CN115793596A - 一种基于dsp的锂电池检测系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池充放电检测的技术领域，特别涉及一种基于DSP的锂电池检测系统及控制方法，该系统包括DSP控制单元、功率控制单元、电压采样模块及电流采样模块；功率控制单元包括并联的第一功率回路和第二功率回路；DSP控制单元包括电连接的AD采集模块、PI控制模块及PWM模块；AD采集模块通过电压采样模块、电流采样模块获得电池端电压和充放电电流并传输给PI控制模块进行PI计算后输出控制信号；PWM模块对控制信号进行脉宽调制后向第一功率回路、第二功率回路输出占空比信号及移相占空比信号。通过上述设置方式能够实现超低压大电流的充放电测试，提高充放电功率级别，在减小电路成本的同时可实现环路的灵活调整及反馈。

Description

一种基于DSP的锂电池检测系统及控制方法

技术领域

本发明涉及锂电池充放电检测的技术领域，特别涉及一种基于DSP的锂电池检测系统及控制方法。

背景技术

锂电池具有能量密度高、可循环充电次数多等优点，由锂电池模组组成的大功率超级电容已成为市场优选的动力电源应用于电动汽车中。特别是随着新能源科技的发展，锂电池动力模组将具有越来越大的市场。

在具体应用当中，锂电池参数容易受到充放电倍率、电荷状态、老化程度等影响。因此，为了更好地研究锂电池的应用技术，对锂电池进行测试及模拟工况的大功率测试设备至关重要。

传统的锂电池测试系统主要通过模拟电路搭建功率拓扑，此方法一般通过驱动芯片内部集成电路及硬件PI(Proportional Integral，比例积分)环路实现锂电的恒流、恒压充电切换，然而硬件模拟电路控制的缺点是在大电流充放电测试中对功率模块要求高，模拟控制环路难，设计成本高，输出调整率及可控性较差。

目前，市面上现有的大功率测试设备一般采用DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)控制方案实现大电流充放电，然而现有的DSP控制往往比较简单，其电路拓扑无法实现超低压大电流输出，具体是在电路上采用一个MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管)高占空比实现放电功能，这就会造成MOS管应力过大、电感饱和而无法实现超低压大电流的充放电检测。特别是在锂电放电测试中，往往采用很大的占空比来实现高倍数反向升压放电，MOS管需承受很大的尖峰电压，升压倍数越高占空比越大，功率管续流时间很小会导致电感饱和甚至烧毁。

发明内容

为解决上述现有技术中基于DSP控制的锂电池检测系统存在无法实现超低压大电流充放电检测的不足，本发明提供一种基于DSP的锂电池检测系统，包括DSP控制单元、功率控制单元、电压采样模块以及电流采样模块。

所述功率控制单元包括并联的第一功率回路和第二功率回路，所述并联的第一端与电源输入端电连接，所述并联的第二端与电池端的功率线电连接；所述第一功率回路、所述第二功率回路均包括若干场效应管组成的全桥电路。

所述DSP控制单元包括依次电连接的AD采集模块、PI控制模块以及PWM模块；所述AD采集模块分别通过所述电压采样模块、所述电流采样模块获得电池端电压和充放电电流；所述PI控制模块包括电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器，所述电压控制器、所述电流控制器根据采集的所述电池端电压、所述充放电电流及电压给定值、电流给定值进行P I计算后输出控制信号；所述PWM模块与所述功率控制单元电连接，以用于输入所述控制信号并经脉宽调制向所述第一功率回路输出占空比信号，向所述第二功率回路输出移相占空比信号。

在一实施例中，所述第一功率回路包括场效应管Q7、场效应管Q11、场效应管Q4、场效应管Q10以及电感L3；所述场效应管Q7和所述场效应管Q11组成半桥桥臂的高压侧连接在所述电源输入端的正极，所述场效应管Q4和所述场效应管Q10组成半桥桥臂的低压侧连接在所述电源输入端的负极；所述场效应管Q7、所述场效应管Q11、所述场效应管Q4、所述场效应管Q10的栅极连接所述PWM模块，以用于输入所述占空比信号；所述第一功率回路的输出端通过所述电感L3与所述电池端的功率线电连接；

所述第二功率回路包括场效应管Q22、场效应管Q24、场效应管Q21、场效应管Q23以及电感L7；所述场效应管Q22和所述场效应管Q24组成半桥桥臂的高压侧连接在所述电源输入端的正极，所述场效应管Q21和所述场效应管Q23组成半桥桥臂的低压侧连接在所述电源输入端的负极；所述场效应管Q22、所述场效应管Q24、所述场效应管Q21、所述场效应管Q23的栅极连接所述PWM模块，以用于输入所述移相占空比信号；所述第二功率回路的输出端通过所述电感L7与所述电池端的功率线电连接。

在一实施例中，所述场效应管Q7的占空比信号取值等于经所述P I控制模块P I调节输出的占空比信号取值加上所述场效应管Q4的占空比信号取值；所述场效应管Q22的移相占空比信号取值等于经所述P I控制模块P I调节输出的移相占空比信号取值加上所述场效应管Q21的移相占空比信号取值；所述场效应管Q4的占空比信号取值和所述场效应管Q21的移相占空比信号取值均为预设固定值。

在一实施例中，所述预设固定值的选取范围设置为15％～25％。

在一实施例中，设所述场效应管Q7的占空比信号取值为2D，所述场效应管Q22的移相占空比信号取值为2*(D+θ)，0＜D＜0.5；若对电池端充电，所述场效应管Q11的占空比信号取值为1-2D，所述场效应管Q4的占空比信号取值为D，所述场效应管Q10的占空比信号取值为1-D，所述场效应管Q24的移相占空比信号取值为1-2*(D+θ)，所述场效应管Q21的移相占空比信号取值为D+θ，所述场效应管Q23的移相占空比信号取值为1-(D+θ)；若对电池端放电，所述场效应管Q11的占空比信号取值为2D-1，所述场效应管Q4的占空比信号取值为1-D，所述场效应管Q10的占空比信号取值为D，所述场效应管Q24的移相占空比信号取值为2*(D+θ)-1，所述场效应管Q21的移相占空比信号取值为1-(D+θ)，所述场效应管Q23的移相占空比信号取值为D+θ。

在一实施例中，所述电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器的控制方式为：所述电压控制器根据采集的所述电池端电压及所述电压给定值比较得到差值，再进行PI计算后输出电流调节值，所述电流调节值与所述电流给定值取小值作为电流输入值，所述电流控制器根据采集的所述充放电电流及所述电流输入值比较得到差动值，再进行P I计算后输出所述控制信号。

在一实施例中，还包括电连接在所述功率控制单元和所述电池端的功率线之间的同步驱动单元，所述同步驱动单元包括串联在所述电池端的功率线正极的至少一个同步管；所述同步驱动单元还包括充放电保护电路，至少一个所述同步管的栅极通过所述充放电保护电路与所述DSP控制单元电连接，以用于对所述锂电池检测系统进行过流、过压及反接钳位保护。

在一实施例中，所述电流采样模块包括串联在所述功率控制单元与所述电池端的功率线之间的采样电阻以及并联在所述采样电阻上的正负电流差分采样电路，以用于采集所述充放电电流。

在一实施例中，所述同步驱动单元还包括功率继电器电路，所述功率继电器电路串联在所述电池端的功率线上且和所述DSP控制单元电连接，以用于控制所述电池端向所述电源输入端的充放电。

本发明还提供一种基于DSP的锂电池检测控制方法，采用如上实施例所述的一种基于DSP的锂电池检测系统，包括以下控制步骤：

启动所述锂电池检测系统，并判断系统是否进入运行状态；

若系统进入运行状态，则执行步骤a，若系统未进入运行状态则执行步骤b；

步骤a，系统软启动，对所述占空比信号进行预设加载；再通过所述电压控制器、所述电流控制器进行PI计算后经由所述PWM模块输出所述占空比信号，并使得所述场效应管Q7的占空比信号取值等于所述PI调节输出的占空比信号取值加上所述场效应管Q4的占空比信号取值；

接着，判断所述场效应管Q4的占空比信号取值是否小于所述预设固定值，若是，则场效应管Q4的占空比信号取值依次递加第一预设值，直至所述场效应管Q4的占空比信号取值不小于所述预设固定值，即结束进程；若否，则结束进程；所述第一预设值的选取范围设置为0.01％～0.002％；

步骤b，执行PI清零，并判断所述场效应管Q7的当前占空比信号取值是否大于2D；若所述场效应管Q7的当前占空比信号取值大于2D，则所述场效应管Q7的当前占空比信号取值依次递减第二预设值，直至所述场效应管Q7的当前占空比信号取值等于2D，再执行步骤c；若所述场效应管Q7的当前占空比信号取值小于2D，则所述场效应管Q7的当前占空比信号取值依次递增所述第二预设值，直至所述场效应管Q7的当前占空比信号取值等于2D，再执行步骤c；若所述场效应管Q7的当前占空比信号取值等于2D，则直接执行步骤c；所述第二预设值的选取范围设置为0.1％～0.01％；

