CN211554259U - 电池模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电池测试技术领域，公开了一种电池模拟器，包括：电流放大器、模数转换器ADC、现场可编程逻辑门阵列FPGA，其中，所述电流放大器用于将输入和输出的电流处理转换为电压；所述ADC用于将来自所述电流放大器的电压进行回采，并在回采值小于阈值时输出给FPGA；FPGA用于处理所述ADC采集到的电流数据。本实用新型提高电池管理系统测试的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本实用新型实施方式涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种电池模拟器。
背景技术
纯电动汽车对于减轻汽车尾气污染、降低石油资源依赖等方面具有重要意义。目前在政策支持下，纯电动汽车得到了长足发展并在未来几年内保持高速增长，各大传统汽车厂与新能源汽车厂也纷纷推出了自己的纯电动车型。
BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)是电池与用户之间的纽带。其主要是为了提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，可用于电动汽车，电瓶车，机器人，无人机等。伴随着纯电动汽车的发展，BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)作为纯电动汽车的核心系统，对其可靠性、稳定性的测试就显得尤为重要。
目前对纯电动汽车BMS系统的测试主要是将BMS系统与实际的电池包相连，利用电池模型计算电池端电压，利用DAC转换与ADC采样电路控制可调功率模块输出电压的大小，基于CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通信来实现与其它模块间的相互通信，实时检测电芯电压、温度等信息，通过提供不同的外界环境，如高低温、路试等来测试BMS的稳定及安全性能。
但是，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
1.电池包、高低温箱、充放电等设备价格昂贵，占地面积大；
2.电池包充放电时间长，测试不灵活；
3.测试方法不具备故障测试的能力，很难对故障进行模拟；当发生故障时，如果软件处理不成熟有可能损坏电池包和测试设备甚至威胁到测试人员的人身安全。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
实用新型内容
本实用新型实施方式的目的在于提供了一种电池模拟器，能够提高电池管理系统测试的可靠性和稳定性。
为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种电池模拟器，包括：电流放大器、模数转换器ADC、现场可编程逻辑门阵列FPGA，其中，所述电流放大器用于将输入和输出的电流处理转换为电压；所述ADC用于将来自所述电流放大器的电压进行回采，并在回采值小于阈值时输出给FPGA；FPGA用于处理所述ADC采集到的电流数据。
此外，所述电流放大器的电流采集使用双向采样电流放大器和低温漂采样电阻，使采集到正负电流都转换为正电压；采用高精度参考源为所述ADC芯片提供可靠的参考源，并采用高精度低温漂参考源为所述模数转换器提供稳定的回采值。如此，可以保证电池模拟器监控输出的电流和灌电流精度可靠在设定范围内，例如可有效的实现电池模拟器的电流在10ma到3A范围内输出和灌入电流精度在1ma内、低噪声等的技术突破。
此外，所述FPGA包括控制板FPGA和通信板FPGA，其中，控制板FPGA用于对来自ADC的回采值进行换算成电流值，并将电流值通过通信板FPGA上传给PC上位机显示。如此，方便用户实时观察到测试情况。
此外，所述电池模拟器采用插卡式结构，每个通道采用隔离电源模块供电，使各个通道之间隔离。如此，可为BMS提供单体电压信号和电池包各个区域的温度信号。
本实用新型的实施方式采用双向电流放大器和低温飘采样电阻构成的电流采样，即在输出端加小阻值低温飘采样电阻保证压降小不随温度变化，电流采集源端采用双向电流放大器采集输出和灌入电流，两者一起保证电流转换的电压精度和电流在设定范围内，从而能够提高电池管理系统测试的可靠性和稳定性。
附图说明
一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本实用新型提供的电池模拟器的电路实现示意图；
图2为本实用新型提供的电池模拟器的结构实现示意图；
图3为本实用新型提供的电池模拟器的硬件实现示意图；
图4为本实用新型提供的电池模拟器的产品实现示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1为本实用新型提供的电池模拟器的电路实现示意图，如图1所示：
电流放大器将采集的电流转换为电压，在本实用新型中，电流采集部分使用了双向采样电流放大器和低温漂采样电阻，如此可以保证采集到正负电流都转换为正电压，从而可以保证电池模拟器监控输出的电流和灌电流精度可靠在设定范围，例如2ma内。电流回采电路也采用库仑计来实现电流精度问题。
ADC对电流放大器的电压进行回采，在本实用新型中，ADC具备低噪声特性，其转换速率不小于1MS/s，采集精度不小于18bits，采集范围至少为0-5V，且温度稳定性小于35ppm。此外，高精度参考源为ADC芯片提供可靠的参考源，以及高精度低温漂参考源为ADC提供稳定的回采值。
FPGA则处理ADC采集到的电流数据。
如图2所示的结构实现示意图，本实用新型提供了一种电池模拟器，包括：电流放大器、ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)、控制板FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)和通信板FPGA。
