。

充电电池27与充电电池切换电路26连接，当需要使用恒压放电电路时，充电电池切换电路26切换至恒压放电电路，使充电电池27与恒压放电电路连通，经过恒压放电电路的作用，实现充电电池的恒压放电检测。

本实施方式所述的充电电池充放电一体化装置，通过充电电路、恒压放电电路的构建，其测量范围大，电流范围为0.1A-200A，电压范围为1V-100V；测量准确度高，电压和电流的准确度均在±(0.05％RD+0.05％FS)、稳定性好，满足了对测量范围大、测量准确度高、稳定性好、速度快和使用方便的充电电池充放电一体化检测装置的需求。

具体实施方式二、参照图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的充电电池充放电一体化检测装置的进一步说明，本实施方式中，恒压放电电路包括一号中央控制器12、电压可调直流基准源13、电压前置放大器14、电压功率放大器15、电压取样电路16、一号误差及放大电路17和一号反馈调节电路18；

充电电池切换电路26的切换信号输出端连接恒压放电电路中的电压功率放大器15的切换信号输入端；

一号中央控制器12的控制信号输出端连接电压可调直流基准源13的信号控制信号输入端；电压可调直流基准源13的基准信号输出端连接电压前置放大器14的基准信号输入端；电压前置放大器14的放大信号输出端连接电压功率放大器15的放大信号输入端；电压功率放大器15的采样信号输出端连接电压取样电路16的采样信号输入端；电压采样电路16的采样信号输出端连接一号误差及放大电路17的放大信号输入端；一号误差及放大电路17的放大信号输出端连接一号反馈调节电路18的反馈信号输入端；一号反馈调节电路18的反馈信号输出端连接电压前置放大器14的反馈信号输入端。

本实施方式中，恒压放电时，充电电池27由充电电池切换电路26切换到恒压放电电路中的电压功率放大器15电路上，实现放电，在此过程中，一号中央控制器12控制电压可调直流基准源13输出控制输出电压基准信号，该信号经过电压前置放大器14后，再经过电压功率放大器15放电，实现对充电电池27的放电。

同时电压取样电路16测量电压功率放大器15输出的放电电压，该放电电压经一号误差及放大电路17放大后，经一号反馈调节电路18反馈后再作用在电压前置放大器14上，从而实现闭环反馈控制，调节了放电的电压，实现了充电电池的精确放电，同时，防止了充电电池的过度放电。

具体实施方式三、参照图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的充电电池充放电一体化检测装置的进一步说明，本实施方式中，它还包括恒流恒流放电电路，充电电池切换电路26的切换信号输出端连接恒流放电电路中的一号电流功率放大器22的切换信号输入端；

恒流放电电路包括二号中央控制器19、电流可调直流基准源20、电流前置放大器21、一号电流功率放大器22、一号电流取样电路23、二号误差及放大电路24和二号反馈调节电路25；

二号中央控制器19的控制信号输出端连接电流可调直流基准源20的控制信号输入端；电流可调直流基准源20的基准信号输出端连接电流前置放大器21的基准信号输入端；电流前置放大器21的放大信号输出端连接一号电流功率放大器22的放大信号输入端；一号电流功率放大器22的采样信号输出端连接一号电流取样电路23的采样信号输入端；一号电流取样电路23的采样信号输出端连接二号误差及放大电路24的放大信号输入端；二号误差及放大电路24的放大信号输出端连接二号反馈调节电路25的反馈信号输入端；二号反馈调节电路25的反馈信号输出端连接电流前置放大器21的反馈信号输入端。

本实施方式中，恒流放电时，充电电池27由充电电池切换电路26切换到恒流放电电路中的一号电流功率放大器22上，实现恒流放电，在此过程中，二号中央控制器19控制电流可调直流基准源20输出控制输出电压基准信号，该信号经过电流前置放大器21后，再经过一号电流功率放大器22放电，实现对充电电池27的恒流放电。

