CN109541491B - 模拟电池管理系统及电池电压信号模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟电池管理系统，单端反激式DC/DC变换器的驱动电源输出端连接电流型运算放大器的同相输入端，单端反激式DC/DC变换器的基准电源输出端连接可调衰减器，可调衰减器的输出端连接电流型运算放大器的反相输入端，电流型运算放大器的输出端向串联分压电阻供电，单端反激式DC/DC变换器的驱动电源输出端还连接第一电压型运算放大器的同相输入端，单端反激式DC/DC变换器的基准电源输出端还连接第二电压型运算放大器的同相输入端，第二电压型运算放大器向串联分压电阻的第一串联电阻段提供基准电压信号，第一电压型运算放大器向第二串联电阻段提供基准电压信号。本发明实现模拟整车单体电压信号的功能。

Description

模拟电池管理系统及电池电压信号模拟方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池管理技术领域，具体地指一种模拟电池管理系统及电池电压信号模拟方法。
背景技术
新能源车辆的电池管理系统，一般都需要多通道电源电路及多通道滑线变阻器来实现模拟单体监测的功能，现有技术采用的是多路DC/DC电源模块来分别模拟新能源车辆电池单体的输出，每一路新能源车辆电池单体都需要用一路单独的DC/DC(Directcurrent-Direct current converter)电源来模拟，成本较高，且电路复杂。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种模拟电池管理系统及电池电压信号模拟方法，本发明实现模拟整车单体电压信号的功能，逻辑电路安全可靠，简单实用。
为实现此目的，本发明所设计的一种模拟电池管理系统，它包括单端反激式DC/DC变换器(Fly Buck变换器)、可调衰减器、电流型运算放大器、第一电压型运算放大器、第二电压型运算放大器和串联分压电阻，其中，单端反激式DC/DC变换器的驱动电源输出端连接电流型运算放大器的同相输入端，单端反激式DC/DC变换器的基准电源输出端连接可调衰减器的电源信号输入端，可调衰减器的比例调节信号输出端连接电流型运算放大器的反相输入端，电流型运算放大器的输出端连接串联分压电阻的一端，串联分压电阻的另一端接地，单端反激式DC/DC变换器的驱动电源输出端还连接第一电压型运算放大器的同相输入端，第一电压型运算放大器的反相输入端接地，单端反激式DC/DC变换器的基准电源输出端还连接第二电压型运算放大器的同相输入端，第二电压型运算放大器的反相输入端接地，第二电压型运算放大器用于向串联分压电阻的第一串联电阻段提供基准电压信号，第一电压型运算放大器用于向串联分压电阻的第二串联电阻段提供基准电压信号。
一种上述系统的电池电压信号模拟方法，它包括如下步骤：
步骤1：单端反激式DC/DC变换器根据输入的电压信号，输出驱动电源信号和基准电源信号；
步骤2：单端反激式DC/DC变换器输出的驱动电源信号进入电流型运算放大器的同相输入端，电流型运算放大器输出串联分压电阻供电电压给串联分压电阻供电；
步骤3：单端反激式DC/DC变换器输出驱动电源信号到第一电压型运算放大器，单端反激式DC/DC变换器输出基准电源信号到第二电压型运算放大器；
步骤4：第二电压型运算放大器向串联分压电阻的第一串联电阻段提供基准电压信号，第一电压型运算放大器向串联分压电阻的第二串联电阻段提供基准电压信号，第一串联电阻段和第二串联电阻段上获取的基准电压用于保证串联分压电阻中每个电阻分得的电压一致。
本发明通过上述设计能实现最大18通道的电压信号采集，可靠地对现有模拟电芯工装进行降本及便携处理，并且可通过5v低压实现多路的信号采集，相比与传统的每个电池单体通过一路单独的DC/DC电源来模拟的方案，本发明具有体积小，成本低，控制逻辑可靠，单体电压可调的特点。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
