CN107231009A - 一种电池保护器和电池保护器检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池保护器和电池保护器检测平台，平台包括电池保护器和电池保护器检测平台两个部分，发明的电池保护器具备过充电保护功能、过放电保护功能、均衡功能和CAN通信功能，池保护器检测平台通过模拟电池单体电压信号，仿真电池单体在充放电过程中出现的所有情况，并同时采集电池保护器根据单体电压的变化而反馈的状态信号，以此来判断电池保护器是否符合技术指标，从而实现对电池保护器的检测。通过本发明，可实现对电池保护器的过充电保护功能、过放电保护功能、均衡功能进行的检测，平台在完成对电池保护器的检测后，将以报表的形式导出检测结果。

Description

一种电池保护器和电池保护器检测平台

【技术领域】

本专利属于电动车领域，具体提供一种电池保护器和电池保护器检测平台。

【背景技术】

随着国家对绿色能源和环境保护的重视，电动车行业在我国得到了越来越大的重视，电动具备操作简单，价格实惠，维修方便等特点，越来越多地得到广大消费者的喜欢。电池保护器作为电动车的核心模块，更是直接关系到电池的使用寿命、使用安全、放电效率等一系列主要指标，因此，研究发明一种电池保护器和电池保护器检测平台。

目前针对电池保护器检测技术的专利较多，如发明专利《一种电池保护板检测装置》(201510385301.5)，包括模拟电池电压模块、自耗电电流检测模块、过流保护流检测模块、评价保护行为模块、五路外接电源和主控CPU，该发明主要是测试电池保护板的过充保护电压、过充恢复电压、过放保护电压、过放恢复电压、自耗电电流和过流保护电流。发明专利《一种汽车启动锂离子电池保护板检测仪》(201310086121.8)包括中央控制模块、成组开关、一组以上的单体电池状态模组和采样模块，中央控制模块通过成组开关与采样模块连接，采样模块通过单体电池状态模组对测试电池组进行采样。该专利的特点是能够查看带电池包的保护板的单体电池电压。发明专利《锂电池保护板测试系统》(201310438034.4)，包括主控制器、切换电路、电压测量电路、模拟电池电路、电压比较电路和可调直流电流源；其特点为切换电路，即通过切换电路来模拟输出不同的电池总电压信号，该专利能对电池保护板过充电、过放电、过电流进行保护。发明专利《电池保护板性能测试仪》(201010596577.5)，包括主控模块、AD/DA转换模块、继电器驱动模块及继电器模块、显示模块、电源模块、自耗电测试模块。该专利提出的方法主要是完成对电池保护板过充、过放、自耗电等参数的检测，该专利的特点是实现对电池保护板自耗电的测试。发明专利《一种电池总成下线检测平台》(201310410538.5)，发明提出的检测平台通过接插件与电池总成相连。该平台工作时，人机交互平台界面可实时显示系统各项数据的变化以及电池总成的验证结果，且可通过人机交互平台界面对各个模块进行操作。电池总成采集电池组信息，通过信号产生/采集模块的通信功能向人机交互界面反馈工作任务结果。通过查看输出结果，完成对电池总成各项功能的判断。全程记录电池总成生产信息，将记录的信息进行存储与显示。该专利针对电池总成下线检测平台，检测项目为电池总成自身特性和输出信号。

上述专利中除《一种电池总成下线检测平台》外，都是针对电池保护板的功能进行检测，检测的核心功能都是过充电保护功能，过放电保护功能，上述专利中都是通过模拟电池总电压状态来实现过充电保护功能、过放电保护功能的检测。

其不同在于《一种电池保护板检测装置》能够实现对自耗电电流和过流保护电流的检测；《电池保护器测试系统》能够通过切换电路来模拟不同电池电压；《电池保护板性能测试仪》的发明要点为自耗电检测；《一种汽车启动锂离子电池保护板检测仪》能够查看带电池包的保护板中每节单体电池的电压。《一种电池总成下线检测平台》的检测对象为电池总成。

