CN208384073U - 一种保护板测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种保护板测试设备，所述测试设备包括单片机主控模块，均与单片机主控模块连接的基准电压模块、电压产生及自耗均衡测试模、恒流模块、回路检测模块以及短路保护模块，所述短路保护模块包括若干个并联连接的超级电容，开关电源、短路主控芯片、比较器以及MOS管，超级电容的正极与保护板的输出地P‑及开关电源的正输出端连接，超级电容的负极与开关电源负极相连，并通过MOS管与保护板的地B‑相连，所述比较器的反相输入端与所述短路主控芯片的输出引脚端连接，且比较器的反相输入端还通过一电阻与所述短路主控芯片的电源引脚端连接。利用本实用新型，可以准确地测试保护板各项性能的测试设备。

Description

一种保护板测试设备

技术领域

本实用新型涉及一种保护板测试设备，尤其涉及一种用于锂电池的、可准确测试保护板各项性能的测试设备。

背景技术

随着新能源的发展，动力锂电池得到了广泛的应用，市面的电动自行车，电动工具，电动大巴都用到了锂电池。锂电池性能决定了其使用的时候必须配备多串的保护板，保护板主要功能是保护锂电池，其基本性能参数有充电电压保护(电池电压充的过高开启保护功能，防止造成电池爆炸)、放电电压保护(电池电压放的过低开启保护功能，防止造成电池电压过低后报废)、过放电流保护(使用的过程中负载电流过大时开启保护功能)、过充电流保护(充电过程中充电电流过大开启保护作用)、短路保护(使用过程中电池正负极短路开启保护作用)、充放电恢复功能(充放电保护后电池能否恢复使用)、自耗电(因为保护板的电路性能电芯一般在放置过程中会产生消耗电流)、均衡(充电过程中将电池电压拉平)。保护板的每项性能参数出问题都可能对电池造成致命伤害，所以每块保护板必须测试。

在国家大力支持发展新能源的背景下，锂电池需求的数量大幅度增长，保护板的测试问题成为保护板加工厂一个头痛的问题。在市面上有些工程师开发出了一些测试治具，手动的调整每节的电压然后判断保护板有没有保护，用电池和负载仪去测试保护板过流保护。这样的治具会出现功能测试不全(比如短路保护时间，自耗电等)、功能漏测等问题。有些专业设备公司开发出的动力电池保护板测试设备也会出现电压测试不准、短路(uA级别)测试不出来的状态、过流采用模拟测试(测试不出真实性能)、保护板MOS出现漏电流状态测试不出来、生产成本过高等问题。

目前，市面上的保护板测试设备存在着以下缺陷：

(1)在测试保护电压的时候为了追求测试速度，会将电压上升的速度提快，这样会导致测试出的保护电压不准

(2)测试带均衡的保护板的时候因为线路会有电流，这样采样出的保护电压会有非常大的偏差。

(3)因为无法提供大的工作电流，测试设备一般会使用模拟测试看看保护板是否有过流保护，这样测试不出保护板的真实过流值。因为保护板在实际使用中，采样电阻本身会发烫，这样采样电阻阻值会发生变化，真实的保护电流也会发生变化，如果使用模拟测试可能无法测试出保护板性能

(4)短路保护一般需要提供几百安以上的电流，保护板才会发生短路保护，而且电流要在瞬间(微妙级别)达到峰值。这样如果用开关电源来设计的话成本会特别高，而且未必能测试出实际效果。如果用电芯接上保护板直接短路测试是无法测试出短路时间的而且电芯电压的高低会直接影响到测试效果

(5)在测试保护板的时候，如果只是单纯的测量MOS管的控制电压来检测保护板有没有保护时，是无法检测出保护板的性能的。因为在实际接触中发现有时MOS管也会出现保护后，还有漏电流的状态

因此，针对市面上保护板测试设备的各种功能不全，测试复杂，测试不精准等缺陷，有必要提供一种可以准确地测试保护板各项性能的测试设备。

实用新型内容

为克服现有技术的不足及存在的问题，本实用新型提供一种可以准确地测试保护板各项性能的测试设备。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种保护板测试设备，所述测试设备包括单片机主控模块，均与单片机主控模块连接的基准电压模块、电压产生及自耗均衡测试模、恒流模块、回路检测模块以及短路保护模块，

