CN109490592B - 一种高精度电池模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度电池模型，包括微控制单元MCU、供电单元、温度模拟单元、电池模拟单元、RS485通讯单元；供电单元内部采用低压差线性稳压器LDO做稳压输出；电池模拟单元内部采用高精度ADC和DAC做输出采样及控制，能模拟短路、开路、反接等故障；温度模拟单元通过微控制单元MCU控制输出模拟温度电压，模拟真实的电池温度；RS485通讯单元通过连接微控制单元MCU上的485通讯接口，实现对电池模拟单元的控制。本发明的高精度电池模型相较于市场上的电池模拟器而言输出精度更高，响应速度更快，而且采用隔离输出，可以多级串联模拟电池模组。

Description

一种高精度电池模型
技术领域
本发明涉及电动汽车电源领域，尤其涉及一种高精度电池模型。
背景技术
随着新能源电动汽车的出现以及它在社会上的快速发展，人们关注的不再仅仅是它的低碳环保、节约能源，也越来越关注它的安全性及可靠性，而新能源电动汽车的安全及可靠性在很大程度上取决于电控单元的电池管理***BMS，电池管理***BMS的主要功能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，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。对于新能源电动汽车来说，电池管理***BMS***非常重要，是电池的核心管家。
电池管理***BMS在开发设计阶段，如果用真实的锂电池来测试验证，一旦出现控制不当，很容易引起火灾***等危险情况，所以在测试时，一般使用电池模拟器来代替电池，电池模拟器能模拟电池的各种状态，可实现对电池管理***BMS进行全面性的功能测试，减少了在使用真实电池测试时所需的繁复的操作准备及繁杂的测试过程，并且电池模拟器内部带有保护功能，不会像采用真实电池测试可能会发生火灾***的危险情况，给开发者提供了一个安全的测试环境。
现有技术中，用来测试电池管理***BMS的大部分电池模拟器采用DC/DC方案，DC/DC方案的电池模拟器由于内部使用开关电源，开关频率对输出电压纹波干扰很大，并且这种方案的电池模拟器的输出响应速度低，输出精度也低，跟真实的电池输出特性有一定的差距。
发明内容
本发明的目的在于提供一种和真实电池输出特性相似、输出纹波更小、输出响应速度更快、输出精度更高的高精度电池模型。
为实现以上目的，本发明提供了一种高精度电池模型，所述高精度电池模型包括微控制单元MCU、供电单元、温度模拟单元、电池模拟单元、RS485通讯单元；所述供电单元输出端连接微控制单元MCU相应的电压输入端，所述温度模拟单元的输入端连接微控制单元MCU的ADC控制端，输出端连接微控制单元MCU的DAC控制端，所述温度模拟单元通过微控制单元MCU控制输出的模拟温度电压，用于模拟真实的电池温度，所述RS485通讯单元通过连接微控制单元MCU上的485通讯接口，实现对电池模拟单元的控制。
优选的，所述供电单元包括外部输入DC、电压转换器、滤波电路、滤波电路1、滤波电路2、低压差稳压器、低压差线性稳压器LDO1、低压差线性稳压器LDO2、电源Power1、电源Power2；
更进一步的，所述外部输入DC经电压转换器及滤波电路滤波后生成DC1，所述DC1为***中需要相应电压的电路供电，所述DC1又通过低压差稳压器形成DC2，所述DC2为***中需要相应电压的电路供电；
更进一步的，所述Power1通过滤波电路1、低压差线性稳压器LDO1输出到电池模拟单元1，所述Power2通过滤波电路2、低压差线性稳压器LDO2输出到电池模拟单元2，多个电池模拟单元1、2串联可以模拟新能源电动汽车动力电池包。
优选的，所述电池模拟单元包括四路数字隔离器1、四路数字隔离器2、24位ADC、20位DAC、电压基准芯片1、电压基准芯片2、开路控制部分、短路控制部分、过流保护部分、单电源放大电路，所述电池模拟单元内部还包括有功率电阻，可以模拟电池的均衡功能；
更进一步的，所述四路数字隔离器1的输入端连接微控制单元MCU的ADC控制端，所述四路数字隔离器1的输出端连接24位ADC，所述24位ADC的参考电压端连接电压基准芯片1，所述四路数字隔离器2的输入端连接微控制单元MCU的DAC控制端，所述四路数字隔离器2的输出端连接20位DAC，所述20位DAC的参考电压端连接电压基准芯片2，所述20位DAC的输出端连接开路控制部分，所述开路控制部分与短路控制部分、过流保护部分串联，再通过所述单电源放大电路后连接到24位ADC，其中开路控制部分、短路控制部分以及过流保护部分是为了模拟电池出现的开路、短路、反接等故障。
优选的，所述微控制单元MCU通过控制20位DAC调整供电单元中的低压差线性稳压器LDO的输出，将输出后的电压再通过24位ADC检测并与电压基准芯片所设置的基准电压值比较，比较之后再通过20位DAC调整供电单元中的低压差线性稳压器LDO的输出，调整输出电压的整个过程形成一个闭环；其中，电池模拟单元中的24位ADC以及20位DAC的输出精度可达到0.01％-0.02％，响应速度可达到1-2ms，并且还可以实现高精度电流采样，电流采样是为了实时检测回路中的电流，超过电流阈值则控制开关断开回路，实现过流保护。
更进一步的，所述电池模拟单元的过流保护部分内部包括泄流电阻，所述泄流电阻用于均衡阈值，当微控制单元MCU通过控制ADC检测到的电压高于低压差线性稳压器LDO的输出值时说明有电流倒流进回路，此时应先断开回路，闭合泄流电阻的开关，消耗掉流进回路的电流控制恒流，从而均衡阈值。
本发明具备以下有益效果：
本发明的一种高精度电池模型，和真实电池输出特性相似、输出纹波更小、输出响应速度更快、输出精度更高，并且由于本发明的高精度电池模型采用隔离输出，所以可将多个高精度电池模型串联组成电池包，模拟新能源电动汽车动力电池包。
附图说明
图1为本发明的工作原理示意图；
图2为本发明的结构示意框图；
图3为本发明的供电单元结构示意框图；
图4为本发明的电池模拟单元结构示意框图；
图5为本发明电池模拟单元的部分电路示意图；
图5中，J8、J9、J10-继电器，R66-泄流电阻，Q14-三极管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本申请做进一步的详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
下面参考图1来描述本发明实施例的高精度电池模型的工作原理。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，微控制单元MCU通过控制电池模拟单元中的20位DAC调整供电单元中外部输入DC-12V经过滤波电路以及低压差线性稳压器LDO的输出，将输出后的电压再通过电池模拟单元中的24位ADC检测并与电压基准芯片所设置的基准电压值比较，比较之后再通过电池模拟单元中的20位DAC调整供电单元中的低压差线性稳压器LDO的输出，调整输出电压的整个过程形成一个闭环；其中，电池模拟单元中的24位ADC以及20位DAC的输出精度可达到0.01％，响应速度可达到1ms，并且还可以实现高精度电流采样，电流采样是为了实时检测回路中的电流，超过电流阈值则控制开关断开回路，实现过流保护。
图2是根据本发明实施例的高精度电池模型的结构示意图，如图2所示，高精度电池模型包括微控制单元MCU、供电单元、温度模拟单元、电池模拟单元以及RS485通讯单元；其中微控制单元MCU为STM32单片机，其中，温度模拟单元的输入端连接微控制单元MCU的ADC控制端，输出端连接微控制单元MCU的DAC控制端，温度模拟单元通过微控制单元MCU控制输出的模拟温度电压，用于模拟真实的电池温度；RS485通讯单元通过连接微控制单元MCU上的485通讯接口，实现对电池模拟单元的控制。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，供电单元包括外部输入DC-12V、电压转换器、滤波电路、滤波电路1、滤波电路2、低压差低压差稳压器、低压差线性稳压器LDO1、低压差线性稳压器LDO2、电源Power1、电源Power2，供电单元输出端连接微控制单元MCU相应的电压输入端。
具体来说，外部输入DC-12V经电压转换器及滤波电路滤波后生成DC1-5V，DC1-5V为***中需要相应电压的电路供电，DC1-5V又通过低压差稳压器形成DC2-3.3V，DC2-3.3V为***中需要相应电压的电路供电。
更具体地，Power1通过滤波电路1、低压差线性稳压器LDO1输出到电池模拟单元1，Power2通过滤波电路2、低压差线性稳压器LDO2输出到电池模拟单元2，由于采用四路数字隔离器做隔离输出，所以多个电池模拟单元1、2串联可以模拟新能源电动汽车动力电池包。
