CN110133520A - 一种并联均流的电池测试设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种并联均流的电池测试设备及方法，包括上位机、数据处理系统DPS、功率通道和电池，所述数据处理系统DPS包括共享RAM、上层CPU和m个下层CPU，所述功率通道包括m个相互独立的功率单元，每个所述功率单元包括n个并联的MCU单元，每个所述功率通道分别对应串联于所述电池和一个所述下层CPU之间，每个所述MCU单元通过均流控制线连接；所述上位机与所述数据处理系统DPS通过所述上层CPU连接，所述功率单元的正负极分别与所述电池的正负极连接，n个并联的所述MCU单元正负极分别与对应的所述功率单元的正负极连接；具有电池测试的抗干扰能力、控制的实时性、快速性和可靠性达的优点。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种并联均流的电池测试设备及方法。
背景技术
随着各电池厂家产能的持续增加，对电池测试设备功率密度、可维修性、功率易扩展性等方面提出了更高要求；目前，电池测试设备多采用数字化电源控制方式，模块化设计是必然的发展趋势，而模块间的并联是系统扩容的最好方式。不可避免的，均流成为模块并联最关键的问题。如何能在尽量不增加外部均流措施的情况下，实现并联设备间的自动均流，且要保证瞬态响应不受并联通道数的影响，成为了一个难题。随着设备开关频率的逐渐提高，传统的通过传输模拟并联信号的方式显然已经不再适用，其抗干扰能力差及模数转换引入的系统开销都不能满足电池测试设备对控制的实时性、快速性和可靠性的要求。若采用数字化的并联方式，其控制策略可灵活调整，具有更强的抗干扰能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种并联均流的电池测试设备及方法，以解决传统通过传输模拟并联信号的方式显然已经不再适用与设备开关频率的提高，抗干扰能力差、控制的实时性、快速性和可靠性达不到要求的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种并联均流的电池测试设备，包括上位机、数据处理系统DPS、功率通道和电池，所述数据处理系统DPS包括共享RAM、上层CPU和m个下层CPU，所述功率通道包括m个相互独立的功率单元，每个所述功率单元包括n个并联的MCU单元，每个所述功率通道分别对应串联于所述电池和一个所述下层CPU之间，每个所述MCU单元通过均流控制线连接；所述上位机与所述数据处理系统DPS通过所述上层CPU连接，所述功率单元的正负极分别与所述电池的正负极连接，n个并联的所述MCU单元正负极分别与对应的所述功率单元的正负极连接；m和n均为正整数；所述上位机用于测试工艺编制、下发、测试数据存储与分析；所述数据处理系统DPS用于接收所述上位机下发的测试工艺并转换为测试指令实时所述控制功率通道对所述电池进行充放电控制，同时接收所述功率通道回传的电压、电流、功率信息并打包上传所述上位机；所述功率通道用于所述电池充放电能量的功率变换，并通过均流控制线、与数据处理系统DPS间的通信线及内部的闭环调整实现所述功率单元间、所述MCU单元间在所述电池不同充放电模式下的均流控制。
进一步的，所述数据处理系统DPS与所述功率单元、所述功率单元间的所述均流控制线、所述上层CPU和所述上位机均通过总线协议进行通信，所述总线协议包括CAN、RS485和Ethernet。
进一步的，所述功率单元包括电流采集模块、电压采集模块和滤波模块，所述电流采集模块与所述电压采集模块分别用于采集所述电池的充放电电流值测量值和电压值并通过所述滤波模块滤波后传递给所述MCU单元。
进一步的，所述数据处理系统DPS的处理器型号为ZYNQ-7000控制器。
进一步的，所述上层CPU和所述上位机均包括无线收发模块，所述所述上层CPU和所述上位机通过无线收发模块进行无线通信。
