CN112986849A - 一种基于隔离电源的便携式电池模拟器 - Google Patents

一种基于隔离电源的便携式电池模拟器 Download PDF

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王自卫
杨刘倩
彭文
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    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Abstract

本发明提出了一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，包括供电单元、隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元、接插件级联转接单元；所述供电单元分别与接插件级联转接单元、隔离电源转换单元、均衡电流指示单元连接，所述隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元依次连接，所述隔离电源转换单元还与均衡电流指示单元的输出端连接。本申请能够真实的模拟电池电压，可以与BMS之间连接，从而实现快速平台搭建，从而不需要采用真实电池或者昂贵的电池模拟器机柜。

Description

一种基于隔离电源的便携式电池模拟器
技术领域
本发明涉及电池模拟器和电源设计的技术领域，尤其涉及一种基于隔离电源的便携式电池模拟器。
背景技术
随着电动汽车的普及，越来越需要更多的电池以及电池管理系统，涉及到BMS开发所需要的电池模拟器，对于众多中小型企业，无资金能力购买大型电池模拟器，以及研发调试阶段和使用场景的特殊，因此急需一种模拟器在成本较低的前提下实现不同场景的需求。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明提出了一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，具体方案如下：
一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，包括供电单元、隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元、接插件级联转接单元；
所述供电单元分别与接插件级联转接单元、隔离电源转换单元、均衡电流指示单元连接，所述隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元依次连接，所述隔离电源转换单元还与均衡电流指示单元的输出端连接。
具体地说，所述供电单元包括供电端口J1、第一π型滤波电路，所述供电端口中的正输入端VBUS与第一π型滤波电路的正输入端连接,接地端与地GND连接；
所述第一π型滤波电路包括并联设置正输入端VBUS与地GND之间的第一电容组件、电感L2、第二电容组件，所述第一电容组件包括电容C16、电容C17、电容C4、电容C5、电容C30、电容C31，所述正输入端VBUS经过电感L2与第二电容组件一端连接，且作为供电单元的正输出端NET4，第二电容组件的另一端与地GND连接，所述第二电容组件包括并联的电容C6、电容C7、电容C33、电容C18、电容C19。
具体地说，所述供电端口J1为USB端口。
具体地说，所述隔离电源转换单元包括隔离芯片U2、电阻R5、电容C8、二极管D1、电阻R2、电阻R3、由若干电容并联组成的第三电容组件，所述隔离芯片U2的正输入端与供电单元的正输出端NET4连接，且依次通过电阻R5、二极管D1与地GND连接，还经过电容C18与负输入端连接、地GND连接；所述隔离芯片U2的正输出端与负输出端之间通过并联的电阻R2、电阻R3、第二π型滤波电路连接，所述第二π型滤波电路包括并联在R3两端的电容C9，所述隔离芯片U2的正输出端经过电感L1与第三电容组件的一端连接，第三电容组件的另一端与地GND1连接；所述电感L1的输出端分成两路，分别作为第一输出端NET1和经过第三电容组件滤波后的第二输出端NET5。
具体地说，所述隔离芯片U2的型号为B0505S-2W。
具体地说，所述LDO稳压输出单元包括稳压芯片U3、电阻R4、第四电容组件、可调旋转电阻R，所述稳压芯片U3的正输入端和使能端均与隔离电源转换单元的输第二输出端NET5连接，接地端与地GND1连接，正输出端作为LDO稳压输出单元的输出端NET2,且与FB端之间通过电阻R4连接，输出端NET2还经过第四电容组件与地GND1连接，所述第四电容组件包括并联在输出端NET2和地GND1之间的电容C10、电容C13、电容C11，FB端与可调旋转电阻R的中心抽头端口连接，可调旋转电阻R的另一端口与地GND1连接，所述稳压芯片U3的正输出端作为LDO稳压输出单元的输出端。
具体地说，所述稳压芯片U3的型号为TLV758。
具体地说，所述均衡电流指示单元包括均衡芯片U2、电容C37、电阻R1、电容C36、二极管D2、电阻R7，所述均衡芯片U2的正输入端与所述隔离电源转换单元的第一输出端NET1连接，且经过电容C37与地GND1连接，所述均衡芯片U2的第1引脚依次经过二极管D2、电阻R7与地GND1连接，第2引脚与地GND1连接，第3引脚经过并联的电阻R1和电容C36与单体电压采集单元的一输入端CELL1连接，还与均衡芯片U2的第4引脚连接，单体电压采集单元的另一输入端与隔离电源转换单元的第一输出端NET1连接。
具体地说，所述均衡芯片U2的型号为INA180A2。
具体地说，所述接插件级联转接单元包括插接件P1和插接件P2，且均为16位插接件；所述插接件P1的8个引脚与均衡电流指示单元的输出端CELL1连接，其中4个引脚与供电单元中供电端口J1的第一输出端口5V-USB连接，最后的4个引脚与地GND连接；所述插接件P2其中的4个引脚与第一输出端口5V-USB连接，另外4个端口与地GND连接，最后8个端口与地GND1连接。
本发明的有益效果在于：
(1)本申请能够真实的模拟电池电压(1.2V-4.5V),输出电流400mA，可以与BMS之间连接，从而实现快速平台搭建，从而不需要采用真实电池或者昂贵的电池模拟器机柜。
(2)供电端口J1为USB端口，可以兼容手机充电器、电脑USB口、充电宝电源。所述供电端口中的正输入端VBUS作为第一输出端口5V-USB。电源输入采用第一π型滤波电路，改善输入与输出的电源EMC性能。
(3)所述隔离电源转换单元的功能是输入5VUSB电压，输出隔离的5V电压，输出电流能力能达到500mA,输入输出隔离电压可以到2000V,从而实现多节电池单体模拟器地的隔离。输出端采用采用第二π型滤波电路，改善输出的电源EMC性能。
(4)所述LDO稳压输出单元具有高电源抑制比，可以是输出电源稳定，电源输出的纹波不大于10uV且输出电流可以高达400mA，精度和驱动能力完全满足BMS采集和均衡使用。电压可调部分采用可调旋转电阻，旋转改电阻即可得到所需的输出电压。
(5)均衡电流指示单元所使用的是R1为500mΩ电阻串联电流回路中，采用运放均衡芯片U2(INA180A2)进行电压差分线性放大，放大后的电压直接驱动电流指示灯即二极管D2，均衡电流越大，二极管D2越亮。
(6)接插件级联转接单元可以相互对插实现单体级联，无单体先后顺序，此外，实现了只需一路USB电源便可驱动所有单体模拟器。
附图说明
图1为本发明基于隔离电源的便携式电池模拟器的电路图。
图2为图1中供电单元的电路图。
图3为隔离电源转换单元的电路图。
图4为LDO稳压输出单元的电路图。
图5为均衡电流指示单元的电路图。
图6为单体电压采集单元的电路图。
图7为接插件级联转接单元的电路图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，包括供电单元、隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元、接插件级联转接单元。
所述供电单元分别与接插件级联转接单元、隔离电源转换单元、均衡电流指示单元连接，所述隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元依次连接，所述隔离电源转换单元还与均衡电流指示单元的输出端连接。
如图2所示，所述供电单元包括供电端口J1、第一π型滤波电路，所述供电端口中的正输入端VBUS与第一π型滤波电路的正输入端连接,接地端与地GND连接，在该实施例中，供电端口J1为USB端口，可以兼容手机充电器、电脑USB口、充电宝电源，所述供电端口中的正输入端VBUS作为第一输出端口5V-USB。电源输入采用第一π型滤波电路，改善输入与输出的电源EMC性能。
所述第一π型滤波电路包括并联设置正输入端VBUS与地GND之间的第一电容组件、电感L2、第二电容组件，所述第一电容组件包括电容C16、电容C17、电容C4、电容C5、电容C30、电容C31，所述正输入端VBUS经过电感L2与第二电容组件一端连接，且作为供电单元的正输出端NET4，第二电容组件的另一端与地GND连接，所述第二电容组件包括并联的电容C6、电容C7、电容C33、电容C18、电容C19。
如图3所示，所述隔离电源转换单元包括隔离芯片U2，在该实施例中，隔离芯片U2的型号为B0505S-2W。所述隔离电源转换单元还包括电阻R5、电容C8、二极管D1、电阻R2、电阻R3、第三电容组件，所述隔离芯片U2的正输入端与供电单元的正输出端NET4连接，且依次通过电阻R5、二极管D1与地GND连接，还经过电容C18与负输入端连接、地GND连接。所述隔离芯片U2的正输出端与负输出端之间通过并联的电阻R2、电阻R3、第二π型滤波电路连接，所述第二π型滤波电路包括并联在R3两端的电容C9，所述隔离芯片U2的正输出端经过电感L1与第三电容组件的一端连接，第三电容组件的另一端与地GND1连接。所述电感L1的输出端分成两路，分别作为第一输出端NET1和经过第三电容组件滤波后的第二输出端NET5。第三电容组件包括并联的电容C1、电容C2、电容C34、电容C35、电容C13、电容C12、电容C14、电容C15。所述隔离电源转换单元的功能是输入5VUSB电压，输出隔离的5V电压，输出电流能力能达到500mA,输入输出隔离电压可以到2000V,从而实现多节电池单体模拟器地的隔离。输出端采用采用第二π型滤波电路，改善输出的电源EMC性能。
如图4所示，所述LDO稳压输出单元包括稳压芯片U3、电阻R4、第四电容组件、可调旋转电阻R，在该实施例中，稳压芯片U3的型号为TLV758。所述稳压芯片U3的正输入端和使能端均与隔离电源转换单元的输第二输出端NET5连接，接地端与地GND1连接，正输出端作为LDO稳压输出单元的输出端NET2,且与FB端之间通过电阻R4连接，输出端NET2还经过第四电容组件与地GND1连接，所述第四电容组件包括并联在输出端NET2和地GND1之间的电容C10、电容C13、电容C11，FB端与可调旋转电阻R的中心抽头端口连接，可调旋转电阻R的另一端口与地GND1连接，所述稳压芯片U3的正输出端作为LDO稳压输出单元的输出端。所述LDO稳压输出单元具有高电源抑制比，可以是输出电源稳定，电源输出的纹波不大于10uV且输出电流可以高达400mA，精度和驱动能力完全满足BMS采集和均衡使用。电压可调部分采用可调旋转电阻，旋转改电阻即可得到所需的输出电压。
如图5和图6所示，所述均衡电流指示单元包括均衡芯片U2，在该实施例中，均衡芯片U2的型号为INA180A2。所述均衡电流指示单元包括电容C37、电阻R1、电容C36、二极管D2、电阻R7，所述均衡芯片U2的正输入端与所述隔离电源转换单元的第一输出端NET1连接，且经过电容C37与地GND1连接，所述均衡芯片U2的第1引脚依次经过二极管D2、电阻R7与地GND1连接，第2引脚与地GND1连接，第3引脚经过并联的电阻R1和电容C36与单体电压采集单元的一输入端CELL1连接，还与均衡芯片U2的第4引脚连接，单体电压采集单元的另一输入端与隔离电源转换单元的第一输出端NET1连接。均衡电流指示单元所使用的是R1为500mΩ电阻串联电流回路中，采用运放均衡芯片U2(INA180A2)进行电压差分线性放大，放大后的电压直接驱动电流指示灯即二极管D2，均衡电流越大，二极管D2越亮。
如图7所示，所述接插件级联转接单元包括插接件P1和插接件P2，且均为16位插接件。所述插接件P1的8个引脚与均衡电流指示单元的输出端CELL1连接，其中4个引脚与供电单元中供电端口J1的第一输出端口5V-USB连接，最后的4个引脚与地GND连接。所述插接件P2其中的4个引脚与第一输出端口5V-USB连接，另外4个端口与地GND连接，最后8个端口与地GND1连接。接插件级联转接单元可以相互对插实现单体级联，无单体先后顺序，此外，实现了只需一路USB电源便可驱动所有单体模拟器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，包括供电单元、隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元、接插件级联转接单元；
