CN109406900A - 基于电池模拟器的故障模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电池模拟器的故障模拟装置，它包括主控制器、故障模拟器输入端子、开路继电器组，其中，开路继电器组分别用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池负极B1‑、第一模拟电池远端反馈负端V1‑、第一模拟电池正极B1+与第二模拟电池负极B2‑串联后端口、第一模拟电池远端反馈正端V1+与第二模拟电池远端反馈负端V2‑串联后端口、第二模拟电池远端反馈正端V2+、第二模拟电池正极B2+与故障模拟器输入端子对应端口之间的通断控制。该装置具备多节模拟电池串联转接的功能和软件控制模拟电池开路、短路等故障情况的功能，并且多台故障模拟器可串联实现任意数量的模拟电池的串联操作。
Description
技术领域
本发明涉及电池模拟器技术领域，具体地指一种基于电池模拟器的故障模拟装置。
背景技术
电池模拟器是一种模拟电池管理***监测对象(实际电池组)的设备。电池模拟器在测试电池管理***产品时，需要模拟多节电池串联时发生某一节或多节电池开路，短路等情况；开路故障状态需通过人为将模拟电池的输出线断开，短路状态需人为将模拟电池输出线正负极短路，然而这种传统的人工接线方式，效率低，易接错烧坏设备且非常危险，当串联的电池较多，电压很高时，接错不仅会烧坏设备，甚至威胁人身安全。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于电池模拟器的故障模拟装置，该装置具备多节模拟电池串联转接的功能和软件控制模拟电池开路、短路等故障情况的功能，并且多台故障模拟器可串联实现任意数量的模拟电池的串联操作。
为实现此目的，本发明所设计的一种基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：它包括主控制器、故障模拟器输入端子、开路继电器组，其中，开路继电器组分别用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池负极B1-、第一模拟电池远端反馈负端V1-、第一模拟电池正极B1+与第二模拟电池负极B2-串联后端口、第一模拟电池远端反馈正端V1+与第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口、第二模拟电池远端反馈正端V2+、第二模拟电池正极B2+与故障模拟器输入端子对应端口之间的通断控制。
它还包括短路继电器组，短路继电器组用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池正极B1+和第一模拟电池负极B1-之间，第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-之间，第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2-之间，第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池远端反馈负端V2-之间的短路控制。
它还包括远端反馈控制继电器组，远端反馈控制继电器组用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池远端反馈负端V1-与第一模拟电池负极B1-之间，第一模拟电池正极B1+和第二模拟电池负极B2-串联后端口与第一模拟电池远端反馈正端V1+和第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口之间，以及第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池正极B2+之间的通断控制。
所述第二模拟电池正极B2+和第二模拟电池远端反馈正端V2+分别接入故障模拟器输入端子的模拟正极扩展接口B和模拟远端反馈正端扩展接口V。
一种基于电池模拟器的故障模拟方法，它包括如下步骤：
步骤1：电脑的电池模拟器故障模拟控制程序启动，电脑与故障模拟装置的主控制器建立连接；
步骤2：电脑读取主控制器控制信号输出端的状态信号，从而获取开路继电器组、短路继电器组和远端反馈控制继电器组的开关状态；
步骤3：将电脑中电池模拟器故障模拟控制程序的控制状态标志与主控制器控制信号输出端的状态保持一致；
步骤4：电脑的电池模拟器故障模拟控制程序根据需求向主控制器发出开路继电器组或短路继电器组或远端反馈控制继电器组的控制指令，以及开路继电器组、短路继电器组和远端反馈控制继电器组的组合控制指令；
步骤5：主控制器接收到控制指令后，发出对应的继电器控制指令，使开路继电器组、短路继电器组和远端反馈控制继电器组执行相应的开关动作。
本发明的有益效果：
本发明通过设计由主控制器控制的开路继电器组、短路继电器组和远端反馈控制继电器组实现了模拟电池各种故障的模拟，故障模拟过程简单快捷，避免了操作人员直接接触电池输出线，具有很好的安全性和可靠性，并且多台故障模拟器可通过扩展接口连接实现任意数量的模拟电池的串联故障模拟操作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明电路框图；
图3为本发明中继电器驱动的结构图；
图4为本发明远端反馈原理图。
图5为本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明所设计的一种基于电池模拟器的故障模拟装置，如图1和图2所示，它包括主控制器、故障模拟器输入端子、开路继电器组，其中，开路继电器组分别用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池负极B1-、第一模拟电池远端反馈负端V1-、第一模拟电池正极B1+与第二模拟电池负极B2-串联后端口、第一模拟电池远端反馈正端V1+与第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口、第二模拟电池远端反馈正端V2+、第二模拟电池正极B2+与故障模拟器输入端子对应端口之间的通断控制。上述第一模拟电池正极B1+、第一模拟电池负极B1-、第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-由电池模拟器的第一个虚拟电池BT1对应的输入端子BA1引入；上述第二模拟电池正极B2+、第二模拟电池负极B2-、第二模拟电池远端反馈负端V2-和第二模拟电池远端反馈正端V2+由电池模拟器的第二个虚拟电池BT2对应的输入端子BA2引入。