步骤c，判断所述场效应管Q10的当前占空比信号取值是否大于所述第一预设值；若是，则所述场效应管Q10的当前占空比信号取值依次递减所述第一预设值，直至所述场效应管Q10的当前占空比信号取值不大于所述第一预设值，结束进程；若否，则认为所述场效应管Q10的当前占空比信号取值为0，所述PWM模块禁止输出，结束进程。

基于上述，与现有技术相比，本发明提供的基于DSP的锂电池检测系统通过构造并联的两组全桥电路以及设置电压电流双闭环控制算法实现不同占空比输出，继而实现超低压大电流的充放电测试，提高整个电路的充放电功率级别，在保证输出功率需求的同时减少单路大功率放电时高占空比升压方式造成的电路异常。

本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。

图1为本发明提供的一实施例中基于DSP控制的锂电池检测系统的结构框图；

图2为本发明提供的功率控制单元和同步驱动单元的电路原理图；

图3为本发明提供的PI控制模块中电压电流双闭环控制原理图；

图4为本发明提供的一实施例中基于DSP控制的锂电池检测系统的结构框图；

图5为本发明提供的正负电流差分采样电路的电路原理图；

图6为本发明提供的基于DSP的锂电池检测控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。

为解决上述现有技术中基于DSP控制的锂电池检测系统存在无法实现超低压大电流充放电检测的不足，请参阅图1，本发明提供一种基于DSP的锂电池检测系统至少包括DSP控制单元、功率控制单元、电压采样模块以及电流采样模块。

功率控制单元包括并联的第一功率回路和第二功率回路，并联的第一端与电源输入端电连接，并联的第二端与电池端的功率线电连接；第一功率回路、第二功率回路均包括若干场效应管组成的全桥电路。

DSP控制单元包括依次电连接的AD(Analogue to Digital，模数转换)采集模块、PI控制模块以及PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)模块；AD采集模块分别通过电压采样模块、电流采样模块获得电池端电压和充放电电流；PI控制模块包括电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器，电压控制器、电流控制器根据采集的电池端电压、充放电电流及电压给定值、电流给定值进行PI计算后输出控制信号；PWM模块与功率控制单元电连接，以用于输入控制信号并经脉宽调制向第一功率回路输出占空比信号，向第二功率回路输出移相占空比信号。

应当说明的是，移相占空比信号是在占空比信号的基础上根据设定的移相角使得脉冲产生移相而形成的，具体可根据控制回路中的PWM模块调节产生。

其中，电压采样模块与电池端的采样线电连接，以用于采集电池端电压；电流采样模块与电池端的功率线电连接，以用于采集充放电电流。应当说明的是，具体的电压采样模块及电流采样模块可根据实际电路需求进行设置，为本领域技术人员的常规技术手段，在此不做赘述。

其中，电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器是通过电池端电压、充放电电流两个状态量实现反馈，形成一个双闭环控制模式；并利用电流内环控制电流、电压外环控制电压的模式来实现不同占空比信号的加载。

其中，AD采集模块主要包括模数转换器，用于将采集的信号转为数字信号；PWM模块主要包括PWM脉宽调制器，用于对信号进行脉宽调制处理，以调整相应的占空比信号及移相占空比信号。

较佳地，功率控制单元与电源输入端之间还并联有整流器和滤波电路，以用于对输入电压进行整流和滤波。

本发明提供的基于DSP的锂电池检测系统通过构造并联的第一功率回路、第二功率回路以及配合电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器进行PI计算，能够提高充放电的功率等级、输出超低压大电流，实现对超级电容极低电压大电流充放电测试。

在一较佳的实施例中，请参阅图2，第一功率回路包括场效应管Q7、场效应管Q11、场效应管Q4、场效应管Q10以及电感L3。场效应管Q7和场效应管Q11组成半桥桥臂的高压侧连接在电源输入端的正极，场效应管Q4和场效应管Q10组成半桥桥臂的低压侧连接在电源输入端的负极。场效应管Q7、场效应管Q11、场效应管Q4、场效应管Q10的栅极连接PWM模块，以用于输入占空比信号。第一功率回路的输出端通过电感L3与电池端的功率线电连接。

在电池充电时，能量正向流动，场效应管Q7、场效应管Q11为电池端的正压输出回路，场效应管Q7正半周期实现电感L3的储能，场效应管Q11负半周期维持电感L3的电感续流；场效应管Q4、场效应管Q10为电池端的负压输出回路，场效应管Q4正半周期实现电感L3的储能，场效应管Q10负半周期维持电感L3的电感续流。在电池放电时，第一功率回路反向升压，能量从电池端流向电源输入端。