所述供电单元分别与接插件级联转接单元、隔离电源转换单元、均衡电流指示单元连接，所述隔离电源转换单元、LDO稳压输出单元、均衡电流指示单元、单体电压采集单元依次连接，所述隔离电源转换单元还与均衡电流指示单元的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述供电单元包括供电端口J1、第一π型滤波电路，所述供电端口中的正输入端VBUS与第一π型滤波电路的正输入端连接,接地端与地GND连接；
所述第一π型滤波电路包括并联设置正输入端VBUS与地GND之间的第一电容组件、电感L2、第二电容组件，所述第一电容组件包括电容C16、电容C17、电容C4、电容C5、电容C30、电容C31，所述正输入端VBUS经过电感L2与第二电容组件一端连接，且作为供电单元的正输出端NET4，第二电容组件的另一端与地GND连接，所述第二电容组件包括并联的电容C6、电容C7、电容C33、电容C18、电容C19。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述供电端口J1为USB端口。
4.根据权利要求2所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述隔离电源转换单元包括隔离芯片U2、电阻R5、电容C8、二极管D1、电阻R2、电阻R3、由若干电容并联组成的第三电容组件，所述隔离芯片U2的正输入端与供电单元的正输出端NET4连接，且依次通过电阻R5、二极管D1与地GND连接，还经过电容C18与负输入端连接、地GND连接；所述隔离芯片U2的正输出端与负输出端之间通过并联的电阻R2、电阻R3、第二π型滤波电路连接，所述第二π型滤波电路包括并联在R3两端的电容C9，所述隔离芯片U2的正输出端经过电感L1与第三电容组件的一端连接，第三电容组件的另一端与地GND1连接；所述电感L1的输出端分成两路，分别作为第一输出端NET1和经过第三电容组件滤波后的第二输出端NET5。
5.根据权利要求4所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述隔离芯片U2的型号为B0505S-2W。
6.根据权利要求4所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述LDO稳压输出单元包括稳压芯片U3、电阻R4、第四电容组件、可调旋转电阻R，所述稳压芯片U3的正输入端和使能端均与隔离电源转换单元的输第二输出端NET5连接，接地端与地GND1连接，正输出端作为LDO稳压输出单元的输出端NET2,且与FB端之间通过电阻R4连接，输出端NET2还经过第四电容组件与地GND1连接，所述第四电容组件包括并联在输出端NET2和地GND1之间的电容C10、电容C13、电容C11，FB端与可调旋转电阻R的中心抽头端口连接，可调旋转电阻R的另一端口与地GND1连接，所述稳压芯片U3的正输出端作为LDO稳压输出单元的输出端。
7.根据权利要求1所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述稳压芯片U3的型号为TLV758。
8.根据权利要求6所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述均衡电流指示单元包括均衡芯片U2、电容C37、电阻R1、电容C36、二极管D2、电阻R7，所述均衡芯片U2的正输入端与所述隔离电源转换单元的第一输出端NET1连接，且经过电容C37与地GND1连接，所述均衡芯片U2的第1引脚依次经过二极管D2、电阻R7与地GND1连接，第2引脚与地GND1连接，第3引脚经过并联的电阻R1和电容C36与单体电压采集单元的一输入端CELL1连接，还与均衡芯片U2的第4引脚连接，单体电压采集单元的另一输入端与隔离电源转换单元的第一输出端NET1连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述均衡芯片U2的型号为INA180A2。
10.根据权利要求8所述的一种基于隔离电源的便携式电池模拟器，其特征在于，所述接插件级联转接单元包括插接件P1和插接件P2，且均为16位插接件；所述插接件P1的8个引脚与均衡电流指示单元的输出端CELL1连接，其中4个引脚与供电单元中供电端口J1的第一输出端口5V-USB连接，最后的4个引脚与地GND连接；所述插接件P2其中的4个引脚与第一输出端口5V-USB连接，另外4个端口与地GND连接，最后8个端口与地GND1连接。
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