其中，1—单端反激式DC/DC变换器、2—可调衰减器、3—电流型运算放大器、4—第一电压型运算放大器、5—第二电压型运算放大器、6—串联分压电阻、7—反馈分压电阻。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明设计的一种模拟电池管理系统，如图1所示，它包括单端反激式DC/DC变换器1、可调衰减器2、电流型运算放大器3、第一电压型运算放大器4、第二电压型运算放大器5和串联分压电阻6，其中，单端反激式DC/DC变换器1的驱动电源输出端连接电流型运算放大器3的同相输入端，单端反激式DC/DC变换器1的基准电源输出端连接可调衰减器2的电源信号输入端，可调衰减器2的比例调节信号输出端连接电流型运算放大器3(后级有18路电阻，需要的驱动电流较大，所以选择电流型运放)的反相输入端，电流型运算放大器3的输出端连接串联分压电阻6的一端，串联分压电阻6的另一端接地，单端反激式DC/DC变换器1的驱动电源输出端还连接第一电压型运算放大器4的同相输入端，第一电压型运算放大器4的反相输入端接地，单端反激式DC/DC变换器1的基准电源输出端还连接第二电压型运算放大器5的同相输入端，第二电压型运算放大器5的反相输入端接地，第二电压型运算放大器5用于向串联分压电阻6的第一串联电阻段提供基准电压信号(第二电压型运算放大器5输出的基准电压信号连接第一串联电阻段的一端，第一串联电阻段的另一端接地)，第一电压型运算放大器4用于向串联分压电阻6的第二串联电阻段提供基准电压信号(第一电压型运算放大器)输出的基准电压信号连接第二串联电阻段的一端，第二串联电阻段的另一端接地)。
上述技术方案中，单端反激式DC/DC变换器1用于根据后续需求将5V电压抬升至80V。
上述技术方案中，可调衰减器2选择可调衰减器可以根据实际使用情况调整输出电压的幅值，因为正常使用时需要输出不同的电压来满足不同的使用工况。
上述技术方案中，电压型运放为了保证后级输出电压稳定。
本发明的模拟电池管理系统用于将单路5V电压进行抬升，升压到80V后经过电阻分压，分成18路可调节电压输出，以达到模拟真实电芯变化的过程，同时具有过流保护功能(单端反激式DC/DC变换器具有过流保护功能)，相比真实电芯更加安全。
上述技术方案，它还包括反馈分压电阻7，所述反馈分压电阻7的一端连接电流型运算放大器3的输出端，反馈分压电阻7的另一端连接可调衰减器2的电压反馈信号输入端。电流型运算放大器3的输出端通过反馈分压电阻7向可调衰减器2反馈电压，从而使可调衰减器2对电流型运算放大器3的输出端输出的电压值进行闭环控制，使电流型运算放大器3的输出端输出的电压值稳定在所需求的电压值。
上述技术方案，所述第一电压型运算放大器4的输出电压为单端反激式DC/DC变换器1的驱动电源输出端输出电压的3分之2。所述第二电压型运算放大器5的输出电压为单端反激式DC/DC变换器1的驱动电源输出端输出电压的3分之1。
上述技术方案，所述电流型运算放大器3的输出电压为单端反激式DC/DC变换器1输入电压的5倍。
上述技术方案，所述电流型运算放大器3输出的电压范围为25～75V。
上述技术方案，所述串联分压电阻6由18个分压电阻串联组成，所述第一串联电阻段由串联分压电阻6中前6个分压电阻串联组成，第二串联电阻段由串联分压电阻6中后12个分压电阻串联组成。
上述技术方案，所述可调衰减器2的比例调节信号输出端输出的比例调节信号的电压范围为0～15V。
一种上述系统的电池电压信号模拟方法，它包括如下步骤：
步骤1：单端反激式DC/DC变换器1根据输入的5V电压信号，输出80V的驱动电源信号和15V的基准电源信号；
步骤2：单端反激式DC/DC变换器1输出的驱动电源信号进入电流型运算放大器3的同相输入端，电流型运算放大器3输出串联分压电阻供电电压给串联分压电阻6供电；
步骤3：单端反激式DC/DC变换器1输出驱动电源信号到第一电压型运算放大器4，单端反激式DC/DC变换器1输出基准电源信号到第二电压型运算放大器5；
步骤4：第二电压型运算放大器5向串联分压电阻6的第一串联电阻段(第一个电阻到串联的第六个电阻)提供基准电压信号，第一电压型运算放大器4向串联分压电阻6的第二串联电阻段(第七个电阻到串联的第十八个电阻)提供基准电压信号，第一串联电阻段和第二串联电阻段上获取的基准电压用于保证串联分压电阻6中每个电阻分得的电压一致，使得串联分压电阻6模拟了电池组的工作状态，每个串联的电阻模拟一个电池。由于电阻有温漂等问题，需要保证每6路电阻电压一致，需要一个基准源，保证输出电压都是一样的，不受外界温度影响。