第二功率回路包括场效应管Q22、场效应管Q24、场效应管Q21、场效应管Q23以及电感L7。场效应管Q22和场效应管Q24组成半桥桥臂的高压侧连接在电源输入端的正极，场效应管Q21和场效应管Q23组成半桥桥臂的低压侧连接在电源输入端的负极。场效应管Q22、场效应管Q24、场效应管Q21、场效应管Q23的栅极连接PWM模块，以用于输入移相占空比信号。第二功率回路的输出端通过电感L7与电池端的功率线电连接。

同理，在电池充电时，能量正向流动，场效应管Q22、场效应管Q24为电池端的正压输出回路，场效应管Q22正半周期实现电感L7的储能，场效应管Q24负半周期维持电感L7的电感续流；场效应管Q21、场效应管Q23为电池端的负压输出回路，场效应管Q21正半周期实现电感L7的储能，场效应管Q23负半周期维持电感L7的电感续流。在电池放电时，第二功率回路反向升压，能量从电池端流向电源输入端。

通过上述对第一功率回路、第二功率回路的设置，能够使得电池端输出的正负电压叠加，不仅可实现可调充电电压和放电电压的大电流充放电，还可实现输出端超低电压接近0V大电流的电芯检测模式，减小电路元器件应力，提高电路性能。

进一步地，在第一功率回路和第二功率回路的半桥中，如果上管的占空比信号从最小值开始往上增加至所需的预设值时，在电路启动瞬间，上管的占空比很小，与之互补的下管占空比会很大，这就存在可能会引起后端能量反灌的问题。

为解决上述问题，本实施例采用上管占空比递减式的控制方式，具体实施时，场效应管Q7的占空比信号取值等于经PI控制模块PI调节输出的占空比信号取值加上场效应管Q4的占空比信号取值；场效应管Q22的移相占空比信号取值等于经PI控制模块PI调节输出的移相占空比信号取值加上场效应管Q21的移相占空比信号取值；场效应管Q4的占空比信号取值和场效应管Q21的移相占空比信号取值均为预设固定值。较佳地，预设固定值的选取范围设置为15％～25％。更佳地，预设固定值为20％。

通过上述设置方式，能够保证输出端的电压在半桥中的高压侧始终为正电压，低压侧始终为负电压，高压侧的场效应管占空比递减，从而避免能量反灌的问题，提高系统的使用寿命。

在一较佳的实施例中，设场效应管Q7的占空比信号取值为2D，0＜D＜0.5。若对电池端充电，场效应管Q11的占空比信号取值为1-2D，场效应管Q4的占空比信号取值为D，场效应管Q10的占空比信号取值为1-D；若对电池端放电，场效应管Q11的占空比信号取值为2D-1，场效应管Q4的占空比信号取值为1-D，场效应管Q10的占空比信号取值为D。

采用上述对第一功率回路中各场效应管的取值设置方式，在电池充电时，第一功率回路正向降压，能量从电源输入端流向电池端。根据正向降压充电的能量运算公式可计算出电池充电时第一功率回路的输出端电压V_outa为：

V_outa＝2D·V_ina-D·V_ina＝D·V_ina

其中，V_outa为电池充电时第一功率回路的输出端电压，V_ina为电池充电时第一功率回路的输入端电压，D为占空比信号取值。

在电池放电时，第一功率回路反向升压，能量从电池端流向电源输入端。根据反向升压放电的能量运算公式可计算出电池放电时第一功率回路的输出端电压为V_inb：

其中，V_outb为电池放电时第一功率回路的输入端电压，V_ina为电池充电时第一功率回路的输出端电压，D为占空比信号取值。

由此可知，升压的倍数等于两路桥路升压叠加，提高了升压倍数，通过此方法可减少电路各元器件应力，提高放电电路稳定性。

同样地，设场效应管Q22的移相占空比信号取值为2*(D+θ)，0＜D＜0.5。若对电池端充电，场效应管Q24的移相占空比信号取值为1-2*(D+θ)，场效应管Q21的移相占空比信号取值为D+θ，场效应管Q23的移相占空比信号取值为1-(D+θ)；若对电池端放电，场效应管Q24的移相占空比信号取值为2*(D+θ)-1，场效应管Q21的移相占空比信号取值为1-(D+θ)，场效应管Q23的移相占空比信号取值为D+θ。

