CN207965097U - 一种数字可控型电池单体模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种数字可控型电池单体模拟器，包括数字及信号控制电路，电池单体模拟电路，电压及电流采集电路。所述数字及信号控制电路包括单片机和开关管，所述电池单体模拟电路包括电源隔离芯片，直流调压芯片，数字电位器，光电隔离芯片，单片机可通过SPI与数字电位器通讯，为数字电位器设置不同的数值，从而调整数字电位器的电阻，进而使直流调压芯片输出不同的电压值，以达到由数字控制模拟电芯单体电压可连续变化的目的。所述电压及电流采集电路包括AD采集芯片和运算放大器，对电池单体模拟电路的电压及电流状态采集到数字及信号控制电路中做进一步处理，其所得信息可与电池管理系统进行对比，从而验证电池管理系统的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源电池管理领域，特别涉及用于测试电池管理系统的一种数字可控型电池单体模拟器。
背景技术
目前新能源汽车中的电池包是由电池单体组成，在电池管理系统开发中，电池管理系统需要通过对电池包的电池单体进行反复的测试来达到验证电池管理系统可靠性的目的。在此过程中，电池单体会出现亏电现象，需要反复充电，不仅延长了开发周期，还会对电池单体造成损害，增加成本，再者其他一些传统的电池单体模拟电路存在电压不连续性的缺陷，使电池单体模拟失真，因此需要设计一种数字可控型电池单体模拟器。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种数字可控型电池单体模拟器，代替目前所使用的电芯实体，用于电池管理系统开发中的测试，以降低开发成本，缩短开发周期，提高电池单体模拟的真实性，保证电池管理系统的可靠性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
本实用新型公开一种数字可控型电池单体模拟器，所述数字可控型电池单体模拟器包括数字及信号控制电路，电池单体模拟电路，电压及电流采集电路三大部分；
所述数字及信号控制电路包括单片机；
所述电池单体模拟电路包括电源隔离芯片、直流调压芯片、数字电位器和光电隔离芯片，所述电池单体模拟电路连接直流调压芯片，所述直流调压芯片的输出端、电压调整端分别连接数字电位器的电阻高端、电阻调整端，且所述直流调压芯片的电压调整端与数字电位器的电阻调整端之间通过下拉电阻接地，形成地端，所述数字电位器经光电隔离芯片连接单片机，所述直流调压芯片的输出电压端还串联有单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有两个可控制通断的通路，其中一通路为连接普通开关，另一通路接地，所述单刀双掷开关和普通开关均与单片机连接；
所述电压及电流采集电路包括AD采集芯片和运算放大器，所述地端还连接采样电阻，所述采样电阻的两端分别连接运算放大器的输入端，所述运算放大器的输出端连接AD采集芯片，所述AD采集芯片连接所述普通开关，且所述AD采集芯片经光电隔离芯片连接单片机。
进一步的，所述电池单体模拟电路还包括稳压电容，所述电源隔离芯片的输出电源端连接稳压电容的一端后，再连接直流调压芯片的输入端与使能端，电源隔离芯片的输出地端连接稳压电容的另一端后，再连接直流调压芯片的地端。
进一步的，所述稳压电容的另一端与直流调压芯片的地端之间接地。
进一步的，所述数字及信号控制电路还包括两个开关管，所述单刀双掷开关和普通开关分别通过开关管连接所述单片机。
本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型由数字信号直接控制电池单体模拟器的电压，不需要复杂的模拟电路，使整个电路设计变的简洁，降低成本，易于开发。
(2)本实用新型由数字信号直接控制电池单体模拟器的电压，使电压连续性比较好，更加真实的模拟电池单体电压。
(3)本实用新型电池单体模拟电路设置短路与断路开关由信号控制，使故障模拟简单有效可靠。
(4)本实用新型电源和数字控制都采用了隔离(电源隔离芯片和光电隔离芯片)，加强了电池单体模拟电路的安全性。
附图说明
图1为本实用新型提供的数字可控型电池单体模拟器的结构示意图；