其中，电流放大器用于将输入和输出的电流处理转换为电压；
ADC用于将来自电流放大器的电压进行回采，并在回采值小于阈值时输出给控制板FPGA；
控制板FPGA用于对来自ADC的回采值进行换算成电流值，并将电流值通过通信板FPGA上传给PC上位机显示。
图3为本实用新型提供的电池模拟器的硬件实现示意图，如图3所示，电池模拟器是类似CPCI插卡式结构，每个通道用隔离电源模块供电，各个电压通道之间设计为隔离。在本实用新型中，电池模拟器的输出电压为0-5V可调，该电池模拟器包括FPGA控制模块，通信模块，电压模块，温度模块，电源模块。
其中，电压模块用于电压设定、输出电压电流等参数的采集、监控调节；电源模块为系统中各个模块提供动力电源；电池模拟器接收客户的指令需要输出电压值，电压模块内部经过DAC数模转换器输出电压值和ADC模数转换器回采输出电压、内部处理器进行一系列的算法校准后再经DAC输出高精度的电压值给BMS；温度模块用于模拟热偶电阻，不同的阻值对应不同的温度；当接收的客户下发的温度指令，温度模块经过一系列的内部算法运算输出一个对应的阻值给BMS来提供一个温度信号。
图4为本实用新型提供的电池模拟器的产品实现示意图，如图4所示，12V模块电源是硬件设计系统中的220V市电转12V电源；隔离模块电源是硬件设计系统中的12V转12V电源，用于为每个通道进行隔离供电；控制板和模拟板构成硬件设计系统中的电压模块和温度模块。
其工作流程包括：电流放大器将输出或输入电流处理转换为电压，ADC将电压进行回采，FPGA对回采值进行换算和仪表测量值进行比较验证精度将电流大小显示在PC上位机界面。
此外，各实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电池模拟器，其特征在于，包括：电流放大器、模数转换器ADC、现场可编程逻辑门阵列FPGA，其中，
所述电流放大器用于将输入和输出的电流处理转换为电压；
所述ADC用于将来自所述电流放大器的电压进行回采，并在回采值小于阈值时输出给FPGA；
FPGA用于处理所述ADC采集到的电流数据。
2.根据权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述电流放大器的电流采集使用双向采样电流放大器和低温漂采样电阻，使采集到正负电流都转换为正电压。
3.根据权利要求2所述的电池模拟器，其特征在于，采用高精度参考源为所述ADC芯片提供可靠的参考源，并采用高精度低温漂参考源为所述模数转换器提供稳定的回采值。
4.根据权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述ADC的转换速率不小于1MS/s，采集精度不小于18bits，采集范围至少为0-5V，且温度稳定性小于35ppm。
5.根据权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述FPGA包括控制板FPGA和通信板FPGA，其中，控制板FPGA用于对来自ADC的回采值进行换算成电流值，并将电流值通过通信板FPGA上传给PC上位机显示。
6.根据权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述电池模拟器还包括：电压模块，温度模块和电源模块，其中，
所述电压模块用于电压设定、输出电压电流参数的采集和监控调节；
所述电源模块为各个模块提供动力电源；
所述温度模块用于模拟热偶电阻，不同的阻值对应不同的温度。
7.根据权利要求6所述的电池模拟器，其特征在于，所述电池模拟器采用插卡式结构，每个通道采用隔离电源模块供电，使各个通道之间隔离。
8.根据权利要求7所述的电池模拟器，其特征在于，所述电源模块采用220V转12V电源；所述隔离电源模块采用12V转12V电源，用于为每个通道进行隔离供电。
9.根据权利要求6所述的电池模拟器，其特征在于，当所述电池模拟器接收到输出电压值的指令，所述电压模块内部经过数模转换器输出电压值、ADC回采输出电压和内部计算后，再经数模转换器输出高精度的电压值给电池管理系统。
10.根据权利要求6所述的电池模拟器，其特征在于，当所述电池模拟器接收到输出温度值的指令，所述温度模块经过内部计算输出对应的阻值给电池管理系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201922114647.8U CN211554259U (zh) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | 电池模拟器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN211554259U true CN211554259U (zh) | 2020-09-22 |
Family
ID=72503549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201922114647.8U Active CN211554259U (zh) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | 电池模拟器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN211554259U (zh) |
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2019
- 2019-11-29 CN CN201922114647.8U patent/CN211554259U/zh active Active
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Legal Events
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |