CN111668807B

CN111668807B - 电池测试设备输出端口过压保护电路

Info

Publication number: CN111668807B
Application number: CN202010379406.0A
Authority: CN
Inventors: 张威亚
Original assignee: Wuhan Land Electronic Co ltd
Current assignee: Wuhan Land Electronic Co ltd
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2040-05-07
Also published as: CN111668807A

Abstract

本发明提供了一种电池测试设备输出端口过压保护电路，包括电源变换电路、继电器、输出端口、电池、检测电路、逻辑电路、上位机和驱动电路；电源变换电路的控制输入端与上位机的输出端电连接，电源变换电路的电源输出端经继电器的开关与输出端口电连接，输出端口与电池电连接；继电器的线圈与驱动电路的输出端电连接，过压检测电路的输入端与输出端口电连接，过压检测电路的输出端与逻辑电路的输入端电连接，逻辑电路的输出端分别与上位机和驱动电路的输入端电连接。本发明保证设备输出端口过压后具有实时报警和保护的安全可靠性。

Description

电池测试设备输出端口过压保护电路

技术领域

本发明涉及电池测试技术领域，具体涉及一种电池测试设备输出端口过压保护电路。

背景技术

电池作为一种可储存能量的储能设备，已广泛使用于航空航天、交通运输、移动通信、光伏储能等各种领域，因此，针对电池的管理或测试设备也就得到了相关应用。

然而，在使用电池测试设备时，用户可能将高出量程电压的电池接入输出端口，或将电池充电高出电压量程，如果出现这两种情况，可能就会导致电池或设备的损坏，甚至发生严重火灾等危险事故，一般电池测试设备均应设输出端口过压保护功能。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种电池测试设备输出端口过压保护电路，保证设备输出端口过压后具有实时报警和保护的安全可靠性。

本发明提供了一种电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于包括电源变换电路、继电器、输出端口、电池、检测电路、逻辑电路、上位机和驱动电路；电源变换电路的控制输入端与上位机的输出端电连接，电源变换电路的电源输出端经继电器的开关与输出端口电连接，输出端口与电池电连接；继电器的线圈与驱动电路的输出端电连接，过压检测电路的输入端与输出端口电连接，过压检测电路的输出端与逻辑电路的输入端电连接，逻辑电路的输出端分别与上位机和驱动电路的输入端电连接。

上述技术方案中，所述输出端口包括正极端和负极端，输出端口的负极端接地，输出端口的正极端与过压检测电路的输入端电连接；过压检测电路用于建成的输出端口的两端电压并与内设电压值比较，判断输出端口是否存在过压；过压检测电路将判断结果反馈至逻辑电路，逻辑电路基于判断结果输出使能信号至驱动电路并将判断结果反馈至上位机，上位机基于判断结果控制电源变换电路输出状态；当输出端口的输出电压过压时，驱动电路输出信号控制继电器的开关闭合，上位机允许启动电源变换电路正常输出并经继电器和输出端口为电池充电；当输出端口的输出电压过压时，驱动电路输出信号控制继电器的开关断开，上位机弹出故障报警窗口并禁止启动电源变换电路输出。

上述技术方案中，所述过压检测电路包括光耦U3和稳压芯片，过压检测电路的输入端经电阻R7、R8接地，稳压芯片的参考极电连接于电阻R7、R8之间，稳压芯片的阳极接地，稳压芯片的阴极与光耦U3的第二管脚电连接，光耦U3的第一管脚经电阻R6接直流电源，光耦U3的第三管脚接地，光耦U3的第四管脚经电阻R5接直流电源，过压检测电路的输出端电连接于电阻R5和光耦U3的第四管脚之间；根据电池的充电电压选择稳压芯片的型号以及电阻R7和R8的阻值；当过压检测电路的输入电压超过电源变换电路的充电电压时，稳压芯片开通，光耦U3导通，过压检测电路的输出端输出低电平；当过压检测电路的输入电压不超过电源变换电路的充电电压时，稳压芯片断开，光耦U3断开，过压检测电路的输出端输出高电平。

上述技术方案中，逻辑电路的输入信号为高电平时，逻辑电路判断输出端口的输出电压不过压，逻辑电路的使能信号输出端输出高电平至驱动电路；逻辑电路的输入信号为低电平时，逻辑电路判断输出端口的输出电压过压，逻辑电路的使能信号输出端输出低电平至驱动电路。

上述技术方案中，所述驱动电路包括光耦U2、三级管Q1，使能信号输出端与光耦U2的第一管脚电连接，光耦U2的第二管脚接地，光耦U2的第三管脚电连接于三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极经继电器的线圈和直流电源与光耦U2的第四管脚电连接；当使能信号输出端输出低电平时，光耦U2处于关断状态，继电器的开关断开；当使能信号输出端输出高电平时，光耦U2处于闭合状态，继电器的开关闭合。

上述技术方案中，所述上位机与电源变换电路保持通信连接，所述上位机用于编辑工步设定所述电源变换电路的启动、关断、输出电流、输出电压、输出功率等参数。

上述技术方案中，所述过压检测电路中，电阻R8两侧并联有C2。

上述技术方案中，所述驱动电路中，使能信号输出端经电阻R3与二极管D2和光耦U2的第一管脚电连接，三极管Q1的集电极经二极管D1和电阻R1、R2与光耦U2的第四管脚电连接，电容C1并联于电阻R1两端，继电器的线圈并联于二极管D1的两端，光耦U2的第三管脚经电阻R4接地。

本发明中电源变换电路为电池提供功率电源，其启动及充放电参数受上位机工步控制；继电器连接电源变换电路与输出端口；输出端口用于连接电池；过压检测电路用于对输出端口进行过压检测，并将结果发送至逻辑电路；逻辑电路根据检测结果控制驱动电路使能，并将过压信号告知上位机；上位机收到过压信号后弹出过压报警窗口，并禁止工步启动电源变换电路和告知电源变换电路停止输出电流；驱动电路受逻辑电路使能控制，用于控制继电器开通。本发明解决了电池测试设备输出端口过压的问题，避免了因输出端口过压造成电路及电池损坏甚至引发事故的安全隐患，保证了电池测试设备的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2是本具体实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供了一种电池测试设备输出端口过压保护电路，用于避免因输出端口过压造成电路及电池损坏甚至引发安全事故的问题，由电源变换电路1、继电器2、输出端口3、电池4、上位机5、驱动电路6、过压检测电路7和逻辑电路8组成。

本实施例中，电源变换电路1为电池提供功率电源，例如可对外部电池4进行恒流充放电、恒压充电、恒流恒压充电、恒功率充放电等，电源变换电路1的启动、关断及上述些充放电参数等受上位机工步控制。本实施例中电源变换电路1可以包括依次连接的电源输入端口、整流电路、升压或降压电路、变换电路、滤波电路、控制电路、通信电路。电源输入端口用于连接外部电网，电池充电时由电网提供能量，电池放电时将电池能量回馈电网中。整流电路一般包括二极管或开关管，用于将交流电变换为直流电。升压或降压电路一般包括开关管、磁性储能器件、二极管、滤波电容，主要将电压提升或降低到变换电路所需电压值，并提高工作效率。变换电路一般包括开关管、磁性储能器件、二极管、滤波电容，用于为电池提供所需电源。滤波电路一般包括电感、电容，用于降低纹波系数以保证输出电源的稳定性。控制电路一般由微控制器和开关组成，可以通过脉宽调制技术(PWM)控制升压或降压电路和变换电路的开关管通断，进而实现调压变流的作用。通信电路一般由微处理器和开关组成，用于与上位机实时通信。电源变换电路1具有响应速度快，超调小等优点，可有效地为电池提供所需电源。

本实施例中，继电器2用于控制电池4与电源变换电路1之间是否能够传输电流，其开通和关断受驱动电路6驱动。

本实施例中，输出端口3由端口A和端口B组成，其中端口A用于连接电池4的正极A，端口B用于连接电池4的负极。

本实施例中，外部电池4为用户电池，由于不同电池测试设备量程不尽相同，故外部电池4应低于设备最大量程电压方可使用。本实施例讨论的输出端口过压，指的是用户将高出电压量程电池接入设备输出端口，或将临界量程电池充电高出设备量程电压。对于前者，上位机5将会弹出输出端口过压报警窗口，致使用户禁止工步启动设备，此时电源变换电路1和继电器均处于关断状态；对于后者处于使用设备对电池4进行充电过程，一旦充电电压高出设备电压量程，电源变换电路1和继电器2依次关断，同时上位机弹出输出端口过压报警窗口。

本实施例中，上位机5与电源变换电路1保持通信连接，用户通过上位机5编辑工步设定电源变换电路1的启动、关断、输出电流、输出电压、输出功率等参数。上位机5的软件安装文件由电池测试设备厂家提供，用户可安装在Windows XP、Windows 7和Windows 10操作系统上。

本实施例中，过压检测电路7由输入端Ua、电阻R7、电阻R8、电容C2、稳压芯片TL431、电阻R6、光耦U3、电阻R5及输出端OV_BAT组成。所述输入端Ua连接到所述端口A；所述电阻R7和R8用于分压，将端口A电压进行比例缩小；所述电容C2起滤波作用；稳压芯片TL431作为比较器和开关使用；所述电阻R6用于限流；所述光耦U3作开关使用，并起隔离模拟端与功率端作用；所述电阻R5用于分压和限流的作用；所述输出端OV_BAT连接到逻辑控制，输出端口过压时为低电平，否则为高电平。根据电池的充电电压选择稳压芯片的型号以及电阻R7和R8的阻值；当过压检测电路的输入电压超过电源变换电路的充电电压时，稳压芯片开通，光耦U3导通，过压检测电路的输出端输出低电平；当过压检测电路的输入电压不超过电源变换电路的充电电压时，稳压芯片断开，光耦U3断开，过压检测电路的输出端输出高电平。

本实施例中，逻辑电路8的输入端OV_BAT连接到过压检测电路7，低电平表示输出端口过压，高电压表示输出正常。逻辑电路8的输出端Relay_EN连接到驱动电路6，当收到输入端OV_BAT为低电平时，将输出端Relay_EN拉为低电平；当收到输入端OV_BAT为高电平时，将输出端Relay_EN拉为高电平。逻辑电路8与上位机5保持通信连接，通过读取输入端OV_BAT电平告知上位机5输出端口是否过压。

本实施例中，驱动电路6由输入端Relay_EN、电阻R3、二极管D2、光耦U2、电阻R4、三极管Q1、电容C1、二极管D1、电阻R1和电阻R2组成。所述输入端Relay_EN作为驱动电路使能输入，与所述逻辑电路相连；所述电阻R3用于限流和分压；所述二极管D2控制电流流向；所述光耦U2起隔离模拟侧和功率侧的作用；所述电阻R2和电阻R4用于分压和限流；所述三极管Q1为NPN型管，工作在饱和态，作开关使用；所述二极管D1在所述继电器关断时为绕组电动势提供泄放回路；所述电解电容C1为继电器绕组启动瞬间提供大电流；所述电阻R1用于分压，保证继电器绕组处于最小吸合电压，以减少关断时间。

本实施例中，还包括电源+15V、+5V、功率地PGND和模拟地AGND，所述电源及地均通过变换或稳压产生，在此不列出详细电路。

具体地，假设电池测试设备输出端口电压高出61V定义为过压。图2根据TL431工作原理，U1＝2.5V时TL431开通，则存在(R7+R8)/R8＝61V/2.5V＝24.4，则R7/R8＝23.4。本发明以上参数设置仅限于高出61V过压保护的电池测试设备，此低于此过压点不再适用，但通过调节电阻R7和R8阻值，可获得其他过压点保护电路。

本实施例中，以过压点61V为例对电池测试设备输出端口过压保护电路加以详细说明，具体分两种情况介绍：1、用户将61V电池或过高电压电池正确接入输出端口，则U1＝2.5V，U2＝2V，此时+5V、电阻R6、光耦U3管脚1、光耦U3管脚2、TL431和PGND构成通路，则光耦U3开通，此时OV_BAT被拉为0V(低电平)，逻辑电路根据其输入端OV_BAT为低电平判断输出端口过压，将其输出端Relay_EN出低电平和将输出端口过压告知上位机，上位机将弹出输出端口过压报警窗口并禁止工步启动电源变换电路，此时光耦U2、三极管Q1和继电器保持关断状态，进而实现了输出过压保护功能；2、用户正使用电池测试设备对电池进行充电，当电池电压达到61V时，过压检测电路依次出现Ua＝61V、U1＝2.5V、U2＝2V、光耦U3打开、OV_BAT端为低电平，逻辑电路根据输入端OV_BAT低电平判断输出端口过压和将输出端口过压告知上位机，上位机向电源变换电路发送关闭命令并弹出输出端口过压报警窗口，电源变换电路内微控制器根据关闭命令停止PWM输出致使电源变换电路停止输出电流，同时驱动电路光耦U2和三极管Q1关闭、继电器断开，进而实现了电池测试设备充电过程输出端口的过压保护功能。