所述短路保护模块包括若干个并联连接的超级电容，开关电源、短路主控芯片、比较器以及MOS管，超级电容的正极与开关电源的正输出端连接，超级电容的正极与保护板的输出地P-及开关电源的正输出端连接，超级电容的负极与开关电源负极相连，并通过MOS管与测试设备的输出负极B-相连，所述比较器的反相输入端与所述短路主控芯片的输出引脚端连接，且比较器的反相输入端还通过一电阻与所述短路主控芯片的电源引脚端连接。

优选地，所述电压产生及自耗均衡测试模块包括有相互连接的电压产生电路和跟随电路，以及相互连接的采样档位切换电路以及信号放大及采样电路，所述电压产生电路和采样档位切换电路均与所述单片机主控模块连接。

优选地，所述基准电压模块包括相互连接的可调稳压电压电路和光耦控制电路。

优选地，所述恒流模块包括有依次连接的PWM控制电路、358跟随及比较电路、以及反馈电路，所述反馈电路的输出端连接有开关控制电路、所述开关控制电路与所述反馈电路还连接有5V开关电源。

优选地，所述回路检测模块包括有依次连接的检测电路、跟随放大电路以及继电器切换电路，所述跟随放大电路的输出端还连接有比较电路。

较佳地，所述比较电路还连接有用于调整电压的光耦电路；所述继电器切换电路包括有用于切换充放电状态的第一切换电路，用于切换保护板的正极板、负极板的第二切换电路，以及用于切换负极板的同口或分口的第三切换电路。

本实用新型提供的测试设备，其可以准确地测试保护板的各项性能备；与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)通过设置所述短路保护模块，可直接地模拟大电流放电状态，可以准确的测试出保护板短路保护时间，当保护板不保护时也不会将保护板烧坏，且所述短路保护模块的成本低；

(2)通过设置所述回路检测模块，可以真实地检测出回路通断状态，有效防止保护板出现漏电流而无法检测的状况发生；

(3)所述电压产生及自耗均衡测试模，其使用PWM控制，大功率跟随器输出，可以支持很大的工作电流以免电压被拉低；

(4)通过设置所述恒流模块，在测试过程中可以兼容各种保护板的测试)，而且使用5V开关电源可以大幅度的降低使用功率。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述测试设备的电路结构模块示意框图。

图2是本实用新型实施例所述基准电压模块的具体电路结构图。

图3是本实用新型实施例所述电压产生及自耗均衡测试模块的具体电路结构图。

图4是本实用新型实施例所述恒流模块的具体电路结构图。

图5是本实用新型实施例所述回路检测模块的具体电路结构图。

图6是本实用新型实施例所述短路保护模块的具体电路结构图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如附图1所示，一种保护板测试设备，所述测试设备包括单片机主控模块，均与单片机主控模块连接的基准电压模块、电压产生及自耗均衡测试模、恒流模块、回路检测模块以及短路保护模块。本实施例中，单片机主控模块中的单片机芯片型号优选为ATMEL2561。

在其中一个优选的实施例中，所述基准电压模块包括相互连接的可调稳压电压电路和光耦控制电路。本实施例中，所述基准电压模块的具体电路结构如附图2所示。本实施例中，可调稳压电压电路使用标准的317可调稳压电源电路，光耦控制电路中的光耦为PC817。当单片机主控模块中的IO口给低电平的时候，202电位器将与390欧和101电位器并联，此时的VOUT1电压将会变小。使用本电路模块的优势在于电路简单而且可以很快的切换每路的工作电压。

在提供一个基准电压后，如果需要测试保护板的过充过放电压保护的时候，就必须需要一个电压产生模块，然后在测试的过程中将此模块产生的电压通过继电器引入到保护板，这样可以随心所欲的调节每节电路板的工作电压。

在其中一个优选的实施例中，所述电压产生及自耗均衡测试模块包括有相互连接的电压产生电路和跟随电路，以及相互连接的采样档位切换电路以及信号放大及采样电路，所述电压产生电路和采样档位切换电路均与所述单片机主控模块连接。本实施例中，所述电压产生电路和跟随电路如附图3所示。电压产生电路由单片机主控模块中的单片机输出PWM控制，通过输出的占空比调节输出的电压，然后通过电阻电容滤波会产生我们需要控制的电压。为了加大输出功率，因此设置了一个跟随电路，本实施例中，该跟随电路为OPA548跟随电路。在测试设备的输出正极跟测试设备的输出地之间，将保护板的回路串进去，即可测试保护板的回路电流。