一种并联均流的电池测试方法，包括以下步骤：S1、通过上位机设定测试工艺，测试工艺包括充放电电流值、恒压值和功率值；S2、通过上层CPU接收测试工艺并转换成功率通道能识别的测试指令；S3、通过上层CPU将充放电电流值和功率值均分成上层充放电电流值和上层功率值，并通过共享RAM分别传递给m个下层CPU；S4、通过下层CPU将上层充放电电流值和所述上层功率值n等份成充放电电流设定值和功率设定值，然后通过广播形式发送至对应功率单元的n个所述MCU单元；S5、通过MCU单元根据充放电电流设定值和充放电电流值测量值进行PI调节，根据功率设定值和功率测量值进行PI调节；S6、通过MCU单元比较S5中两个PI调节的输出值，并将小的输出值作为电流内环的给定IL*；S7、通过将IL*与电池的内环电感电流IL进行PI调节并将其输出值作为功率单元的PWM占空比从而完成闭环调整；S8、设定功率通道其中一个MCU单元为主控制模块，其余MCU单元为从控制模块，主控制模块通过均流控制线以广播形式发送均流控制信号，每个功率单元内每个MCU单元通过闭环调整实现功率单元间、MCU单元间在电池不同充放电模式下的均流控制；S9、通过下层CPU定时通过广播形式查询功率单元内n个MCU单元反馈的电流值和功率值，并将电流值和功率值进行做和处理，然后回传至上位机；
进一步的，所述S5和所述S7中的PI调节均通过空间矢量调制算法或移相调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号。
本发明的有益效果是：
本发明一种并联均流的电池测试设备及方法，通过将功率通道进行模块化呈多个功率单元，便于批量生产，扩容方便，通过替换的方式简化维修过程；通过均流控制线和数字化的均流控制方式，均流效果好，抗干扰能力强；数据处理系统DPS采用多CPU的工作机制，保证各通道的高速同步响应，保证并联后瞬态响应不受影响；综上以保证电池测试的抗干扰能力、控制的实时性、快速性和可靠性达。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明均流结构原理框图；
图2是功率单元内恒流、恒功率均流控制示意图；
图3是功率单元内的恒压均流控制示意图；
图4是本发明测试方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种并联均流的电池测试设备，包括上位机、数据处理系统DPS、功率通道和电池，数据处理系统DPS的处理器型号为ZYNQ-7000控制器；数据处理系统DPS包括共享RAM、上层CPU和m个下层CPU，功率通道包括m个相互独立的功率单元，每个功率单元包括n个并联的MCU单元，每个功率通道分别对应串联于电池和一个下层CPU之间，每个MCU单元通过均流控制线连接；上位机与数据处理系统DPS通过上层CPU连接，上层CPU和上位机均包括无线收发模块，上层CPU和上位机通过无线收发模块进行无线通信；功率单元的正负极分别与电池的正负极连接，n个并联的MCU单元正负极分别与对应的功率单元的正负极连接；功率单元包括电流采集模块、电压采集模块和滤波模块，电流采集模块与电压采集模块分别用于采集电池的充放电电流值测量值和电压值并通过滤波模块滤波后传递给MCU单元；m和n均为正整数；数据处理系统DPS与功率单元、功率单元间的均流控制线、上层CPU和上位机均通过总线协议进行通信，总线协议包括CAN、RS485和Ethernet。
上位机用于测试工艺编制、下发、测试数据存储与分析；数据处理系统DPS用于接收上位机下发的测试工艺并转换为测试指令实时控制功率通道对电池进行充放电控制，同时接收功率通道回传的电压、电流、功率信息并打包上传上位机；功率通道用于电池充放电能量的功率变换，并通过均流控制线、与数据处理系统DPS间的通信线及内部的闭环调整实现功率单元间、MCU单元间在电池不同充放电模式下的均流控制，数据处理系统DPS内通信线为CAN通信连接。
如图2-4所示，一种并联均流的电池测试设备的使用方法，
S1、通过上位机设定测试工艺，测试工艺包括充放电电流值、恒压值和功率值；
S2、通过上层CPU接收测试工艺并转换成功率通道能识别的测试指令；
S3、通过上层CPU将充放电电流值和功率值均分成上层充放电电流值和上层功率值，并通过共享RAM分别传递给m个下层CPU；
S4、通过下层CPU将上层充放电电流值和上层功率值n等份成充放电电流设定值和功率设定值，然后通过广播形式发送至对应功率单元的n个MCU单元；
S5、通过MCU单元根据充放电电流设定值和充放电电流值测量值进行PI调节，根据功率设定值和功率测量值进行PI调节；