所述步骤2中，单端反激式DC/DC变换器1输出的基准电源信号输入到可调衰减器2中，可调衰减器2向电流型运算放大器3的反向输入端传输0～15V可调的比例调节信号，使得电流型运算放大器3的输出电压调整到所需的电压值。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种模拟电池管理系统，其特征在于，它包括单端反激式DC/DC变换器(1)、可调衰减器(2)、电流型运算放大器(3)、第一电压型运算放大器(4)、第二电压型运算放大器(5)和串联分压电阻(6)，其中，单端反激式DC/DC变换器(1)的驱动电源输出端连接电流型运算放大器(3)的同相输入端，单端反激式DC/DC变换器(1)的基准电源输出端连接可调衰减器(2)的电源信号输入端，可调衰减器(2)的比例调节信号输出端连接电流型运算放大器(3)的反相输入端，电流型运算放大器(3)的输出端连接串联分压电阻(6)的一端，串联分压电阻(6)的另一端接地，单端反激式DC/DC变换器(1)的驱动电源输出端还连接第一电压型运算放大器(4)的同相输入端，第一电压型运算放大器(4)的反相输入端接地，单端反激式DC/DC变换器(1)的基准电源输出端还连接第二电压型运算放大器(5)的同相输入端，第二电压型运算放大器(5)的反相输入端接地，第二电压型运算放大器(5)用于向串联分压电阻(6)的第一串联电阻段提供基准电压信号，第一电压型运算放大器(4)用于向串联分压电阻(6)的第二串联电阻段提供基准电压信号；它还包括反馈分压电阻(7)，所述反馈分压电阻(7)的一端连接电流型运算放大器(3)的输出端，反馈分压电阻(7)的另一端连接可调衰减器(2)的电压反馈信号输入端；所述可调衰减器(2)的比例调节信号输出端输出的比例调节信号的电压范围为0～15V。
2.根据权利要求1所述的模拟电池管理系统，其特征在于：所述第一电压型运算放大器(4)的输出电压为单端反激式DC/DC变换器(1)的驱动电源输出端输出电压的3分之2。
3.根据权利要求1所述的模拟电池管理系统，其特征在于：所述第二电压型运算放大器(5)的输出电压为单端反激式DC/DC变换器(1)的驱动电源输出端输出电压的3分之1。
4.根据权利要求1所述的模拟电池管理系统，其特征在于：所述电流型运算放大器(3)的输出电压为单端反激式DC/DC变换器(1)输入电压的5倍。
5.根据权利要求1所述的模拟电池管理系统，其特征在于：所述电流型运算放大器(3)输出的电压范围为25～75V。
6.根据权利要求1所述的模拟电池管理系统，其特征在于：所述串联分压电阻(6)由18个分压电阻串联组成，所述第一串联电阻段由串联分压电阻(6)中前6个分压电阻串联组成，第二串联电阻段由串联分压电阻(6)中后12个分压电阻串联组成。
7.一种权利要求1所述系统的电池电压信号模拟方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：单端反激式DC/DC变换器(1)根据输入的电压信号，输出驱动电源信号和基准电源信号；
步骤2：单端反激式DC/DC变换器(1)输出的驱动电源信号进入电流型运算放大器(3)的同相输入端，电流型运算放大器(3)输出串联分压电阻供电电压给串联分压电阻(6)供电；
步骤3：单端反激式DC/DC变换器(1)输出驱动电源信号到第一电压型运算放大器(4)，单端反激式DC/DC变换器(1)输出基准电源信号到第二电压型运算放大器(5)；
步骤4：第二电压型运算放大器(5)向串联分压电阻(6)的第一串联电阻段提供基准电压信号，第一电压型运算放大器(4)向串联分压电阻(6)的第二串联电阻段提供基准电压信号，第一串联电阻段和第二串联电阻段上获取的基准电压用于保证串联分压电阻(6)中每个电阻分得的电压一致。
8.根据权利要求7所述的电池电压信号模拟方法，其特征在于：所述步骤2中，单端反激式DC/DC变换器(1)输出的基准电源信号输入到可调衰减器(2)中，可调衰减器(2)向电流型运算放大器(3)的反向输入端传输0～15V可调的比例调节信号，使得电流型运算放大器(3)的输出电压调整到所需的电压值。
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