本发明还包括电源转换模块和通信模块，通信模块用于将电脑的信号导入主动模块，电源转换模块用于分别给通信模块、主控模块、继电器驱动模块提供各自所需的工作电源(故障模拟器的电源由外部输入并通过电源转换模块将单电压转换成各个模块所需的各个不同电压)。
本实施例中，主控制器选择的型号为恩智浦型号：MK70FN1M0VMJ15(原飞思卡尔)。
上述技术方案中，它还包括短路继电器组，短路继电器组用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池正极B1+和第一模拟电池负极B1-之间，第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-之间，第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2-之间，第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池远端反馈负端V2-之间的短路控制。
上述技术方案中，它还包括远端反馈控制继电器组，远端反馈控制继电器组用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池远端反馈负端V1-与第一模拟电池负极B1-之间，第一模拟电池正极B1+和第二模拟电池负极B2-串联后端口与第一模拟电池远端反馈正端V1+和第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口之间，以及第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池正极B2+之间的通断控制。
上述技术方案中，所述开路继电器组包括开路继电器C1、开路继电器C2、和开路继电器C3，所述开路继电器C1用于在主控制器的控制下控制第一模拟电池负极B1-和第一模拟电池远端反馈负端V1-分别与故障模拟器输入端子的第一模拟负极B11-和第一模拟远端反馈负端V11-之间的同时通断；
开路继电器C2用于在主控制器的控制下控制第一模拟电池正极B1+与第二模拟电池负极B2-串联后端口与故障模拟器输入端子的电池正负极串联模拟端口B11+，以及第一模拟电池远端反馈正端V1+与第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口与故障模拟器远端反馈串联模拟端口V11+之间的同时通断；
开路继电器C3用于在主控制器的控制下控制第二模拟电池远端反馈正端V2+和第二模拟电池正极B2+分别与故障模拟器输入端子的第二模拟远端反馈负端V21+和第二模拟负极B21+之间的同时通断。
上述技术方案中，所述短路继电器组包括短路继电器D1和短路继电器D2，其中，短路继电器D1用于在主控制器的控制下进行第一模拟电池正极B1+和第一模拟电池负极B1-之间，以及第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-之间的同时短路控制；
短路继电器D2用于在主控制器的控制下进行第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2-之间，以及第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池远端反馈负端V2-之间的同时短路控制。
上述技术方案中，所述远端反馈控制继电器组包括远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3，其中，远端反馈控制继电器E1用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池远端反馈负端V1-与第一模拟电池负极B1-之间的通断控制；
远端反馈控制继电器E2用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池正极B1+和第二模拟电池负极B2-串联后端口与第一模拟电池远端反馈正端V1+和第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口之间的通断控制；
远端反馈控制继电器E3用于在主控制器的控制下实现第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池正极B2+之间的通断控制。
上述技术方案中，它还包括继电器驱动器M1，所述开路继电器C1、开路继电器C2和开路继电器C3的触点均为双刀单掷触点(常开触点)，主控制器通过继电器驱动器M1分别对开路继电器C1、开路继电器C2、和开路继电器C3的线圈进行通断控制，从而实现对开路继电器C1、开路继电器C2、和开路继电器C3对应的双刀单掷触点的通断控制。
上述技术方案中，它还包括继电器驱动器M2，所述短路继电器D1和短路继电器D2的触点均为双刀单掷触点(常开触点)，主控制器通过继电器驱动器M2分别对短路继电器D1和短路继电器D2的线圈进行通断控制，从而实现对短路继电器D1和短路继电器D2的双刀单掷触点的通断控制。
上述技术方案中，它还包括继电器驱动器M3，远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3的触点均为单刀单掷触点(常开触点)，主控制器通过继电器驱动器M3分别对远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3的线圈进行通断控制，从而实现对远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3的单刀单掷触点的通断控制。