在对上述专利进行比较之后，他们的设计目的都是对电池保护器的功能和部分性能进行测试，都是通过模拟电池总电压状态，让电池保护器输出相应的电压信号，以此来实现对电池保护器的检测。

其不同点有：

(1)针对电池保护器测试功能不同：《一种电池保护板检测装置》主要实现对电池保护板过充保护电压、过充恢复电压、过放保护电压、过放恢复电压、自耗电电流和过流保护电流的检测；《一种汽车启动锂离子电池保护板检测仪》主要实现对带电池的保护板中每节电池电压的检测；《锂电池保护板测试系统》主要实现对电池保护板过充电保护功能、过放电保护功能、过电流保护功能的检测；《电池保护板性能测试仪》主要实现过充保护功能、过放保护功能、自耗电的检测；《一种电池总成下线检测平台》主要是现在对电池总成功能的下线检测。

(2)电池模拟方式不同：《一种电池保护板检测装置》强调检测功能，模拟的电池电压为电池总电压；《一种汽车启动锂离子电池保护板检测仪》通过一组以上的单体电池状态模组实现电池单体电压的模拟，强调对每节电池进行模拟；《锂电池保护板测试系统》通过继电器切换电路来实现不同电池总电压的模拟输出，不可模拟单体电压；《电池保护板性能测试仪》通过模拟电芯来实现对单体电压的模拟；《一种电池总成下线检测平台》不具备电池电压模拟功能。

但是上述专利无法解决均衡测试问题。本发明所提出的《一种电池保护器和电池保护器检测平台》注重于实现对每节单体的电压进行模拟，同时通过隔离电流源，能实现对保护器均衡功能的检测。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种电池保护器和电池保护器检测平台，该平台具备可视化操作界面，平台通过模拟电池输出电压信号，仿真电池在充放电过程中出现的所有情况，并同时采集电池保护器根据单体电压的变化反馈的状态信号，以此来判断电池保护器是否符合技术指标。

本平台包含两部分，本别是电池保护器和电池保护器检测平台，电池保护器包含：线性电源、均衡/采集电路、主处理控制器、过充保护电路、过放保护电路和CAN通信模块。

所述线性电源为DC-DC电源，用于为主处理控制器提供工作电源。

所述均衡/采集电路用于实现对每节电池电压的采集，同时实现能量耗散型均衡功能。

所述主处理控制器与均衡/采集电路进行SPI通信，并根据电池单体电压信号输出控制信号。

所述过充保护电路，当电池出现过充电状态，即某节电池的电压U≥保护器过充开启电压Uc，M和充电器-之间的过充保护电路断开。

所述过放保护电路，当电池出现过放电状态，即某节电池的电压U≤保护器过放开启电压Ud，B-和M之间的过放保护电路就断开。

所述CAN通信模块，与主处理控制器进行CAN通信，并将主处理控制器采集到的电池信息和电池保护器信息进行发送，信号包含：单体电压、电池总电压、过充保护开启标志位、过放保护开启标志位、故障诊断标志位、均衡开启标志位。单体电压为每节电池单体的电压值；电池总电压为所有电池单体的电压值之和；过充保护开启标志位为过充电保护开启信号，若保护器开启过充电保护，该信号为A1，反之为B1；过放保护开启标志位为过放电保护开启信号，若保护器开启过放电保护，该信号为A2，反之为B2；故障诊断标志位，当电池出现任意两节电池单体电压U1和U2，满足U1≥Uc和U2≤Ud时，该信号为A3，反之为B3；均衡开启标志位，包含每节电池单体的均衡信息，若某节电池单体开启均衡功能，则对应的均衡信号为A4，反之为B5。所述电池保护器具备均衡功能，即当某节电池电压U与电池平均电池Up之差≥ΔU时，系统将开启均衡功能，使该电池与均衡电阻R构成串联回路，实现能量耗散型均衡功能。