同时一号电流取样电路23测量一号电流功率放大器22输出的放电电流，该放电电流经二号误差及放大电路24放大后，经二号反馈调节电路25反馈后再作用在电流前置放大器21上，从而实现闭环反馈控制，调节了放电的电压，实现了充电电池的精确放电，同时，防止了充电电池的过度放电。

具体实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的充电电池充放电一体化检测装置的进一步说明，本实施方式中，充电电路还包括键盘与显示电路10，键盘与显示电路10的显示信号输入端连接三号中央控制器4的显示信号输出端。

键盘与显示电路10用于显示经过中央处理器9处理后获得的充电电池的内阻的阻值的大小。

具体实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的充电电池充放电一体化检测装置的进一步说明，本实施方式中，该充放电一体化检测装置充放电电流的取值范围为0.1A—200A。

本实施方式中，该检测装置的电流测量准确度：±(0.05％RD+0.05％FS)。

具体实施方式六、本实施方式是对实施方式一所述的充电电池充放电一体化检测装置的进一步说明，本实施方式中，该充放电一体化检测装置的充放电电压的取值范围为1V—100V。

本实施方式中，该检测装置的电压测量准确度：±(0.05％RD+0.05％FS)。

电压可调直流基准源和电流可调直流基准源主要由高稳定的直流基准源LM199、20位数字模拟变换器AD5790和高精度运算放大器AD8676组成。稳定性好，调节细度大。

误差放大器由斩波自动稳零运算放大器OPA4188组成。它能够减小电压漂移，提高误差运算精度。

电压前置放大器和电流前置放大器主要由高压运放OPA445组成，输出电压高，电流大。

电流功率放大器主要由功率模块ETN36组成，使用16组并联，具有足够大的功率储备。

电压功率放大器主要由MOS功率场效应管FA57SA50LC组成，十个MOS功率场效应管FA57SA50LC并联成为一组，再有两组串联构成。具有相应快，电压、电流储备大的特点。

反馈调节电路主要由低漂移运放LT1051组成，调节迅速、可靠性高。

电压取样电路主要由高稳定性、低漂移电阻将高压分压成低电压，然后经过由自动稳零运算放大器OPA4188组成的射随器输出。

电流取样电路由RUG-Z功率电阻将电流变成电压信号，然后经过由自动稳零运算放大器OPA4188组成的射随器输出。

电源系统主要由电压变压器将电压降低，并经过整流滤波后形成各种直流电供给整个装置使用。

电压测量电路由高速模拟数字转换器AD9200组成，实时监视电压，过压时装置进行处理。

保护电路由高速电压比较器LT1016组成，当电压过流和电流过压时产生输出信号，装置进行处理。

中央控制器由高速单片机W77E516及其外围芯片组成，控制着各个部分的协调一致工作，同时还可以与上位机进行通讯。

键盘和显示电路主要有320X240液晶显示屏幕和HD7279键盘接口芯片组成。

电容切换电路主要有大功率继电器和驱动控制电路组成。

本发明是应用电压、电流闭环自动控制原理产生高稳定度、高准确度的电流电压、电流信号，从而对电容进行恒压、恒流充电。同时还能对电池进行恒压、恒流、恒功率和恒电阻放电。

Claims (5)

1.充电电池充放电一体化检测装置，该装置用于检测充电电池(27)，其特征在于，它包括充电电路、恒压放电电路和充电电池切换电路(26)；

充电电路包括电源系统(1)、直流基准源(2)、二号电流功率放大器(3)、三号中央控制器(4)、保护控制电路(5)、功率控制电路(6)、三号反馈调节电路(7)、三号误差及放大电路(8)、二号电流取样电路(9)和电压测量电路(11)；

电源系统(1)的电源输出端连接直流基准源(2)的电源输入端；直流基准源(2)的直流电压信号输出端连接二号电流功率放大器(3)的放大信号输入端；二号电流功率放大器(3)的两路放大信号输出端连接充电电池(27)的信号输入端；