上述所有继电器都可单独动作或是多个继电器同时动作，来模拟任何一种开路，短路故障状态。
上述技术方案中，所述第二模拟电池正极B2+和第二模拟电池远端反馈正端V2+分别接入故障模拟器输入端子的模拟正极扩展接口B和模拟远端反馈正端扩展接口V。上述设计用于实现模拟电池的扩展，使本发明能适用多节模拟电池的故障模拟。
所述远端反馈控制继电器组中的远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3均闭合后，如图4所示，第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-的远端反馈电压信号依次通过第一个虚拟电池BT1、第一运算放大器进入到电池模拟器主控单元，第二模拟电池远端反馈正端V2+和第二模拟电池远端反馈负端V2-的远端反馈电压信号依次通过第二个虚拟电池BT2、第二运算放大器进入到电池模拟器主控单元，电池模拟器主控单元将接收到的各个远端反馈电压信号与对应的模拟电池目标电压信号进行比较，并根据比较结果分别对第一个虚拟电池BT1和第二个虚拟电池BT2的电压进行调整，使第一个虚拟电池BT1和第二个虚拟电池BT2的远端反馈电压信号与对应的模拟电池目标电压相等。远端反馈控制继电器控制模拟电池的第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-，以及第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池远端反馈负端V2-接入或者接出到对应的第一模拟电池正极B1+与第一模拟电池负极B1-、第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2(V+接到B+，V-接到B-)，这里的模拟电池远端反馈为差分信号是一组从电池模拟器用户产品端回采模拟电池正极和模拟电池负极电压的反馈线，接入远端反馈线的原因是由于从电池模拟器到用户产品(如电池管理***)中间较长的连接线会产生线损压降，为了确保模拟电池输出电压的精度，通过远端反馈控制继电器从客户产品端回采电压信号来校准调整模拟电池输出，提高输出电压精准度。
以上各个继电器驱动器均包括三极管Q1、电阻R1和电阻R2，如图3所示，主控模块的信号输出端通过电阻R2接入三极管Q1的基极，三极管的发射极接地GND，三极管Q1的集电极通过电阻R1连接对应继电器的线圈的一端，该线圈的另一端连接电源VCC，主控模块输出的控制信号控制三极管Q1的导通从而控制继电器线圈的导通，进而控制对应的双刀单掷触点或单刀单掷触点的通断，这里主控模块不直接控制继电器的原因是继电器所需的驱动电流较大，当继电器较多时，主控模块无法直接驱动控制继电器，且经过继电器驱动控制模块控制继电器更加安全，当继电器因为某些误操作或使用寿命到期损坏时，因为有继电器驱动控制模块在继电器和主控模块之间作为一层隔离电路，所以不会对主控模块造成损伤，更换损坏的继电器即可继续使用。
本发明中，电脑通过通讯模块给故障模拟器的主控模块发送控制命令，主控模块根据接收到的控制命令控制继电器驱动电路工作，从而控制对应的继电器动作模拟对应的故障状态，开路继电器模拟开路故障状态，此时(开路时)第一模拟电池正极B1+与第一模拟电池负极B1-、第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2-为开路无法从故障模拟输出端子输出，短路继电器模拟短路故障状态，此时(短路时)第一模拟电池正极B1+与第一模拟电池负极B1-、第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2-信号短路。
一种基于电池模拟器的故障模拟方法，如图5所示，它包括如下步骤：
步骤1：电脑的电池模拟器故障模拟控制程序启动，电脑通过TCP/IP协议与故障模拟装置的主控制器建立连接；
步骤2：电脑读取主控制器控制信号输出端的状态信号(控制IO状态)，从而获取开路继电器组、短路继电器组和远端反馈控制继电器组的开关状态；
步骤3：将电脑中电池模拟器故障模拟控制程序的控制状态标志与主控制器控制信号输出端的状态保持一致；
步骤4：电脑的电池模拟器故障模拟控制程序根据需求向主控制器发出开路继电器组或短路继电器组或远端反馈控制继电器组的控制指令，以及开路继电器组、短路继电器组和远端反馈控制继电器组的组合控制指令；
步骤5：主控制器接收到控制指令后，发出对应的继电器控制指令，使开路继电器组、短路继电器组和远端反馈控制继电器组执行相应的开关动作。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：它包括主控制器、故障模拟器输入端子、开路继电器组，其中，开路继电器组分别用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池负极B1-、第一模拟电池远端反馈负端V1-、第一模拟电池正极B1+与第二模拟电池负极B2-串联后端口、第一模拟电池远端反馈正端V1+与第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口、第二模拟电池远端反馈正端V2+、第二模拟电池正极B2+与故障模拟器输入端子对应端口之间的通断控制。
2.根据权利要求1所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：它还包括短路继电器组，短路继电器组用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池正极B1+和第一模拟电池负极B1-之间，第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-之间，第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2-之间，第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池远端反馈负端V2-之间的短路控制。