S6、通过MCU单元比较S5中两个PI调节的输出值，并将小的输出值作为电流内环的给定IL*；
S7、通过将IL*与电池的内环电感电流IL进行PI调节并将其输出值作为功率单元的PWM占空比从而完成闭环调整；
S8、设定功率通道其中一个MCU单元为主控制模块，其余MCU单元为从控制模块，主控制模块通过均流控制线以广播形式发送均流控制信号，每个功率单元内每个MCU单元通过闭环调整实现功率单元间、MCU单元间在电池不同充放电模式下的均流控制；
S9、通过下层CPU定时通过广播形式查询功率单元内n个MCU单元反馈的电流值和功率值，并将电流值和功率值进行做和处理，然后回传至上位机；
具体的，S5和S7中的PI调节均通过空间矢量调制算法或移相调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号。
本具体实施方式以m等于2，n等于3为例，
上位机、数据处理系统DPS、功率单元1、功率单元2和电池；数据处理系统DPS包括上层CPU、下层CPU1、下层CPU2和共享RAM；功率单元1包括MCU单元11、MCU单元12和MCU单元13；功率单元2包括MCU单元21、MCU单元22和MCU单元23；上位机与数据处理系统DPS连接；数据处理系统DPS分别与功率单元1和功率单元2连接；功率单元1和功率单元2的正极分别与电池的正极相连接；功率单元1和功率单元2的负极分别与电池的负极相连接；共享RAM分别与上层CPU、下层CPU1、下层CPU2连接；MCU单元11、MCU单元12和MCU单元13的正极分别与功率单元1的正极连接；MCU单元11、MCU单元12和MCU单元13的负极分别与功率单元1的负极连接；MCU单元21、MCU单元22和MCU单元23的正极分别与MCU功率单元2的正极连接；MCU单元21、MCU单元22和MCU单元23的负极分别与MCU功率单元2的负极连接。
上位机用于测试工艺编制与下发、测试数据存储与分析；数据处理系统DPS用于接收上位机下发的测试工艺并转换为测试指令实时控制功率单元对电池进行充放电控制，同时接收功率单元回传的电压、电流、功率等信息并打包上传上位机；功率单元用于电池充放电能量的功率变换，并通过均流控制线、与数据处理系统DPS间的通信线及内部的闭环调整实现功率单元间、MCU单元间在电池不同充放电模式下的均流控制。
数据处理系统DPS内上层CPU与上位机通过总线或无线收发模块通信，接收上位机下发的测试工艺并转换为功率通道能识别的测试指令，并将功率通道回传的电压、电流、功率信息并打包上传上位机；数据处理系统DPS内CPU1与功率通道1内的MCU单元11、MCU单元12和MCU单元13通过CAN通信连接，实时控制功率通道按照测试工艺对电池进行充放电控制，并查询功率通道的电压、电流、功率信息；数据处理系统DPS内CPU2与功率通道2内的MCU单元21、MCU单元22和MCU单元23通过CAN通信连接，实时控制功率通道按照测试工艺对电池进行充放电控制，并查询功率通道的电压、电流、功率信息；功率通道1内的MCU单元11、MCU单元12和MCU单元13和功率单元2内的MCU单元21、MCU单元22和MCU单元23通过均流控制线连接，该均流控制线是通过CAN通信的方式实现，MCU单元11为主模块，其他所有单元为从模块，单元11以广播的形式群发均流控制信号，各单元内MCU通过闭环调整实现功率单元间、MCU单元间在电池不同充放电模式下的均流控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种并联均流的电池测试设备，其特征在于，包括上位机、数据处理系统DPS、功率通道和电池，所述数据处理系统DPS包括共享RAM、上层CPU和m个下层CPU，所述功率通道包括m个相互独立的功率单元，每个所述功率单元包括n个并联的MCU单元，每个所述功率通道分别对应串联于所述电池和一个所述下层CPU之间，每个所述MCU单元通过均流控制线连接；所述上位机与所述数据处理系统DPS通过所述上层CPU连接，所述功率单元的正负极分别与所述电池的正负极连接，n个并联的所述MCU单元正负极分别与对应的所述功率单元的正负极连接；m和n均为正整数；