同理，第二功率回路的充放电输出端电压计算过程可参考第一功率回路的输出端电压计算过程，在此不做赘述。

通过上述对第一功率回路和第二功率回路的各场效应管设置不同的占空比信号取值及移相占空比信号取值，使得半桥中的高压侧场效应管与低压侧场效应管之间的占空比信号取值及移相占空比信号取值互补，能够实现输出端功率等级增倍效益，增强电路带载能力，在保证输出功率需求的同时减少单路大功率放电时高占空比升压方式的电路异常。

在传统的DSP控制中，系统只有反馈电压环，其设计简单，能够保证输出稳压精度。但是当系统输入电压发生波动，元器件参数和负载变化等扰动时，扰动会引起系统中各电气变量变化，单电压环只在输出电压变化后才起到调节作用，滞后于上述扰动，因此在瞬态过程中单电压环控制可能会引起系统较大的电压波动，造成系统不稳定。更进一步地，即使所设计的电路为二阶系统，由于只通过单电压环控制，也存在稳定性差、延时性的问题。

因而，为解决上述问题，本实施例采用电压电流双闭环控制，即在电压环的基础上加入电流闭环反馈控制，通过电流内环控制电流，电压外环控制电压。具体而言，电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器的控制方式为：电压控制器根据采集的电池端电压及电压给定值比较得到差值，再进行PI计算后输出电流调节值，电流调节值与电流给定值取小值作为电流输入值，电流控制器根据采集的充放电电流及电流输入值比较得到差动值，再进行PI计算后输出控制信号。

下面结合第一功率回路和第二功率回路说明该PI控制的原理，请参阅图3，电池端电压V₀和电池端反馈至第一功率回路的充放电电流I_L1、电池端反馈至第二功率回路的充放电电流I_L2作为反馈量。电压给定值V_ref和电池端电压V₀比较的差值经过电压控制器的PI计算后得到电流调节值，电流调节值与电流给定值I_ref取小值作为电流输入值I_cr，电流输入值I_cr均分为两路输入值，一路与充放电电流I_L1进行比较得到差动值并经过电流控制器的PI计算后得到控制信号V_ca1，另一路与充放电电流I_L2进行比较得到差动值并经过电流控制器的PI计算后得到控制信号V_ca2。其中，控制信号V_ca1经过PWM脉宽调制器的脉宽调制后得到占空比信号d₁，并传输给第一功率回路。控制信号V_ca2经过PWM脉宽调制器的脉宽调制后得到占空比信号d，再通过移相处理产生移相占空比信号d₂，并传输给第二功率回路。

进一步，PI计算采用增加式PI控制算法，即恒压环增量PI和恒流环增量PI的双环控制算法，具体算法公式如下：

设k个采样周期的差值e(t)积分和可表示为：

其中，e(t)为采样差值函数，

为k个周期的采样差值积分和，

为求和函数。

则第k-1拍的输出值u(k-1)表示为：

每一拍的增量Δu(k)表示为：

Δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝K_p·[e(k)-e(k-1)]+K_i·T_sam·e(k)

增量式算法只需要计算上一次的输出值和增量即可计算当前新的输出值，因此，第k拍的输出值u(k)表示为：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)＝u(k-1)+K_p·[e(k)-e(k-1)]+K_i·T_sam·e(k)

其中，u(k-1)为第k-1拍的输出值，Δu(k)为每一拍的增量，u(k)为第k拍的输出值，K_p为PI的比例系数，K_i为PI的积分系数，e(k-1)为第k-1拍的差值，e(k)为第k拍的差值。

优选地，请参阅图4，还包括电连接在功率控制单元和电池端的功率线之间的同步驱动单元，同步驱动单元包括串联在电池端的功率线正极的至少一个同步管；同步驱动单元还包括充放电保护电路，至少一个同步管的栅极通过充放电保护电路与DSP控制单元电连接，以用于对锂电池检测系统进行过流、过压及反接钳位保护。

较佳地，请继续参阅图2，同步驱动单元包括串联的同步管Q8、同步管Q9，其中，通过同步管Q8、同步管Q9的设计能够保证充放电功率电压与电池端电压匹配的情况下导通，继而控制电池端与电源输入端的连接，不仅能够避免前端功率回路的电压在加载期间产生后端的电池电流反灌以造成短路的现象，还能避免因电流反灌造成的锂电充放电容量测量不准确，大大延长了锂电池使用寿命。