图中：1-电源隔离芯片；2-稳压电容；3-直流调压芯片；4-数字电位器；5-下拉电阻；6-光电隔离芯片；7-单刀双掷开关；8-普通开关；9-采样电阻；10-单片机；11-AD采集芯片；12-运算放大器。
具体实施方式
本实用新型实施例所述的一种数字可控型电池单体模拟器，如图1所示，其组成主要包括数字及信号控制电路A，电池单体模拟电路B，电压及电流采集电路C三大部分。
所述数字及信号系统A主要由单片机10(优选32位单片机SPC5643LF2MLQ1R)和两个开关管(优选BSP318S开关管)组成，为常规电路，其功能为电池单体模拟电路B提供数字信号和开关信号。所述两个开关管分别与单片机10IO口连接。单片机10的SPI通讯口(MISO、MOSI、SCLK、CS四个口)通过电池单体模拟电路B的ADUM1401WTRW型号光电隔离芯片6隔离后分别连接到ISL22416UFU10Z型号的数字电位器4的SDO、SDI、SCK、CS四个接口，由单片机程序通过SPI通讯协议对数字电位器4的阻值进行设定。
所述电池单体模拟电路B包括电源隔离芯片1、稳压电容2、直流调压芯片3、数字电位器4和光电隔离芯片6组成。
所述电源隔离芯片1由外部供给5V电源，经电源隔离芯片1产生隔离的5V电压，电源隔离芯片1的输出电源端连接稳压电容2一端后，再连接直流调压芯片3的输入端与使能端，电源隔离芯片1的输出地端连接稳压电容2的另一端后，再连接直流调压芯片3的地端，经为稳压电容2后为MIC29302AWU型号的直流调压芯片3供电。
所述直流调压芯片3的输出端连接数字电位器4的电阻高端，直流调压芯片3的电压调整端连接数字电位器4的电阻调整端，且直流调压芯片3的电压调整端和数字电位器4的电阻调整端通过下拉电阻5接地，形成所述电池单体模拟电路B的地端。
所述数字电位器4的四个数字控制端(SDO、SDI、SCK、CS四个接口)分别连接光电隔离芯片6的同一侧的四个通道端口，经光电隔离芯片6的另一侧四个端口，接到数字及信号控制电路的单片机10中。单片机10可通过SPI通讯协议与数字电位器4进行通讯，为数字电位器4设置不同的数值，从而调整数字电位器4的电阻高端与电阻调整端的电阻组值，进而使直流调压芯片3输出不同的电压值，以达到由数字控制模拟电芯单体电压可连续变化的目的。所述直流调压芯片3的输出调压电阻即为数字电位器5的阻值，阻值范围0～50K。这样便可以通过数字及信号控制电路A来改变电池单体模拟电路B中的直流调压芯片5在1.5～4.2V之间改变，精度可达到6mV，可以完整的模拟电池单体充放电的过程。
所述电池单体模拟电路B的地端即直流调压芯片3的电压调整端和数字电位器4的电阻调整端之间的接地端的位置还串联一个采样电阻9，采样电阻9为电池单体模拟电路B的电流采样电阻，采样电阻9的另一端为电压及电流采集电路C的电压输入端。电池模拟单体的电流流过此采样电阻9，可以接入下一个电池模拟单体，即图1中电池单体模拟电路B虚线框外上下的虚线物分别代表与此电池模拟单体串联在一起的其他电池模拟单体。
所述电池单体模拟电路B的直流调压芯片3的输出电压端还顺序串联着一个单刀双掷开关7(HFKA12V继电器)和一个普通开关8(也为HFKA12V继电器)，普通开关8的另一端为电压及电流采集电路C的电压输入端。其中单刀双掷开关7掷向A端，即B端与A端连通时，连通单刀双掷开关7与所述普通开关8之间的电路，当单刀双掷开关7掷向C端，即B端与C端连通时，使直流调压芯片3的输出电压端接地。所述单刀双掷开关7和普通开关8分别连接数字及信号控制电路A的两个BSP318S开关管，分别受两个BSP318S开关管的驱动，并由单片机10IO口控制其开关状态，当驱动单刀双掷开关7切换到单刀端B与接地端C接触时，并且保证普通开关8处于常闭状态，此时电池单体模拟电路B处于短路状态。当驱动普通开关8打开时则电池单体模拟电路B处于断路状态。从而可模拟电池单体所产生的故障，进而可对电池管理系统进一步测试。
