CN112034362A - 一种动力电池多通道同步检测板 - Google Patents

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牛利勇
武帅
张维戈
赵乐乐
吴健
张言茹
齐洪峰
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Beijing Jiaotong University
CRRC Industry Institute Co Ltd
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CRRC Industry Institute Co Ltd
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables

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Abstract

本发明公开了一种动力电池多通道同步检测板，包括：电池端连接器、若干相互间隔离的测量通道、FPGA处理单元、单片机、供电电源及通信接口电路。通信接口电路包括：以太网接口、CAN通信接口和主动同步接口，电池端连接器与若干相互间隔离的测量通道连接，若干相互间隔离的测量通道均与FPGA处理单元连接，FPGA处理单元分别与单片机和主从同步接口连接，单片机分别与CAN通信接口和以太网接口连接，本发明的多通道同步检测板应用于动力电池的性能测试时，可以高速并严格同步地测量动力电池的电压、电流、温度、充放电量等信息，并可根据测量需要进行灵活多样的系统配置。

Description

一种动力电池多通道同步检测板
技术领域
本发明涉及一种同步检测板，具体涉及一种动力电池多通道同步检测板。
背景技术
锂离子电池在电动汽车、储能系统中的应用越来越广泛，针对锂离子电池的科学研究和性能检测需求也越来越多。在这些过程中，通常涉及到使用充放电测试仪对电池进行充放电循环，而在循环过程中对电池的电压、电流等参数进行测量，再通过特定的分析手段对所得测量数据进行分析处理，从而掌握电池的特性。
对于使用电池单体而串联连接组成的电池组，现有的检测装置多以轮询的方式对电池单体电压进行测量，所得测量结果不属于同一时间点的结果，在数据处理阶段将造成误差。在电池电压变化速率较大的情况下，这种误差就较大，严重影响所做检测的科学性。
本发明的多通道同步检测板，能够保证各个测量通道的测量过程严格同步，消除因时间不同步而造成的测量结果误差，提高检测系统性能。
发明内容
为了满足动力电池检测过程中同步采集电池参数的需要，本发明的目的在于提供一种动力电池多通道同步检测板，可以高速并严格同步地测量动力电池的电压、电流、温度、充放电量(充放电量是根据测量获得的电压、电流信息，经过离散化积分运算得到的，即每次测量得到电压、电流信息后，计算它们的乘积，再乘以采样间隔时间，然后不断做累加运算)等信息，从而消除因测量数据时间不同步所造成的数据处理误差。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种动力电池多通道同步检测板，包括：电池端连接器、若干相互间隔离的测量通道、FPGA处理单元、单片机、通信接口电路和供电电源；
所述供电电源用于为动力电池多通道同步检测板提供电源；
所述通信接口电路包括：以太网接口、CAN通信接口和主动同步接口；
所述电池端连接器与若干相互间隔离的测量通道连接，若干相互间隔离的测量通道均与FPGA处理单元连接，FPGA处理单元分别与单片机和主从同步接口连接，单片机分别与CAN通信接口和以太网接口连接。
在上述方案的基础上，所述电池端连接器分别与动力电池单体、电流传感器和温度传感器连接，电流传感器与动力电池单体连接，温度传感器与动力电池单体连接，所述电池端连接器用于将动力电池单体的电压信息、电流信息和温度信息接入动力电池多通道同步检测板的测量通道。
在上述方案的基础上，每条测量通道均包括：信号调理电路、高速模数转换器和高速通信隔离接口芯片；信号调理电路的一端与电池端连接器连接，信号调理电路的另一端与高速模数转换器连接，高速模数转换器与高速通信隔离接口芯片连接，高速通信隔离接口芯片与FPGA处理单元连接。
在上述方案的基础上，信号调理电路包括低通滤波器、精密分压电阻网络和射极跟随器。
在上述方案的基础上，所述信号调理电路用于将接入的模拟信号通过低通滤波器滤除高频噪声，通过射极跟随器提高测量通道的输入阻抗，然后进行分压处理，得到高速模数转换器所需的输入信号；
所述高速模数转换器用于将经过信号调理电路处理后的模拟信号转换为数字信号；