所述上位机用于测试工艺编制、下发、测试数据存储与分析；所述数据处理系统DPS用于接收所述上位机下发的测试工艺并转换为测试指令实时所述控制功率通道对所述电池进行充放电控制，同时接收所述功率通道回传的电压、电流、功率信息并打包上传所述上位机；所述功率通道用于所述电池充放电能量的功率变换，并通过均流控制线、与数据处理系统DPS间的通信线及内部的闭环调整实现所述功率单元间、所述MCU单元间在所述电池不同充放电模式下的均流控制。
2.根据权利要求1所述的一种并联均流的电池测试设备，其特征在于，所述数据处理系统DPS与所述功率单元、所述功率单元间的所述均流控制线、所述上层CPU和所述上位机均通过总线协议进行通信，所述总线协议包括CAN、RS485和Ethernet。
3.根据权利要求1所述的一种并联均流的电池测试设备，其特征在于，所述功率单元包括电流采集模块、电压采集模块和滤波模块，所述电流采集模块与所述电压采集模块分别用于采集所述电池的充放电电流值测量值和电压值并通过所述滤波模块滤波后传递给所述MCU单元。
4.根据权利要求1所述的一种并联均流的电池测试设备，其特征在于，所述数据处理系统DPS的处理器型号为ZYNQ-7000控制器。
5.根据权利要求1所述的一种并联均流的电池测试设备，其特征在于，所述上层CPU和所述上位机均包括无线收发模块，所述所述上层CPU和所述上位机通过无线收发模块进行无线通信。
6.一种并联均流的电池测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过上位机设定测试工艺，测试工艺包括充放电电流值、恒压值和功率值；
S2、通过上层CPU接收测试工艺并转换成功率通道能识别的测试指令；
S3、通过上层CPU将充放电电流值和功率值均分成上层充放电电流值和上层功率值，并通过共享RAM分别传递给m个下层CPU；
S4、通过下层CPU将上层充放电电流值和所述上层功率值n等份成充放电电流设定值和功率设定值，然后通过广播形式发送至对应功率单元的n个所述MCU单元；
S5、通过MCU单元根据充放电电流设定值和充放电电流值测量值进行PI调节，根据功率设定值和功率测量值进行PI调节；
S6、通过MCU单元比较S5中两个PI调节的输出值，并将小的输出值作为电流内环的给定IL*；
S7、通过将IL*与电池的内环电感电流IL进行PI调节并将其输出值作为功率单元的PWM占空比从而完成闭环调整；
S8、设定功率通道其中一个MCU单元为主控制模块，其余MCU单元为从控制模块，主控制模块通过均流控制线以广播形式发送均流控制信号，每个功率单元内每个MCU单元通过闭环调整实现功率单元间、MCU单元间在电池不同充放电模式下的均流控制；
S9、通过下层CPU定时通过广播形式查询功率单元内n个MCU单元反馈的电流值和功率值，并将电流值和功率值进行做和处理，然后回传至上位机。
7.根据权利要求1所述的一种并联均流的电池测试方法，其特征在于，所述S5和所述S7中的PI调节均通过空间矢量调制算法或移相调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号。
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| Title |
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| 陈军根;隋昆;: "高功率电动汽车电池测试系统", 仪表技术与传感器, no. 12, 31 December 2011 (2011-12-31), pages 35 - 37 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113189501A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-30 | 南京君海数能科技有限公司 | 电池测试和电池检测同步系统 |
| CN113189501B (zh) * | 2021-04-14 | 2022-10-25 | 南京君海数能科技有限公司 | 电池测试和电池检测同步系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110133520B (zh) | 2024-05-07 |
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