所述电压及电流采集电路C由AD采集芯片11和运算放大器12组成，此电路为常规电路，其功能为对电池单体模拟电路B的电压及电流状态采集到数字及信号控制电路A中做进一步处理，其所得信息可与电池管理系统进行对比，从而验证电池管理系统的可靠性。所述采样电阻9的两端分别连接运算放大器的两端(输入端)，所述运算放大器(输出端)连接AD采集芯片11CH1通道，AD采集芯片11一个方向连接所述普通开关8，由于普通开关8通过开关管连接所述单片机10，进而使AD采集芯片11与单片机之间实现通讯。AD采集芯片11另一个方向经所述光电隔离芯片6连接单片机10。所述电池单体模拟电路B的电压、电流以及故障状态都由电压及电流采集电路C采集回单片机10，电压经过电阻分压到0～3.3V之内直接由AD采集芯片11(ADS7841)的CH0通道采集，电流经过采样电阻9阻值为1欧姆，电流在60～150mA，采样电阻9两端电压由运算放大器(LM2904WYPT)放大后由AD采集芯片11(ADS7841)的CH1通道采集，AD采集芯片11将电压值通过SPI通讯发送回单片机10，由单片机10进一步处理。电池单体模拟电路B的电压、电流以及故障状态也可接入到电池管理系统中由电池管理系统做出相应的回应或进行进一步处理。
本文中应用了具体个例对技术方案构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种数字可控型电池单体模拟器，其特征在于，所述数字可控型电池单体模拟器包括数字及信号控制电路，电池单体模拟电路，电压及电流采集电路三大部分；
所述数字及信号控制电路包括单片机；
所述电池单体模拟电路包括电源隔离芯片、直流调压芯片、数字电位器和光电隔离芯片，所述电池单体模拟电路连接直流调压芯片，所述直流调压芯片的输出端、电压调整端分别连接数字电位器的电阻高端、电阻调整端，且所述直流调压芯片的电压调整端与数字电位器的电阻调整端之间通过下拉电阻接地，形成地端，所述数字电位器经光电隔离芯片连接单片机，所述直流调压芯片的输出电压端还串联有单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有两个可控制通断的通路，其中一通路为连接普通开关，另一通路接地，所述单刀双掷开关和普通开关均与单片机连接；
所述电压及电流采集电路包括AD采集芯片和运算放大器，所述地端还连接采样电阻，所述采样电阻的两端分别连接运算放大器的输入端，所述运算放大器的输出端连接AD采集芯片，所述AD采集芯片连接所述普通开关，且所述AD采集芯片经光电隔离芯片连接单片机。
2.根据权利要求1所述的数字可控型电池单体模拟器，其特征在于，所述电池单体模拟电路还包括稳压电容，所述电源隔离芯片的输出电源端连接稳压电容的一端后，再连接直流调压芯片的输入端与使能端，电源隔离芯片的输出地端连接稳压电容的另一端后，再连接直流调压芯片的地端。
3.根据权利要求2所述的数字可控型电池单体模拟器，其特征在于，所述稳压电容的另一端与直流调压芯片的地端之间接地。
4.根据权利要求1所述的数字可控型电池单体模拟器，其特征在于，所述数字及信号控制电路还包括两个开关管，所述单刀双掷开关和普通开关分别通过开关管连接所述单片机。
5.根据权利要求1所述的数字可控型电池单体模拟器，其特征在于，所述单片机通过SPI通讯协议与数字电位器进行通讯，为数字电位器设置不同的数值，从而调整数字电位器的电阻高端与电阻调整端的电阻组值，进而使直流调压芯片输出不同的电压值，以达到由数字控制模拟电芯单体电压可连续变化的目的；所述直流调压芯片的输出调压电阻为数字电位器的阻值，阻值范围0～50K。
6.根据权利要求1所述的数字可控型电池单体模拟器，其特征在于，所述采样电阻为电池单体模拟电路的电流采样电阻，采样电阻的另一端为电压及电流采集电路的电压输入端。
7.根据权利要求1所述的数字可控型电池单体模拟器，其特征在于，所述单刀双掷开关和普通开关分别连接数字及信号控制电路的两个开关管，分别受两个开关管的驱动，并由单片机控制其开关状态，当驱动单刀双掷开关切换到单刀端与接地端接触时，并且保证普通开关处于常闭状态，此时电池单体模拟电路处于短路状态；当驱动普通开关打开时则电池单体模拟电路处于断路状态。
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| CN111220871A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-02 | 浙江南都鸿芯动力科技有限公司 | 一种采用spi通信方式的电芯模拟电路 |
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