高速通信隔离接口芯片用于对测量通道进行电气隔离。
在上述方案的基础上，所述FPGA处理单元用于控制每条测量通道中高速模数转换器的同步启动采样，并利用FPGA的并行处理能力，同步读入每个高速模数转换器的输出结果，然后再同步执行校准计算，得到最终的测量结果，然后以DMA的方式传送给单片机；
所述单片机用于读取测量结果并通过以太网接口将测量结果发送给PC机或远程服务器；
用于通过CAN通信接口向充放电测试仪传输控制指令和关键电池信息。
在上述方案的基础上，采用多块动力电池多通道同步检测板拓展测量通道的数量，其中的一块动力电池多通道同步检测板作为主检测板，工作于主机模式，用于发出同步脉冲信号，其他的动力电池多通道同步检测板作为从检测板，工作于从机模式，用于与主检测板保持同步，保证所有的测量通道同时完成一次采样，所述主检测板通过主从同步接口与从检测板连接。
本发明的动力电池多通道同步检测板用于对动力电池进行性能测试时的电池信息测量和采集，具有各通道电气隔离、高速且同步采样的优点。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种动力电池多通道同步检测板，包括：电池端连接器、若干相互间隔离的测量通道、FPGA处理单元、单片机、通信接口电路和供电电源；
所述供电电源用于为动力电池多通道同步检测板提供电源；
所述通信接口电路包括：以太网接口、CAN通信接口和主动同步接口；
所述电池端连接器与若干相互间隔离的测量通道连接，若干相互间隔离的测量通道均与FPGA处理单元连接，FPGA处理单元分别与单片机和主动同步接口连接，单片机分别与CAN通信接口和以太网接口连接。
在上述方案的基础上，所述电池端连接器分别与动力电池单体、电流传感器连接和温度传感器连接，电流传感器与动力电池单体连接，温度传感器与动力电池单体连接，所述电池端连接器用于将动力电池单体的电压信息、电流信息和温度信息接入动力电池多通道同步检测板的测量通道。
在上述方案的基础上，每条测量通道均包括：信号调理电路、高速模数转换器和高速通信隔离接口芯片；信号调理电路的一端与电池端连接器连接，信号调理电路的另一端与高速模数转换器连接，高速模数转换器与高速通信隔离接口芯片连接，高速通信隔离接口芯片与FPGA处理单元连接。
在上述方案的基础上，信号调理电路包括低通滤波器、精密分压电阻网络和射极跟随器。
在上述方案的基础上，所述信号调理电路用于将接入的模拟信号通过低通滤波器滤除高频噪声，通过射极跟随器提高测量通道的输入阻抗，然后进行分压处理，得到高速模数转换器所需的输入信号；
所述高速模数转换器用于将经过信号调理电路处理后的模拟信号转换为数字信号；
高速通信隔离接口芯片用于对测量通道进行电气隔离。
在上述方案的基础上，所述FPGA用于控制每条测量通道中高速模数转换器的同步启动采样，并利用FPGA的并行处理能力，同步读入每个高速模数转换器的输出结果，然后再同步执行校准计算，得到最终的测量结果，然后以DMA的方式传送给单片机；
所述单片机用于读取测量结果并通过以太网接口将测量结果发送给PC机或远程服务器；
用于通过CAN通信接口向充放电测试仪传输控制指令和关键电池信息。
在上述方案的基础上，采用多块动力电池多通道同步检测板拓展测量通道的数量，其中的一块动力电池多通道同步检测板作为主检测板，工作于主机模式，用于发出同步脉冲信号，其他的动力电池多通道同步检测板作为从检测板，工作于从机模式，用于与主检测板保持同步，保证所有的测量通道同时完成一次采样，所述主检测板通过主从同步接口与从检测板连接。
本发明通过电池端连接器将电池单体电压、电流、温度等信号接入检测板，然后为每个电池单体的测量信号都设置了信号调理电路，信号调理电路包括低通滤波器、精密分压电阻网络、射极跟随器等。经过调理的信号进入高速模数转换器(ADC)。高速模数转换器可以根据所期望达到的测量精度，选择16位、24位等不同分辨率的ADC芯片。每一路ADC芯片与FPGA处理单元之间通过串行数据总线连接，并采用高速通信隔离接口芯片进行隔离。基于FPGA的并行处理能力，各个ADC可以严格时间同步地开始采样，输出结果数据也同步地传输给FPGA处理单元，从而保证了测量数据的严格时间同步。FPGA处理单元获得原始测量结果后，并行地进行各路测量结果校准计算，获得最终结果。最终结果以DMA的方式传送给单片机，单片机可以通过以太网(Ethernet)接口向外高速传输。检测板还设置有CAN通信接口，单片机通过CAN通信接口可向充放电测试仪传输控制指令和关键电池信息。
本说明书中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 (7)