电池保护器检测平台由6个模块共同组成：1、可视化操作模块；2、CAN通信模块；3、电压采集模块；4、继电器控制模块；5、模拟电池单体模块；6、信号调理版模块。

所述可视化操作模块，用于查看测试数据和发出操作指令；具备以下功能：(1)参数配置：设置检测的电池保护器的电池单体数量N，设置需要检测的项目；(2)功能检测：查看电池保护器的检测状态；(3)报表查看：查看检测内容，包括检测时间，检测结果；(4)报表导出：将检测结果进行导出。

所述CAN通信模块，使检测平台与电池保护器进行CAN通信，主要目的是获取保护器采集到的电池参数，包括：单体电压、总电压、过充状态标志位、过放状态标志位、均衡标志位、保护器环境温度。

所述电压采集模块，该模块主要采集3个电压变化信号，分别是：电池过充保护状态电压信号、电池过放保护状态电压信号、电池充电均衡状态电压信号。

所述继电器控制模块，用于控制电池保护器检测平台信号调理版模块中的继电器开关，通过控制继电器开关实现对不同的模拟的电池的电压进行采集。

所述模拟电池单体模块，该模块由若干个可调直流电源构成，每个电源之间相互隔离，每个可调直流电源最大输出电压为Ua，最大驱动电流为I，若可调直流电源接入负载为R的电阻，需满足Ua/R≤I，当可调直流电源接入较小的负载R时，可调直流电源通过降压的方式满足Ua/R≤I。

所述调理板模块，用于将电池检测平台与电池保护器进行连接。

本发明所述电池保护器检测平台，具备过充电保护检测功能和过放电保护检测功能，在进行过充电保护功能检测时，信号调理版上的充电机-端与电池保护器的充电机-端连接，系统构成了如下回路：模拟电池总正→R1→R2→充电机-→过充保护电路→M→模拟电池总负→模拟电池总正，模拟电池单体模块将每个单体电压赋值为U，且模拟的电池单体电压U满足Ud＜U＜Uc，然后采集R2两端的电压值Ur1，然后改变某个模拟的电池单体电压为Ui，满足Ui＞Uc，然后电压采集R2两端的电压值Ur2，若满足Ur1-Ur2＞ΔUr，则过充电保护功能正常，反之不正常。在进行过放电保护功能检测时，信号调理版上的B-端与电池保护器的B-端连接，系统构成了如下回路：模拟电池总正→R3→R4→B-→过放保护电路→M→模拟电池总负→模拟电池总正，模拟电池单体模块将每个单体电压赋值为U，且模拟的电池单体电压U满足Ud＜U＜Uc，然后采集R4两端的电压值Ur3，然后改变某个模拟的电池单体电压为Ui，满足Ui＜Ud，然后采集R4两端的电压值变为Ur4，若满足Ur3-Ur4＞ΔUr，则过放电保护功能正常，反之不正常。

本发明所述电池保护器检测平台，具备均衡测试功能，通过模拟电池单体模块将每个单体电压赋值为U，且满足Ud≤U≤Uc，然后改变某个模拟的电池单体电压为Ui，使其满足：Ui-Up≥ΔU，此时该电池对应的均衡功能应开启，模拟的电池就会因开启均衡而与均衡电阻构成串联回路，根据权利要求4所述，当模拟的电池串入均衡电阻R后，由于均衡电阻R较小，可调直流电源通过降压的方式进行过载保护，然后切换继电器来采集该模拟电池两端的电压，若采集的电压信号值为Ub，且Ub＝Ui，则认为均衡功能未开启，均衡失败，若采集的电压信号Ub＜Ui，则认为均衡功能开启，均衡成功。