本实施例详细地介绍了一种电池测试设备输出端口过压保护电路，解决了电池测试设备输出端口过压的问题，避免了因输出端口过压造成电路及电池损坏甚至引发事故的安全隐患，保证了电池测试设备的安全可靠性。

通过以上实施例对一种电池测试设备输出端口过压保护电路进行了详细的介绍，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助上位机软件和必要的硬件电路来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。

值得说明的是，为进一步详细说明本实施例，以上实施例对各个单元和各个模块进行了相应的划分，但不仅仅局限于这样的划分方式，只要能实现所需功能即可，且各个模块及单元的命名也仅作为描述方便，故上述划分及命名并不限制本发明的保护范围。

以上所述实施例表达了本申请的实施方式，其描述较为详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准

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

1.一种电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于包括电源变换电路、继电器、输出端口、电池、过压检测电路、逻辑电路、上位机和驱动电路；电源变换电路的控制输入端与上位机的输出端电连接，电源变换电路的电源输出端经继电器的开关与输出端口电连接，输出端口与电池电连接；继电器的线圈与驱动电路的输出端电连接，过压检测电路的输入端与输出端口电连接，过压检测电路的输出端与逻辑电路的输入端电连接，逻辑电路的输出端分别与上位机和驱动电路的输入端电连接；

所述输出端口包括正极端和负极端，输出端口的负极端接地，输出端口的正极端与过压检测电路的输入端电连接；过压检测电路用于检测输出端口的两端电压并与内设电压值比较，判断输出端口是否存在过压；过压检测电路将判断结果反馈至逻辑电路，逻辑电路基于判断结果输出使能信号至驱动电路并将判断结果反馈至上位机，上位机基于判断结果控制电源变换电路输出状态；当输出端口的输出电压过压时，驱动电路输出信号控制继电器的开关闭合，上位机允许启动电源变换电路正常输出并经继电器和输出端口为电池充电；当输出端口的输出电压过压时，驱动电路输出信号控制继电器的开关断开，上位机弹出故障报警窗口并禁止启动电源变换电路输出。

2.根据权利要求1所述的电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于所述过压检测电路包括光耦U3和稳压芯片，过压检测电路的输入端经电阻R7、R8接地，稳压芯片的参考极电连接于电阻R7、R8之间，稳压芯片的阳极接地，稳压芯片的阴极与光耦U3的第二管脚电连接，光耦U3的第一管脚经电阻R6接直流电源，光耦U3的第三管脚接地，光耦U3的第四管脚经电阻R5接直流电源，过压检测电路的输出端电连接于电阻R5和光耦U3的第四管脚之间；根据电池的充电电压选择稳压芯片的型号以及电阻R7和R8的阻值；当过压检测电路的输入电压超过电源变换电路的充电电压时，稳压芯片开通，光耦U3导通，过压检测电路的输出端输出低电平；当过压检测电路的输入电压不超过电源变换电路的充电电压时，稳压芯片断开，光耦U3断开，过压检测电路的输出端输出高电平。

3.根据权利要求2所述的电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于逻辑电路的输入信号为高电平时，逻辑电路判断输出端口的输出电压不过压，逻辑电路的使能信号输出端输出高电平至驱动电路；逻辑电路的输入信号为低电平时，逻辑电路判断输出端口的输出电压过压，逻辑电路的使能信号输出端输出低电平至驱动电路。

4.根据权利要求3所述的电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于所述驱动电路包括光耦U2、三极管Q1，使能信号输出端与光耦U2的第一管脚电连接，光耦U2的第二管脚接地，光耦U2的第三管脚电连接于三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极经继电器的线圈和直流电源与光耦U2的第四管脚电连接；当使能信号输出端输出低电平时，光耦U2处于关断状态，继电器的开关断开；当使能信号输出端输出高电平时，光耦U2处于闭合状态，继电器的开关闭合。

5.根据权利要求1所述的电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于所述上位机与电源变换电路保持通信连接，所述上位机用于编辑工步设定所述电源变换电路的启动、关断、输出电流、输出电压、输出功率参数。

6.根据权利要求4所述的电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于所述过压检测电路中，电阻R8两侧并联有C2。

7.根据权利要求6所述的电池测试设备输出端口过压保护电路，其特征在于所述驱动电路中，使能信号输出端经电阻R3与二极管D2和光耦U2的第一管脚电连接，三极管Q1的集电极经二极管D1和电阻R1、R2与光耦U2的第四管脚电连接，电容C1并联于电阻R1两端，继电器的线圈并联于二极管D1的两端，光耦U2的第三管脚经电阻R4接地。