由于保护板在常规状态下消耗电流为自耗电(其值非常小，通常为uA级别的)，在充电状态会产生均衡电流(mA级别)，为了将两种电流都采集出来，本实施例中，通过设置所述采样档位切换电路以及信号放大及采样电路来进行采样。本实施例中，所述电压产生及自耗均衡测试模块的具体电路如附图3所示，在此不再对电压产生电路、跟随电路，采样档位切换电路以及信号放大及采样电路进行详述。

利用上述的基准电压模块和电压产生及自耗均衡测试模块，即可方便准确的测试出保护板的过充保护电压、过放保护电压、过充恢复电压、过放恢复电压、单节自耗电、均衡功能。

在测试过流的时候，需要提供各种大小的电流，电流必须受控，而且线性度需要特别好，因此需要设置恒流模块。本实施例中，恒流模块包括有依次连接的PWM控制电路、358跟随及比较电路、以及反馈电路，所述反馈电路的输出端连接有开关控制电路、所述开关控制电路与所述反馈电路还连接有5V开关电源；本实施例中的恒流模块的具体电路如附图4所示。

本实施例中，PWM控制电路利用了单片机主控模块中的单片机实现PWM控制输出，通过调整PWM占空比可以调整控制电压，经过电阻电容整流滤波后再经过358跟随及比较电路，将得到一个稳定的输出电压，将该输出电压信号输出至比较器(U36A)的正端，同时将电流回路里面的电流经过一个采样电阻，然后将电阻两端电压进行放大处理接入比较器(U36B)的负端，然后通过比较器(U36B)的输出端控制线性MOS管(M59)，这样就形成了一个反馈电路，当比较器(U36B)的5脚比6脚电平高的时候，7脚输出高电平，MOS管打开，这时电流就会产生，6脚就会比5脚电平高，这时7脚电平会得到调整，一直到5,6脚电平一致时7脚会稳定到一个电压值，此时就可以得到所需想要的恒定电流。本实施例中，所述开关控制电路主要用于切换电流走向，在保护板中会涉及到充电和放电，他们的电流走向完全相反，因此在这里通过设置开关控制电路，让电流可以朝随意方向进行流动。

在其中一个优选的实施例中，所述回路检测模块包括有依次连接的检测电路、跟随放大电路以及继电器切换电路，所述跟随放大电路的输出端还连接有比较电路；作为优选，所述比较电路还连接有用于调整电压的光耦电路，所述回路检测模块的具体电路如附图5所示。本实施例中，所述检测电路使用了一个5V检测电路。为了让电路功率更大些，通过设置一个OPA548跟随电路来放大输出功率，5V经过保护板的回路然后接到100欧电阻(R15)上然后到地，如果回路是导通的则比较器IC8的第三脚为高电平，而比较器IC8的第二脚电压一直为1.6V，此时比较器IC8的1脚输出高电平，主控检测电平就为低电平，此时可以判断保护板为非保护状态。如果回路是断开的，主控检测电平就为高电平，此时可以判断保护板为保护状态。

在判断保护板充电和放电保护的时候，5V的走向必须和保护板的充放电电流方向一致，否则会出现误判现象，因此本实施例中通过设置所述继电器切换电路来解决电流转换方向的问题。具体到本实施例中，所述继电器切换电路包括有用于切换充放电状态的第一切换电路(由继电器1及相关电子元件组成)，用于切换保护板的正极板、负极板的第二切换电路(由继电器2及相关电子元件组成)，以及用于切换负极板的同口或分口的第三切换电路(由继电器3及相关电子元件组成)。本实施例中的所述继电器切换电路的具体电路如附图5所示，在此不再对其具体电路结构进行详述。

此外，本实施例中回路检测模块还设置了一个光耦电路(主要由U84组成)，它的目的是用于调整电压，当(单片机的)控制IO口给低电平时候，此时的检测电压将升高到10V以上，这样可以方便检测短路保护，因为在检测短路保护的过程中会出现瞬间大电流，此时可能会出现压降现象。