【附图说明】

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明提出的一种电池保护器和电池保护器检测平台结构框图

图2为本发明提出的一种电池保护器和电池保护器检测平台系统原理图

图3为本发明提出的一种电池保护器和电池保护器检测平台电池保护器被动均衡原理图

【具体实施方式】

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图2为本发明提出的一种电池保护器和电池保护器检测平台系统原理图。系统包电池保护器和电池保护器检测平台，电池保护器具备过充电保护功能、过放电保护功能和均衡功能，电池保护器检测平台含可视化操作模块，用于查看测试数据和发出操作指令；CAN通信模块，用于收发CAN信息，电池保护器检测平台通过CAN通信模块接收电池保护器CAN通信模块发出的CAN信息；电压采集模块，用于采集电压信号；继电器控制模块，用于控制电池保护器检测平台信号调理版模块中的继电器；模拟电池单体模块，用于模拟电池单体电压变化信号；信号调理版模块，用于将电池检测平台与电池保护器模块进行连接。

所有模块按照图2所示的接插件进行连接，系统不需要额外的测试台架，即可实现对电池保护器功能与性能的全面测试。

第一步，操作人员通过可视化操作界面发出测试指令，系统将自动运转，并对电池保护器的各项功能进行测试，在测试的过程中，操作人员可时时查看测试数据，系统在测试完成后将以报表的形式导出测试结果。

第二步，模拟电池单体模块开始按照以下电压变化情况逐个模拟预设状态，分别是：充电状态→均衡状态(N节单体逐个均衡测试)→过充状态→放电状态→过充恢复状态→过放状态→充电状态→过放恢复状态→充电状态。

第三步，模拟电池单体模块模拟出电池单体电压变化的同时，电压采集模块开始采集特殊点电压值，同时将采集的电压值传输给可视化操作模块。

第四布，电池保护器检测平台通过CAN通信模块与电池保护器进行CAN通信，通过CAN通信获取电池保护器自身采集到的单体电压值和各种状态的标志位，同时将该值与电压信号采集模块采集到的值进行匹配，验证电池保护器自身对单体电压采集的准确性和各项功能的标志位触发的准确性。

第五步，完成上述测试后，系统自动导出测试报表，完成测试。

Claims (7)

1.一种电池保护器和电池保护器检测平台，其特征在于：电池保护器检测平台，包含：可视化操作模块、CAN通信模块、电压采集模块、继电器控制模块、模拟电池单体模块、信号调理板模块。电池保护器检测平台主要对电池包的过充电保护功能、过放电保护功能、电池均衡功能进行检测。可视化操作模块，用于查看检测状态和发出检测指令；CAN通信模块，用于接收电池包发出的CAN信息，向电池包发送CAN指令；电压采集模块，该模块主要采集3个电压变化信号，分别是：电池过充保护状态电压信号、电池过放保护状态电压信号、电池充电均衡状态电压信号；继电器控制模块，用于控制信号调理版模块中的继电器开关，采集模拟电池单体的电压；模拟电池单体模块，用于模拟电池单体电压信号，并为电池保护器提供工作电压；信号调理板模块，用于将电池检测平台与电池保护器进行连接。

2.一种电池保护器和电池保护器检测平台，其特征在于：电池保护器，包含：线性电源、均衡/采集电路、主处理控制器、过充保护电路、过放保护电路和CAN通信模块。线性电源为DC-DC电源，用于为主处理控制器提供工作电源；均衡/采集电路用于实现对每节电池电压的采集，同时实现单体均衡；主处理控制器与均衡/采集电路进行SPI通信，并根据电池单体电压信号输出控制信号；过充保护电路，当电池出现过充电状态，即某节电池的电压U≥保护器过充开启电压Uc，M和充电器-之间的过充保护电路断开；过放保护电路，当电池出现过放电状态，即某节电池的电压U≤保护器过放开启电压Ud，B-和M之间的过放保护电路断开；CAN通信模块，用于发送电池包状态信息和接收外部指令。所述电池保护器具备均衡功能，即当某节电池电压U与电池平均电池Up之差≥ΔU时，系统将开启均衡功能，实现能量耗散型电池均衡。