优选地，充放电保护电路可包括电连接的钳位电路、过压保护电路、比较电路以及同步驱动电路，其中，同步驱动电路的输出端通过过压保护电路与同步管Q8、同步管Q9电连接，用于在保证不过压的情况下驱动同步管Q8、同步管Q9导通；同步驱动电路的输入端通过钳位电路与比较电路连接，比较电路与电池端连接，用于实现电池防反接保护。通过上述充放电保护电路的设置方式能够快速在电路或电池异常情况下关闭输出使能，保护电池及整个检测系统的电路。

应当说明的是，钳位电路、过压保护电路、比较电路以及同步驱动电路的具体电路元件可由本领域技术人员根据其功能进行的相应电路设计，在此不多加赘述。

在一实施例中，电流采样模块包括串联在功率控制单元与电池端的功率线之间的采样电阻以及并联在采样电阻上的正负电流差分采样电路，以用于采集电池端的充放电电流。

具体实施时，正负电流差分采样电路包括差分运算放大器IC1以及若干电阻、电容。其中，差分运算放大器IC1的输入正端通过电阻R4与采样电阻的正极端连接，差分运算放大器IC1的输入正端还通过并联的电阻R6、电容C4接地；差分运算放大器IC1的输入负端通过电阻R3与采样电阻的负极端连接；差分运算放大器IC1的输入负端还通过并联的电阻R1、电容C1与差分电阻R7电连接，差分电阻R7还并联在差分运算放大器IC1的输入端和输出端之间；差分运算放大器IC1的另一输出端与DSP控制单元的AD采集模块连接。具体可参阅图5所示，根据运放虚短虚断模型即可推导出该正负电流差分采样电路的偏置电压数学模型，继而获得电池端的充放电电流。

在一实施例中，请参阅图4，同步驱动单元还包括功率继电器电路，功率继电器电路串联在电池端的功率线上且和DSP控制单元电连接，以用于控制电池端向电源输入端的充放电。具体而言，功率继电器电路包括电连接的功率继电器和控制电流放大电路，其中，控制电流放大电路根据DSP控制单元发出的驱动信号进行放大处理后传输给功率继电器由功率继电器控制电池向同步管、电源输入端充放电导通。上述利用继电器控制功率电流输出，能够有效防止检测系统的BMS(Battery Management System，电池管理系统)保护板动作误触发，避免漏电流流通被BMS保护板检测到而造成无电压的问题。具体的电路连接方式可采用本领域常规的继电器控制电路，在此不做赘述。

请参阅图6，本发明还提供一种基于DSP的锂电池检测控制方法，采用如上实施例的一种基于DSP的锂电池检测系统，包括以下控制步骤：

启动锂电池检测系统，并判断系统是否进入运行状态。

若系统进入运行状态，则执行步骤a，若系统未进入运行状态则执行步骤b。

步骤a，系统软启动，对占空比信号进行预设加载；再通过电压控制器、电流控制器进行PI计算后经由PWM模块输出占空比信号，并使得场效应管Q7的占空比信号取值等于经PI控制模块PI调节输出的占空比信号取值加上场效应管Q4的占空比信号取值。

接着，判断场效应管Q4的占空比信号取值是否小于预设固定值，若是，则场效应管Q4的占空比信号取值依次递加第一预设值，直至场效应管Q4的占空比信号取值不小于预设固定值，即结束进程；若否，则结束进程；第一预设值的选取范围设置为0.01％～0.002％；较佳地，第一预设值设置为0.005％。

步骤b，执行PI清零，并判断场效应管Q7的当前占空比信号取值是否大于2D；若场效应管Q7的当前占空比信号取值大于2D，则场效应管Q7的当前占空比信号取值依次递减第二预设值，直至场效应管Q7的当前占空比信号取值等于2D，再执行步骤c；若场效应管Q7的当前占空比信号取值小于2D，则场效应管Q7的当前占空比信号取值依次递增第二预设值，直至场效应管Q7的当前占空比信号取值等于2D，再执行步骤c；若场效应管Q7的当前占空比信号取值等于2D，则直接执行步骤c；第二预设值的选取范围设置为0.1％～0.01％；较佳地，第二预设值设置为0.05％。

步骤c，判断场效应管Q10的当前占空比信号取值是否大于第一预设值；若是，则场效应管Q10的当前占空比信号取值依次递减第一预设值，直至场效应管Q10不大于第一预设值，结束进程；若否，则认为场效应管Q10的当前占空比信号取值为0，PWM模块禁止输出，结束进程。

同理，针对第二功率回路的控制方式与第一功率回路的控制方式相同。具体而言，步骤a还包括：使得场效应管Q22的移相占空比信号取值等于经PI控制模块PI调节输出的移相占空比信号取值加上场效应管Q21的移相占空比信号取值。

接着，判断场效应管Q21的移相占空比信号取值是否小于预设固定值，若是，则场效应管Q21的移相占空比信号取值依次递加第一预设值，直至场效应管Q21的移相占空比信号取值不小于预设固定值，即结束进程；若否，则结束进程。

步骤b还包括：判断场效应管Q22的当前移相占空比信号取值是否大于2*(D+θ)；若场效应管Q22的当前移相占空比信号取值大于2*(D+θ)，则场效应管Q22的当前移相占空比信号取值依次递减第二预设值，直至场效应管Q22的当前移相占空比信号取值等于2*(D+θ)，再执行步骤c；若场效应管Q22的当前移相占空比信号取值小于2*(D+θ)，则场效应管Q22的当前移相占空比信号取值依次递增第二预设值，直至场效应管Q22的当前移相占空比信号取值等于2*(D+θ)，再执行步骤c；若场效应管Q22的当前移相占空比信号取值等于2*(D+θ)，则直接执行步骤c。

步骤c还包括：判断场效应管Q23的当前移相占空比信号取值是否大于第一预设值；若是，则场效应管Q23的当前移相占空比信号取值依次递减第一预设值，直至场效应管Q23的当前移相占空比信号取值不大于第一预设值，结束进程；若否，则认为场效应管Q23的当前移相占空比信号取值为0，PWM模块禁止输出，结束进程。

通过上述采用相应的数字PI控制算法替代传统模拟PI控制的方式，在减小电路成本的同时又可实现环路的灵活调整及反馈。同时与并联的功率电路构造结合，可实现超级电容充放电检测以及输出端接近零伏的超低压大功率充放电检测，减小电芯发热，保证相应测试需求。

另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。

尽管本文中较多的使用了诸如DSP控制单元、功率控制单元、电压采样模块、电流采样模块、第一功率回路、第二功率回路、AD采集模块、PI控制模块、PWM模块、电压控制器、电流控制器、同步驱动单元、正负电流差分采样电路、功率继电器电路、充放电保护电路等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的；本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：包括DSP控制单元、功率控制单元、电压采样模块以及电流采样模块；

所述功率控制单元包括并联的第一功率回路和第二功率回路，所述并联的第一端与电源输入端电连接，所述并联的第二端与电池端的功率线电连接；所述第一功率回路、所述第二功率回路均包括若干场效应管组成的全桥电路；

所述DSP控制单元包括依次电连接的AD采集模块、PI控制模块以及PWM模块；所述AD采集模块分别通过所述电压采样模块、所述电流采样模块获得电池端电压和充放电电流；所述PI控制模块包括电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器，所述电压控制器、所述电流控制器根据采集的所述电池端电压、所述充放电电流及电压给定值、电流给定值进行PI计算后输出控制信号；所述PWM模块与所述功率控制单元电连接，以用于输入所述控制信号并经脉宽调制向所述第一功率回路输出占空比信号，向所述第二功率回路输出移相占空比信号。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：所述第一功率回路包括场效应管(Q7)、场效应管(Q11)、场效应管(Q4)、场效应管(Q10)以及电感(L3)；所述场效应管(Q7)和所述场效应管(Q11)组成半桥桥臂的高压侧连接在所述电源输入端的正极，所述场效应管(Q4)和所述场效应管(Q10)组成半桥桥臂的低压侧连接在所述电源输入端的负极；所述场效应管(Q7)、所述场效应管(Q11)、所述场效应管(Q4)、所述场效应管(Q10)的栅极连接所述PWM模块，以用于输入所述占空比信号；所述第一功率回路的输出端通过所述电感(L3)与所述电池端的功率线电连接；

所述第二功率回路包括场效应管(Q22)、场效应管(Q24)、场效应管(Q21)、场效应管(Q23)以及电感(L7)；所述场效应管(Q22)和所述场效应管(Q24)组成半桥桥臂的高压侧连接在所述电源输入端的正极，所述场效应管(Q21)和所述场效应管(Q23)组成半桥桥臂的低压侧连接在所述电源输入端的负极；所述场效应管(Q22)、所述场效应管(Q24)、所述场效应管(Q21)、所述场效应管(Q23)的栅极连接所述PWM模块，以用于输入所述移相占空比信号；所述第二功率回路的输出端通过所述电感(L7)与所述电池端的功率线电连接。

3.根据权利要求2所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：所述场效应管(Q7)的占空比信号取值等于经所述PI控制模块PI调节输出的占空比信号取值加上所述场效应管(Q4)的占空比信号取值；所述场效应管(Q22)的移相占空比信号取值等于经所述PI控制模块PI调节输出的移相占空比信号取值加上所述场效应管(Q21)的移相占空比信号取值；所述场效应管(Q4)的占空比信号取值和所述场效应管(Q21)的移相占空比信号取值均为预设固定值。