二号电流功率放大器(3)的采样信号输出端连接二号电流取样电路(9)的采样信号输入端；二号电流取样电路(9)的采样信号输出端连接三号误差及放大电路(8)的放大信号输入端；三号误差及放大电路(8)的放大信号输出端连接三号反馈调节电路(7)的反馈信号输入端；三号反馈调节电路(7)的反馈信号输出端连接二号电流功率放大器(3)的反馈信号输入端；

电压测量电路(11)的两个测量信号输入端连接充电电池(27)的两个测量信号输出端；电压测量电路(11)的电压信号输出端连接三号中央控制器(4)的电压信号输入端；三号中央控制器(4)的保护信号输出端连接保护控制电路(5)的保护信号输入端；保护控制电路(5)的功率信号输出端连接功率控制电路(6)的功率控制信号输入端；功率控制电路(6)的功率信号输出端连接电源系统(1)的功率信号输入端；

充电电池(27)的切换信号输出端连接充电电池切换电路(26)的切换信号输入端；充电电池切换电路(26)的切换信号输出端连接恒压放电电路的输入端；

恒压放电电路包括一号中央控制器(12)、电压可调直流基准源(13)、电压前置放大器(14)、电压功率放大器(15)、电压取样电路(16)、一号误差及放大电路(17)和一号反馈调节电路(18)；

充电电池切换电路(26)的切换信号输出端连接恒压放电电路中的电压功率放大器(15)的切换信号输入端；

一号中央控制器(12)的控制信号输出端连接电压可调直流基准源(13)的信号控制信号输入端；电压可调直流基准源(13)的基准信号输出端连接电压前置放大器(14)的基准信号输入端；电压前置放大器(14)的放大信号输出端连接电压功率放大器(15)的放大信号输入端；电压功率放大器(15)的采样信号输出端连接电压取样电路(16)的采样信号输入端；电压采样电路(16)的采样信号输出端连接一号误差及放大电路(17)的放大信号输入端；一号误差及放大电路(17)的放大信号输出端连接一号反馈调节电路(18)的反馈信号输入端；一号反馈调节电路(18)的反馈信号输出端连接电压前置放大器(14)的反馈信号输入端。

2.根据权利要求1所述的充电电池充放电一体化检测装置，其特征在于，它还包括恒流放电电路，充电电池切换电路(26)的切换信号输出端连接恒流放电电路中的一号电流功率放大器(22)的切换信号输入端；

恒流放电电路包括二号中央控制器(19)、电流可调直流基准源(20)、电流前置放大器(21)、一号电流功率放大器(22)、一号电流取样电路(23)、二号误差及放大电路(24)和二号反馈调节电路(25)；

二号中央控制器(19)的控制信号输出端连接电流可调直流基准源(20)的控制信号输入端；电流可调直流基准源(20)的基准信号输出端连接电流前置放大器(21)的基准信号输入端；电流前置放大器(21)的放大信号输出端连接一号电流功率放大器(22)的放大信号输入端；一号电流功率放大器(22)的采样信号输出端连接一号电流取样电路(23))的采样信号输入端；一号电流取样电路(23)的采样信号输出端连接二号误差及放大电路(24)的放大信号输入端；二号误差及放大电路(24)的放大信号输出端连接二号反馈调节电路(25)的反馈信号输入端；二号反馈调节电路(25)的反馈信号输出端连接电流前置放大器(21)的反馈信号输入端；

充电电路还包括键盘与显示电路(10)，键盘与显示电路(10)的显示信号输入端连接三号中央控制器(4)的显示信号输出端。

3.根据权利要求1所述的充电电池充放电一体化检测装置，其特征在于，充电电路还包括键盘与显示电路(10)，键盘与显示电路(10)的显示信号输入端连接三号中央控制器(4)的显示信号输出端。

4.根据权利要求1所述的充电电池充放电一体化检测装置，其特征在于，该充放电一体化检测装置充放电电流的取值范围为0.1A—200A。

5.根据权利要求1所述的充电电池充放电一体化检测装置，其特征在于，该充放电一体化检测装置的充放电电压的取值范围为1V—100V。