3.根据权利要求1所述电池保护器和电池保护器检测平台，其特征在于：可视化操作模块具备以下功能：(1)参数配置：设置检测的电池保护器的电池单体数量N，设置需要检测的项目；(2)功能检测：发出检测指令和查看电池保护器的检测状态；(3)报表查看：查看检测内容，检测时间，检测结果；(4)报表导出：将检测结果进行导出。

4.根据权利要求1所述电池保护器和电池保护器检测平台，其特征在于：模拟电池单体模块，该模块由若干个可调直流电源构成，每个电源之间相互隔离，每个可调直流电源最大输出电压为Ua，最大驱动电流为I，若可调直流电源接入负载为R的电阻，需满足Ua/R≤I，当可调直流电源接入较小的负载R时，可调直流电源通过降压的方式满足Ua/R≤I。

5.根据权利要求2所述电池保护器和电池保护器检测平台，其特征在于：CAN通信模块，与主处理控制器进行CAN通信，并将主处理控制器采集到的电池信息和电池保护器信息进行发送，信号包含：单体电压、电池总电压、过充保护开启标志位、过放保护开启标志位、故障诊断标志位、均衡开启标志位。单体电压为每节电池单体的电压值；电池总电压为所有电池单体的电压值之和；过充保护开启标志位为过充电保护开启信号，若保护器开启过充电保护，该信号为A1，反之为B1；过放保护开启标志位为过放电保护开启信号，若保护器开启过放电保护，该信号为A2，反之为B2；故障诊断标志位，当电池出现任意两节电池单体电压U1和U2，满足U1≥Uc和U2≤Ud时，该信号为A3，反之为B3；均衡开启标志位，包含每节电池单体的均衡信息，若某节电池单体开启均衡功能，则对应的均衡信号为A4，反之为B5。

6.根据权利要求1，2所述电池保护器和电池保护器检测平台，在进行过充电保护功能检测时，信号调理版上的充电机-端与电池保护器的充电机-端连接，系统构成了如下回路：模拟电池总正→R1→R2→充电机-→过充保护电路→M→模拟电池总负→模拟电池总正，模拟电池单体模块将每个单体电压赋值为U，且模拟的电池单体电压U满足Ud＜U＜Uc，然后采集R2两端的电压值Ur1，然后改变某个模拟的电池单体电压为Ui，满足Ui≥Uc，然后电压采集R2两端的电压值Ur2，若满足Ur1-Ur2＞ΔUr，则过充电保护功能正常，反之不正常。在进行过放电保护功能检测时，信号调理版上的B-端与电池保护器的B-端连接，系统构成了如下回路：模拟电池总正→R3→R4→B-→过放保护电路→M→模拟电池总负→模拟电池总正，模拟电池单体模块将每个单体电压赋值为U，且模拟的电池单体电压U满足Ud＜U＜Uc，然后采集R4两端的电压值Ur3，然后改变某个模拟的电池单体电压为Ui，满足Ui≤Ud，然后采集R4两端的电压值变为Ur4，若满足Ur3-Ur4＞ΔUr，则过放电保护功能正常，反之不正常。

7.根据权利要求1、2所述电池保护器和电池保护器检测平台，其特征在于：电池保护器检测平台具备均衡检测功能：针对电池保护器均衡功能的检测，模拟电池单体模块将每个单体电压赋值为U，且满足Ud≤U≤Uc，然后改变某个模拟的电池单体电压为Ui，使其满足：Ui-Up≥ΔU，此时该电池对应的均衡功能应开启，模拟的电池就会因开启均衡而与均衡电阻构成串联回路，根据权利要求4所述，当模拟的电池串入均衡电阻R后，由于均衡电阻R较小，可调直流电源通过降压的方式进行过载保护，然后切换继电器来采集该模拟电池两端的电压，若采集的电压信号值为Ub，且Ub＝Ui，则认为均衡功能未开启，均衡功能无效，若采集的电压信号Ub＜Ui，则认为均衡功能开启，均衡功能有效。