4.根据权利要求3所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：所述预设固定值的选取范围设置为15％～25％。

5.根据权利要求2所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：

设所述场效应管(Q7)的占空比信号取值为2D，所述场效应管(Q22)的移相占空比信号取值为2*(D+θ)，0＜D＜0.5；

若对电池端充电，所述场效应管(Q11)的占空比信号取值为1-2D，所述场效应管(Q4)的占空比信号取值为D，所述场效应管(Q10)的占空比信号取值为1-D，所述场效应管(Q24)的移相占空比信号取值为1-2*(D+θ)，所述场效应管(Q21)的移相占空比信号取值为D+θ，所述场效应管(Q23)的移相占空比信号取值为1-(D+θ)；

若对电池端放电，所述场效应管(Q11)的占空比信号取值为2D-1，所述场效应管(Q4)的占空比信号取值为1-D，所述场效应管(Q10)的占空比信号取值为D，所述场效应管(Q24)的移相占空比信号取值为2*(D+θ)-1，所述场效应管(Q21)的移相占空比信号取值为1-(D+θ)，所述场效应管(Q23)的移相占空比信号取值为D+θ。

6.根据权利要求1所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于，所述电压电流双闭环控制的电压控制器、电流控制器的控制方式为：所述电压控制器根据采集的所述电池端电压及所述电压给定值比较得到差值，再进行PI计算后输出电流调节值，所述电流调节值与所述电流给定值取小值作为电流输入值，所述电流控制器根据采集的所述充放电电流及所述电流输入值比较得到差动值，再进行PI计算后输出所述控制信号。

7.根据权利要求1所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：还包括电连接在所述功率控制单元和所述电池端的功率线之间的同步驱动单元，所述同步驱动单元包括串联在所述电池端的功率线正极的至少一个同步管；所述同步驱动单元还包括充放电保护电路，至少一个所述同步管的栅极通过所述充放电保护电路与所述DSP控制单元电连接，以用于对所述锂电池检测系统进行过流、过压及反接钳位保护。

8.根据权利要求7所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：所述电流采样模块包括串联在所述功率控制单元与所述电池端的功率线之间的采样电阻以及并联在所述采样电阻上的正负电流差分采样电路，以用于采集所述充放电电流。

9.根据权利要求7所述的基于DSP的锂电池检测系统，其特征在于：所述同步驱动单元还包括功率继电器电路，所述功率继电器电路串联在所述电池端的功率线上且和所述DSP控制单元电连接，以用于控制所述电池端向所述电源输入端的充放电。

10.一种基于DSP的锂电池检测控制方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的一种基于DSP的锂电池检测系统，包括以下控制步骤：

启动所述锂电池检测系统，并判断系统是否进入运行状态；

若系统进入运行状态，则执行步骤a，若系统未进入运行状态则执行步骤b；

步骤a，系统软启动，对所述占空比信号进行预设加载；再通过所述电压控制器、所述电流控制器进行PI计算后经由所述PWM模块输出所述占空比信号，并使得所述场效应管(Q7)的占空比信号取值等于所述PI调节输出的占空比信号取值加上所述场效应管(Q4)的占空比信号取值；

接着，判断所述场效应管(Q4)的占空比信号取值是否小于所述预设固定值，若是，则场效应管(Q4)的占空比信号取值依次递加第一预设值，直至所述场效应管(Q4)的占空比信号取值不小于所述预设固定值，即结束进程；若否，则结束进程；所述第一预设值的选取范围设置为0.01％～0.002％；

步骤b，执行PI清零，并判断所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值是否大于2D；若所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值大于2D，则所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值依次递减第二预设值，直至所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值等于2D，再执行步骤c；若所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值小于2D，则所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值依次递增所述第二预设值，直至所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值等于2D，再执行步骤c；若所述场效应管(Q7)的当前占空比信号取值等于2D，则直接执行步骤c；所述第二预设值的选取范围设置为0.1％～0.01％；

步骤c，判断所述场效应管(Q10)的当前占空比信号取值是否大于所述第一预设值；若是，则所述场效应管(Q10)的当前占空比信号取值依次递减所述第一预设值，直至所述场效应管(Q10)的当前占空比信号取值不大于所述第一预设值，结束进程；若否，则认为所述场效应管(Q10)的当前占空比信号取值为0，所述PWM模块禁止输出，结束进程。

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