1.一种动力电池多通道同步检测板，其特征在于，包括：电池端连接器、若干相互间隔离的测量通道、FPGA处理单元、单片机、通信接口电路和供电电源；
所述供电电源用于为动力电池多通道同步检测板提供电源；
所述通信接口电路包括：以太网接口、CAN通信接口和主动同步接口；
所述电池端连接器与若干相互间隔离的测量通道连接，若干相互间隔离的测量通道均与FPGA处理单元连接，FPGA处理单元分别与单片机和主从同步接口连接，单片机分别与CAN通信接口和以太网接口连接。
2.如权利要求1所述的动力电池多通道同步检测板，其特征在于，所述电池端连接器分别与动力电池单体、电流传感器和温度传感器连接，电流传感器与动力电池单体连接，温度传感器与动力电池单体连接，所述电池端连接器用于将动力电池单体的电压信息、电流信息和温度信息接入动力电池多通道同步检测板的测量通道。
3.如权利要求2所述的动力电池多通道同步检测板，其特征在于，每条测量通道均包括：信号调理电路、高速模数转换器和高速通信隔离接口芯片；信号调理电路的一端与电池端连接器连接，信号调理电路的另一端与高速模数转换器连接，高速模数转换器与高速通信隔离接口芯片连接，高速通信隔离接口芯片与FPGA处理单元连接。
4.如权利要求3所述的动力电池多通道同步检测板，其特征在于，信号调理电路包括低通滤波器、精密分压电阻网络和射极跟随器。
5.如权利要求4所述的动力电池多通道同步检测板，其特征在于，所述信号调理电路用于将接入的模拟信号通过低通滤波器滤除高频噪声，通过射极跟随器提高测量通道的输入阻抗，然后进行分压处理，得到高速模数转换器所需的输入信号；
所述高速模数转换器用于将经过信号调理电路处理后的模拟信号转换为数字信号；
高速通信隔离接口芯片用于对测量通道进行电气隔离。
6.如权利要求5所述的动力电池多通道同步检测板，其特征在于，所述FPGA处理单元用于控制每条测量通道中高速模数转换器的同步启动采样，并利用FPGA的并行处理能力，同步读入每个高速模数转换器的输出结果，然后再同步执行校准计算，得到最终的测量结果，然后以DMA的方式传送给单片机；
所述单片机用于读取测量结果并通过以太网接口将测量结果发送给PC机或远程服务器；
所述单片机用于通过CAN通信接口向充放电测试仪传输控制指令和关键电池信息。
7.如权利要求1所述的动力电池多通道同步检测板，其特征在于，采用多块动力电池多通道同步检测板拓展测量通道的数量，其中的一块动力电池多通道同步检测板作为主检测板，工作于主机模式，用于发出同步脉冲信号，其他的动力电池多通道同步检测板作为从检测板，工作于从机模式，用于与主检测板保持同步，保证所有的测量通道同时完成一次采样，所述主检测板通过主从同步接口与从检测板连接。
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