CN108427348A - 一种基于通信互联的动力电池测试设备控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于通信互联的动力电池测试设备控制系统，包括触摸屏显示控制模块、上位机PC控制模块、三相市电电源、全控整流模块、可控直流输出模块、电池组BMS管理模块以及动力电池组；可控直流输出模块包括通过LAN通信接口电路、RS232通信接口电路、RS422通信接口电路、CAN通信接口电路与其他模块联通的直流输出调控电路；本发明通过将触摸屏显示控制模块、上位机PC控制程序、可控直流输出模块、全控整流模块、电池组BMS管理模块有机互联，丰富了动力电池测试设备控制系统的功能；各个模块之间相有机、高效的协调工作提高了动力电池测试设备控制系统的智能化程度。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车动力电池测试设备控制技术领域，特别是一种基于通信互联的动力电池测试设备控制系统。
背景技术
能源紧张是备受世界关注、影响我国乃至世界经济、社会发展的一个突出问题。节能减排作为我国经济社会发展的一项紧迫任务和长远战略方针，新能源动力汽车近几年在国家政策和市场需求的共同引导下蓬勃发展。动力电池作为新能源汽车的一种新兴能源，我国的产量占世界的80％以上。新能源汽车动力电池测试设备的研发和改进势在必行。控制系统是动力电池测试设备的核心，一种高效、智能的动力电池测试设备控制系统很大程度上决定了该测试设备的实用性和智能化程度,研发一种优越的动力电池测试设备控制系统迫在眉睫。
目前，动力电池测试设备的控制系统存在功能单一，智能化程度低，各个模块之间相对独立缺乏有机、高效的结合机制。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种集成多个模块且各模块之间协调工作的动力电池测试设备控制系统。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案实现：一种基于通信互联的动力电池测试设备控制系统，包括：
触摸屏显示控制模块、上位机PC控制模块、三相市电电源、全控整流模块、可控直流输出模块、电池组BMS管理模块以及动力电池组；
可控直流输出模块，包括与上位机PC控制模块进行通信的LAN通信接口电路、与触摸屏显示控制模块进行通信的RS232通信接口电路、与全控整流模块进行通信的RS422通信接口电路、与电池组BMS管理模块进行通信的CAN通信接口电路以及直流输出调控电路，所述的LAN通信接口电路、RS232通信接口电路、RS422通信接口电路、CAN通信接口电路均与直流输出调控电路连接；直流输出调控电路从LAN通信接口电路或RS232通信接口电路获得用户设置的参数和命令，根据用户设置确定直流输出的大小；直流输出调控电路通过RS422通信接口电路向全控整流模块传送自身状态信息和直流输出电压大小信息；直流输出调控电路通过CAN通信接口电路接收电池组BMS管理系统模块传送的动力电池组状态信息；
全控整流模块将三相市电电源输入转换成高档位或低档位直流电压并经过高压直流母线接至直流输出调控电路；同时，全控整流模块通过RS422通信接口电路接收直流输出调控电路反馈的直流输出电压电流参数和自身状态信息自身；
电池组BMS管理模块的输入端接直流输出调控电路的输出，输出端接动力电池组并对动力电池组进行充放电；同时电池组BMS管理模块将采集的动力电池组状态信息通过CAN通信接口电路传输至直流输出调控电路。
市电电源给全控整流模块提供三相交流输入；全控整流模块将输入的三相交流电源转换成高压直流母线。高压直流母线供给可控直流输出模块，经可控直流输出模块调整输出期望的直流电压。可控直流输出通过电池组BMS管理模块对动力电池组进行充放电。用户可选择人机交互模块或者上位机PC控制模块对整个控制系统进行设置和操控。各模块之间通过通信进行数据和命令传输，根据各自的状态进行协调工作。