根据本发明的一个实施例，如图4所示，电池模拟单元包括四路数字隔离器1、四路数字隔离器2、24位ADC、20位DAC、电压基准芯片1、电压基准芯片2、开路控制部分、短路控制部分、过流保护部分、单电源放大电路以及其它***电路，并且电池模拟单元内部还包括有功率电阻，可以模拟电池的均衡功能。
具体地，电池模拟单元内的四路数字隔离器1的输入端连接微控制单元MCU的ADC控制端，输出端连接24位ADC，24位ADC的参考电压端连接电压基准芯片1，电池模拟单元内的四路数字隔离器2的输入端连接微控制单元MCU的DAC控制端，输出端连接20位DAC，20位DAC的参考电压端连接电压基准芯片2，输出端连接开路控制部分，开路控制部分与短路控制部分、过流保护部分并联，再串联***电路及单电源放大电路后连接到24位ADC。
根据本发明的一个实施例，如图5所示，电池模拟单元内的开路控制部分、短路控制部分以及过流保护部分电路是为了模拟电池出现的开路、短路、反接等故障。
具体地，通过微控制单元MCU控制继电器J8的断开控制主电路的开路，通过微控制单元MCU控制继电器J9的吸合控制主电路的短路；电池模拟单元的过流保护部分内部包括泄流电阻R66，泄流电阻R66用于均衡阈值，当微控制单元MCU通过控制24位ADC检测到的电压高于供电单元的低压差线性稳压器LDO的输出值时说明有电流倒流进回路，此时微控制单元MCU先控制继电器J8断开主回路，再吸合与泄流电阻R66相连接的继电器J10，通过Q14三极管和R66泄流电阻对倒流进来的电流进行恒流放电，消耗掉流进回路的电流控制恒流，从而均衡阈值，实现过流保护。
在本说明书的描述中，“1”、“2”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，但对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种高精度电池模型，其特征在于：所述一种高精度电池模型包括微控制单元MCU、供电单元、温度模拟单元、电池模拟单元、RS485通讯单元；
所述供电单元输出端连接微控制单元MCU相应的电压输入端，所述温度模拟单元的输入端连接微控制单元MCU的ADC控制端，输出端连接微控制单元MCU的DAC控制端，所述RS485通讯单元通过连接微控制单元MCU上的485通讯接口，实现对电池模拟单元的控制；
所述电池模拟单元包括四路数字隔离器1、四路数字隔离器2、24位ADC、20位DAC、电压基准芯片1、电压基准芯片2、开路控制部分、短路控制部分、过流保护部分、单电源放大电路；
所述四路数字隔离器1的输入端连接微控制单元MCU的ADC控制端，所述四路数字隔离器1的输出端连接24位ADC，所述24位ADC的参考电压端连接电压基准芯片1，所述四路数字隔离器2的输入端连接微控制单元MCU的DAC控制端，所述四路数字隔离器2的输出端连接20位DAC，所述20位DAC的参考电压端连接电压基准芯片2，所述20位DAC的输出端连接开路控制部分，所述开路控制部分与短路控制部分、过流保护部分串联，再通过所述单电源放大电路后连接到所述24位ADC；
所述供电单元包括外部输入DC、电压转换器、滤波电路、滤波电路1、滤波电路2、低压差稳压器、低压差线性稳压器LDO1、低压差线性稳压器LDO2、电源Power1、电源Power2；
所述外部输入DC经电压转换器及滤波电路滤波后生成DC1，所述DC1为***中需要相应电压的电路供电，所述DC1又通过低压差稳压器形成DC2，所述DC2为***中需要相应电压的电路供电；
所述Power1通过滤波电路1、低压差线性稳压器LDO1输出到电池模拟单元1，所述Power2通过滤波电路2、低压差线性稳压器LDO2输出到电池模拟单元2。
2.根据权利要求1所述的一种高精度电池模型，其特征在于：所述电池模拟单元的过流保护部分内部包括泄流电阻，所述泄流电阻用于均衡阈值，当微控制单元MCU通过控制ADC检测到的电压高于低压差线性稳压器LDO的输出值时说明有电流倒流进回路，此时应先断开回路，闭合泄流电阻的开关，消耗掉流进回路的电流控制恒流，从而均衡阈值。
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