3.根据权利要求1或2所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：它还包括远端反馈控制继电器组，远端反馈控制继电器组用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池远端反馈负端V1-与第一模拟电池负极B1-之间，第一模拟电池正极B1+和第二模拟电池负极B2-串联后端口与第一模拟电池远端反馈正端V1+和第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口之间，以及第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池正极B2+之间的通断控制。
4.根据权利要求1所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：所述开路继电器组包括开路继电器C1、开路继电器C2、和开路继电器C3，所述开路继电器C1用于在主控制器的控制下控制第一模拟电池负极B1-和第一模拟电池远端反馈负端V1-分别与故障模拟器输入端子的第一模拟负极B11-和第一模拟远端反馈负端V11-之间的同时通断；
开路继电器C2用于在主控制器的控制下控制第一模拟电池正极B1+与第二模拟电池负极B2-串联后端口与故障模拟器输入端子的电池正负极串联模拟端口B11+，以及第一模拟电池远端反馈正端V1+与第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口与故障模拟器远端反馈串联模拟端口V11+之间的同时通断；
开路继电器C3用于在主控制器的控制下控制第二模拟电池远端反馈正端V2+和第二模拟电池正极B2+分别与故障模拟器输入端子的第二模拟远端反馈负端V21+和第二模拟负极B21+之间的同时通断。
5.根据权利要求2所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：所述短路继电器组包括短路继电器D1和短路继电器D2，其中，短路继电器D1用于在主控制器的控制下进行第一模拟电池正极B1+和第一模拟电池负极B1-之间，以及第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-之间的同时短路控制；
短路继电器D2用于在主控制器的控制下进行第二模拟电池正极B2+与第二模拟电池负极B2-之间，以及第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池远端反馈负端V2-之间的同时短路控制。
6.根据权利要求3所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：所述远端反馈控制继电器组包括远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3，其中，远端反馈控制继电器E1用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池远端反馈负端V1-与第一模拟电池负极B1-之间的通断控制；
远端反馈控制继电器E2用于在主控制器的控制下实现第一模拟电池正极B1+和第二模拟电池负极B2-串联后端口与第一模拟电池远端反馈正端V1+和第二模拟电池远端反馈负端V2-串联后端口之间的通断控制；
远端反馈控制继电器E3用于在主控制器的控制下实现第二模拟电池远端反馈正端V2+与第二模拟电池正极B2+之间的通断控制。
7.根据权利要求4所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：它还包括继电器驱动器M1，所述开路继电器C1、开路继电器C2和开路继电器C3的触点均为双刀单掷触点，主控制器通过继电器驱动器M1分别对开路继电器C1、开路继电器C2、和开路继电器C3的线圈进行通断控制，从而实现对开路继电器C1、开路继电器C2、和开路继电器C3对应的双刀单掷触点的通断控制。
8.根据权利要求5所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：它还包括继电器驱动器M2，所述短路继电器D1和短路继电器D2的触点均为双刀单掷触点，主控制器通过继电器驱动器M2分别对短路继电器D1和短路继电器D2的线圈进行通断控制，从而实现对短路继电器D1和短路继电器D2的双刀单掷触点的通断控制。
9.根据权利要求6所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：它还包括继电器驱动器M3，远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3的触点均为单刀单掷触点，主控制器通过继电器驱动器M3分别对远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3的线圈进行通断控制，从而实现对远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3的单刀单掷触点的通断控制。
10.根据权利要求6所述的基于电池模拟器的故障模拟装置，其特征在于：所述远端反馈控制继电器组中的远端反馈控制继电器E1、远端反馈控制继电器E2和远端反馈控制继电器E3均闭合后，第一模拟电池远端反馈正端V1+和第一模拟电池远端反馈负端V1-的远端反馈电压信号依次通过第一个虚拟电池BT1、第一运算放大器进入到电池模拟器主控单元，第二模拟电池远端反馈正端V2+和第二模拟电池远端反馈负端V2-的远端反馈电压信号依次通过第二个虚拟电池BT2、第二运算放大器进入到电池模拟器主控单元，电池模拟器主控单元将接收到的各个远端反馈电压信号与对应的模拟电池目标电压信号进行比较，并根据比较结果分别对第一个虚拟电池BT1和第二个虚拟电池BT2的电压进行调整，使第一个虚拟电池BT1和第二个虚拟电池BT2的远端反馈电压信号与对应的模拟电池目标电压相等。
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