所述的可控直流输出模块可根据用户设置参数输出特定大小的直流电压，根据动力电池组状态是否正常确定是否启动直流输出。
可控直流输出模块，根据用户设置，在电池组BMS管理模块反馈的电池状态信息正常的情况下，将输入的高压直流母线转换为期望的直流电压对动力电池组进行充放电。
全控整流模块，为全控型三相整流模块，可将三相市电电源输入转换成高档位或低档位直流母线，供给可控直流输出模块。
所述的全控整流模块采用英飞凌科技公司的6MS20017E43W37032全控整流模块，根据可控直流输出模块的反馈信息，全控整流模块自行调整输出直流母线为高档位或低档位。
所述的直流输出调控电路根据用户设置输出特定电压的调控过程为：微控制器从LAN通信接口电路或RS232通信接口电路获得用户设置的参数和命令后控制DA转换电路输出电压参考值V_SET，电压参考值V_SET和输出电压采样V_SAMPLE经电压控制器调节后输出电流参考值I_SET，电流参考值I_SET与输出电流采样I_SEMPLE经比较器后的比较结果与RS触发器的置零端R相连；窄脉冲CLK经窄脉冲取反电路与RS触发器的置1端S相连；RS触发器输出端Q产生PWM驱动信号与英飞凌6MS10017E41W36460模块第一输入端相连，RS触发器输出端Q经过驱动取反电路后与英飞凌6MS10017E41W36460模块第二输入端相连；英飞凌6MS10017E41W36460模块的输出经LC滤波电路产生输出电压Uout。
CLK时钟第一个窄脉冲出现时,RS触发器的S输入端出现低脉冲，RS触发器输出端Q置1，即PWM_TOP高电平，英飞凌6MS10017E41W36460模块的T1、T2、T3导通，LC滤波电路中的电感L充电，输出电流采样I_SEMPLE以某一斜率增大；经过时间Ton，输出电流采样I_SEMPLE增大到大于电流参考值I_SET时，比较器U3A输出低电平，RS触发器输出端Q置0，即PWM_TOP低电平，英飞凌6MS10017E41W36460模块的T1、T2、T3关断，LC滤波电路中的电感L续流，输出电流采样I_SEMPLE以某一斜率减小；输出电流采样电流I_SEMPLE经过滤波电容C平滑后输出直流电流I_out,T1、T2、T3导通时间T_on与窄脉冲周期Ts之比为占空比D，用户设置的输出电压Uout等于母线电压Udc乘以占空比D,即用户设置参考电压经过电压控制器控制了电流参考值I_SET的大小，电流参考值I_SET的大小控制了T1、T2、T3导通时间T_on，T1、T2、T3导通时间T_on决定了输出电压Uout，最终实现了用户控制直流输出调控电路输出电压的目的。
所述的电池组BMS管理模块采用安科瑞公司ABMS-EV03电池组BMS管理模块，对动力电池组中的电芯的电压和温度实时监测，自动实现电芯之间的电压均衡。
为了保证使用效果，所述的触摸屏显示控制模块采用8寸及以上触摸屏。
所述的上位机PC控制模块和触摸屏显示控制模块使用中可选其一或二者同时使用。
所述的上位机PC控制模块为图形化操作界面。
本发明提供的动力电池测试设备控制系统，通过通信互联的方式，将触摸屏显示控制模块、上位机PC控制模块、全控整流模块、可控直流输出模块、电池组BMS管理模块有机的联系起来，实现多种功能并存、各模块根据通信反馈的其他模块状态信息调整自身参数，有效解决了动力电池测试设备的控制系统功能单一，智能化程度低，各个模块之间相对独立缺乏有机、高效的结合机制的问题。
本发明通过将触摸屏显示控制模块、上位机PC控制程序、可控直流输出模块、全控整流模块、电池组BMS管理模块有机互联，丰富了动力电池测试设备控制系统的功能；各个模块之间相有机、高效的协调工作提高了动力电池测试设备控制系统的智能化程度。在新能源汽车动力电池测试设备控制技术领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2是本发明的直流输出调控电路框图；
图3是直流输出调控电路工作原理；
图4是本发明中可控直流输出模块控制方法流程示意图。
具体实施方式
一种基于通信互联的动力电池测试设备控制系统，如图1所示，包括：触摸屏显示控制模块、上位机PC控制模块、三相市电电源、全控整流模块、可控直流输出模块、电池组BMS管理模块以及动力电池组；
可控直流输出模块，包括与上位机PC控制模块进行通信的LAN通信接口电路、与触摸屏显示控制模块进行通信的RS232通信接口电路、与全控整流模块进行通信的RS422通信接口电路、与电池组BMS管理模块进行通信的CAN通信接口电路以及直流输出调控电路，所述的LAN通信接口电路、RS232通信接口电路、RS422通信接口电路、CAN通信接口电路均与直流输出调控电路连接；直流输出调控电路从LAN通信接口电路或RS232通信接口电路获得用户设置的参数和命令，根据用户设置确定直流输出的大小；
全控整流模块将三相市电电源输入转换成高档位或低档位直流电压并经过高压直流母线接至直流输出调控电路；同时，全控整流模块通过RS422通信接口电路接收直流输出调控电路反馈的直流输出电压电流参数和自身状态信息；
电池组BMS管理模块的输入端接直流输出调控电路的输出，输出端接动力电池组并对动力电池组进行充放电；同时电池组BMS管理模块将采集的动力电池组状态信息通过CAN通信接口电路传输至直流输出调控电路。
进一步地，全控整流模块采用英飞凌科技公司的6MS20017E43W37032全控整流模块，根据可控直流输出模块的反馈信息，全控整流模块自行调整输出直流母线为高档位或低档位。全控整流模块为母线可变三相全控整流模块，通过RS422通信接口电路接收可控直流输出模块反馈的可控直流输出电压大小，当可控直流输出电压大于50％最大输出电压时，全控整流模块输出高档位直流母线，当可控直流输出电压小于50％最大输出电压时，全控整流模块输出低档位直流母线。
进一步地，可控直流输出模块通过LAN通信接口电路和RS232通信接口电路接收用户设置的直流输出电压电流参数并反馈自身状态信息。可控直流输出模块通过RS422通信接口电路向全控整流模块反馈直流输出电压电流参数和自身状态信息。
如图2、3、4所示，所述的直流输出调控电路根据用户设置输出特定电压的调控过程为：微控制器MCU从LAN通信接口电路或RS232通信接口电路获得用户设置的参数和命令后控制DA转换电路输出电压参考值V_SET，电压参考值V_SET和输出电压采样V_SAMPLE经电压控制器调节后输出电流参考值I_SET，电流参考值I_SET与输出电流采样I_SEMPLE经比较器后的比较结果与RS触发器的置零端R相连；窄脉冲CLK经窄脉冲取反电路与RS触发器的置1端S相连；RS触发器输出端Q产生PWM驱动信号与英飞凌6MS10017E41W36460模块第一输入端相连，RS触发器输出端Q经过驱动取反电路后与英飞凌6MS10017E41W36460模块第二输入端相连；英飞凌6MS10017E41W36460模块的输出经LC滤波电路产生输出电压Uout。
CLK时钟第一个窄脉冲出现时,RS触发器的S输入端出现低脉冲，RS触发器输出端Q置1，即PWM_TOP高电平，英飞凌6MS10017E41W36460模块的T1、T2、T3导通，LC滤波电路中的电感L充电，输出电流采样I_SEMPLE以某一斜率增大；经过时间Ton，输出电流采样I_SEMPLE增大到大于电流参考值I_SET时，比较器U3A输出低电平，RS触发器输出端Q置0，即PWM_TOP低电平，英飞凌6MS10017E41W36460模块的T1、T2、T3关断，LC滤波电路中的电感L续流，输出电流采样I_SEMPLE以某一斜率减小；输出电流采样电流I_SEMPLE经过滤波电容C平滑后输出直流电流I_out,T1、T2、T3导通时间T_on与窄脉冲周期Ts之比为占空比D，用户设置的输出电压Uout等于母线电压Udc乘以占空比D,即用户设置参考电压经过电压控制器控制了电流参考值I_SET的大小，电流参考值I_SET的大小控制了T1、T2、T3导通时间T_on，T1、T2、T3导通时间T_on决定了输出电压Uout，最终实现了用户控制直流输出调控电路输出电压的目的。
进一步地，所述的电池组BMS管理模块采用安科瑞公司ABMS-EV03电池组BMS管理模块，对动力电池组中的电芯的电压和温度实时监测，自动实现电芯之间的电压均衡。
电池组BMS管理系统模块对动力电池组中的各电芯的电压、电量进行主动均恒管理，通过测量动力电池组的荷电状态(State of Charge，即SOC)，准确估测剩余电量，保证SOC维持在合理范围之内，防止过充或过放损伤电池。此外，电池组BMS管理系统将上述信息通过CAN通信接口电路实时传输给可控直流输出模块。可控直流输出模块在动力电池组剩余电量达到100％时自动停止直流输出。
Claims (4)
1.一种基于通信互联的动力电池测试设备控制系统，其特征在于，包括：
触摸屏显示控制模块、上位机PC控制模块、三相市电电源、全控整流模块、可控直流输出模块、电池组BMS管理模块以及动力电池组；
可控直流输出模块，包括与上位机PC控制模块进行通信的LAN通信接口电路、与触摸屏显示控制模块进行通信的RS232通信接口电路、与全控整流模块进行通信的RS422通信接口电路、与电池组BMS管理模块进行通信的CAN通信接口电路以及直流输出调控电路，所述的LAN通信接口电路、RS232通信接口电路、RS422通信接口电路、CAN通信接口电路均与直流输出调控电路连接；直流输出调控电路从LAN通信接口电路或RS232通信接口电路获得用户设置的参数和命令，根据用户设置确定直流输出的大小；
全控整流模块将三相市电电源输入转换成高档位或低档位直流电压并经过高压直流母线接至直流输出调控电路；同时，全控整流模块通过RS422通信接口电路接收直流输出调控电路反馈的直流输出电压电流参数和自身状态信息；
电池组BMS管理模块的输入端接直流输出调控电路的输出，输出端接动力电池组并对动力电池组进行充放电；同时电池组BMS管理模块将采集的动力电池组状态信息通过CAN通信接口电路传输至直流输出调控电路。
2.根据权利要求1所述的基于通信互联的动力电池测试设备控制系统，其特征在于，所述的全控整流模块采用英飞凌科技公司的6MS20017E43W37032全控整流模块，根据可控直流输出模块的反馈信息，全控整流模块自行调整输出直流母线为高档位或低档位。
3.根据权利要求1所述的基于通信互联的动力电池测试设备控制系统，其特征在于，所述的直流输出调控电路根据用户设置输出特定电压的调控过程为：微控制器MCU从LAN通信接口电路或RS232通信接口电路获得用户设置的参数和命令后控制DA转换电路输出电压参考值V_SET，电压参考值V_SET和输出电压采样V_SAMPLE经电压控制器调节后输出电流参考值I_SET，电流参考值I_SET与输出电流采样I_SEMPLE经比较器后的比较结果与RS触发器的置零端R相连；窄脉冲CLK经窄脉冲取反电路与RS触发器的置1端S相连；RS触发器输出端Q产生PWM驱动信号与英飞凌6MS10017E41W36460模块第一输入端相连，RS触发器输出端Q经过驱动取反电路后与英飞凌6MS10017E41W36460模块第二输入端相连；英飞凌6MS10017E41W36460模块的输出经LC滤波电路产生输出电压Uout。
4.根据权利要求1所述的基于通信互联的动力电池测试设备控制系统，其特征在于，所述的电池组BMS管理模块采用安科瑞公司ABMS-EV03电池组BMS管理模块，对动力电池组中的电芯的电压和温度实时监测，自动实现电芯之间的电压均衡。
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