作为优选的实施例，所述短路保护模块如附图6所示，其包括若干个并联连接的超级电容(图中画出的为3个，实际应用时可根据实际需要选取超级电容的数量)，开关电源(本实施例为+15V开关电源)、短路主控芯片(U8)、比较器(LM358)以及MOS管(Q1)，超级电容的正极与保护板的输出地P-及开关电源的正输出端连接，超级电容的负极与开关电源负极相连，并通过MOS管与保护板的地B-相连，所述比较器的反相输入端与所述短路主控芯片的输出引脚端连接，且比较器的反相输入端还通过一电阻与所述短路主控芯片的电源引脚端连接，短路保护模块的具体电路结构如附图6所示。

在测试短路保护的时候为了真实的模拟出瞬间短路大电流的状态，本实施例中的短路保护模块通过采用若干个超级电容并联(根据需求电流进行并联)，然后用15V开关电源将电容充满电，当需要测试短路保护的时候，IO口输出低电平，短路主控芯片6N135的第6脚输出低电平，比较器LM358的1脚输出高电平，此时的MOS管Q1将打开，B-与P-之间将会产生瞬间400A以上的电流，然后通过检测保护板反应的时间，判断保护板的短路保护功能是否有效。本实用新型实施例中，B-是指测试设备的输出负极(及保护板的地)，B+是指测试设备的输出正极；P-指保护板的输出地，P+指保护板的输出正极。在所述B-跟P-中间一般设有MOS管，测试设备检测短路保护主要是检测B-跟P-之间MOS管的开关状态。

本实用新型实施例提供的测试设备，其可以准确地测试保护板的各项性能备；与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)通过设置所述短路保护模块，可直接地模拟大电流放电状态，可以准确的测试出保护板短路保护时间，当保护板不保护时也不会将保护板烧坏，且所述短路保护模块的成本低；

(2)通过设置所述回路检测模块，可以真实地检测出回路通断状态，有效防止保护板出现漏电流而无法检测的状况发生；

(3)所述电压产生及自耗均衡测试模，其使用PWM控制，大功率跟随器输出，可以支持很大的工作电流以免电压被拉低；

(4)通过设置所述恒流模块，在测试过程中可以兼容各种保护板的测试)，而且使用5V开关电源可以大幅度的降低使用功率。

上述实施例为本实用新型的较佳的实现方式，并非是对本实用新型的限定，在不脱离本实用新型的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种保护板测试设备，其特征在于：所述测试设备包括单片机主控模块，均与单片机主控模块连接的基准电压模块、电压产生及自耗均衡测试模、恒流模块、回路检测模块以及短路保护模块，

所述短路保护模块包括若干个并联连接的超级电容，开关电源、短路主控芯片、比较器以及MOS管，超级电容的正极与开关电源的正输出端连接，超级电容的正极与保护板的输出地P-及开关电源的正输出端连接，超级电容的负极与开关电源负极相连，并通过MOS管与测试设备的输出负极B-相连，所述比较器的反相输入端与所述短路主控芯片的输出引脚端连接，且比较器的反相输入端还通过一电阻与所述短路主控芯片的电源引脚端连接。

2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于：所述电压产生及自耗均衡测试模块包括有相互连接的电压产生电路和跟随电路，以及相互连接的采样档位切换电路以及信号放大及采样电路，所述电压产生电路和采样档位切换电路均与所述单片机主控模块连接。

3.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于：所述基准电压模块包括相互连接的可调稳压电压电路和光耦控制电路。

4.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于：所述恒流模块包括有依次连接的PWM控制电路、358跟随及比较电路、以及反馈电路，所述反馈电路的输出端连接有开关控制电路、所述开关控制电路与所述反馈电路还连接有5V开关电源。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的测试设备，其特征在于：所述回路检测模块包括有依次连接的检测电路、跟随放大电路以及继电器切换电路，所述跟随放大电路的输出端还连接有比较电路。

6.根据权利要求5所述的测试设备，其特征在于：所述比较电路还连接有用于调整电压的光耦电路。

7.根据权利要求6所述的测试设备，其特征在于：所述继电器切换电路包括有用于切换充放电状态的第一切换电路，用于切换保护板的正极板、负极板的第二切换电路，以及用于切换负极板的同口或分口的第三切换电路。