CN206671507U - 多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，具有一供电模块，所述电池模拟器具有若干经由所述供电模块提供工作电源的模拟电压控制模块，所述模拟电压控制模块具有一用于对输入的模拟信号进行隔离转换的模拟隔离转换模块和一采样电路模块。本实用新型提供一种可实现多通道控制即可对多个电池同时进行观察和测试，且能够提高输出模拟信号精度的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池模拟器模拟信号输出技术领域，尤其涉及一种多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器。
背景技术
对于汽车电池管理***开发阶段以及整车开发阶段，都需要进行大量的测试。如若直接对实际电池进行测试，则存在成本高、周期长，且无法实现准确控制输出的电压值等问题。如若直接在实际电池上进行某些特殊工况测试(如模拟大电压输出、电压突降、电池短路等工况)，则会存在很大的安全隐患，易造成不可估量的损失。电池模拟器即仿真电池能够非常有效地减少测试时间，提供重复性的测试结果并且创造一个安全的测试环境。另外，通过测试电池温度和老化测试，都能减少准备时间，避免操作者的失误以及结果的偏差等因素。但是，对于现有的电池模拟器进行测试时，如若需对多个电池同时进行观察和测试，如在一组电池经过多次循环使用后，计算该组各电池的容量衰退率或阻值增长率的差异。现有电池模拟器的电源输出装置一般只有1～2个接口，无法满足对多个电池同时进行测试的实际需求。同时，现有的电池模拟器采用传统的隔离方法(比如光耦隔离、磁耦隔离等)对模拟信号进行隔离，控制精度较差，影响模拟器的输出精度。现有技术中，如发明专利(申请号2017101324213)的“高精度模拟信号隔离转换输出***”和实用新型专利(申请号2017202175419)的“高精度模拟信号隔离转换输出***”等，通过采用了数字信号隔离，使得误差受负载影响较小，经由运算放大器对输出的模拟电压进行比例调整提高输出功率，但是输出模拟信号精度仍不够理想。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中的电池模拟器存在不能多个电池同时进行观察和测试，且输出模拟信号精度不够高等缺陷，目的在于提供一种多通道控制即可对多个电池同时进行观察和测试，且能够提高输出模拟信号精度的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器。
实现上述目的的技术方案是：
本实用新型多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，具有一供电模块，所述电池模拟器具有若干与所述供电模块串联连接且经由所述供电模块提供工作电源的模拟电压控制模块，所述模拟电压控制模块具有一用于对输入的模拟信号进行隔离转换的模拟隔离转换模块和一与所述模拟隔离转换模块连接的采样电路模块，所述采样电路模块用于将所述模拟隔离转换模块输出的模拟信号进行采样并将获得的采样结果输入至所述模拟隔离转换模块进行闭环反馈处理，从而获得高精度的模拟输出电压。
所述电池模拟器具有一与上位机串联连接且由所述上位机将所需输出模拟电压值给所述电池模拟器的CAN通讯接口，若干所述模拟电压控制模块均设有一与所述CAN通讯接口串联连接的CAN通讯接口单元，实现若干所述模拟电压控制模块之间的独立通讯，进而实现多通道独立控制。
所述供电模块具有一将输入所述电池模拟器的交流电转换成直流电的AC/DC转换模块和与所述AC/DC转换模块串联连接的若干DC/DC隔离模块，所述若干DC/DC隔离模块用于将所述AC/DC转换模块转换后的共地直流电隔离转换成多路不共地且相互隔离的直流电，从而给若干所述模拟电压控制模块提供直流工作电源。
所述供电模块具有一串联连接在所述AC/DC转换模块和若干所述DC/DC隔离模块之间的继电器，用于发生故障时切断所述电池模拟器的供电电源，起到安全保护作用。
所述模拟隔离转换模块依次串联连接一用于计算并获得高精度预输出模拟电压值的单片机、一用于隔离处理数字信号的隔离串行外设接口电路、一将经由所述隔离串行外设接口电路隔离处理后的数字信号转换成模拟信号的数模转换芯片和一将所述数模转换芯片获得的模拟信号进行放大处理的运算放大器和一用于减少输出模拟信号损失的电压跟随电路。
所述采样电路模块具有依次串联连接在所述电压跟随电路的输出端与所述隔离串行外设接口电路之间的一采样电路和一模数转换芯片，所述模数转换芯片用于将所述采样电路采样获得的采样模拟电压转换成数字电压传输给所述隔离串行外设接口电路，再经由所述隔离串行外设接口电路传输给所述单片机将采样模拟电压值与预输出模拟电压值进行比较，计算误差实现更高精度的输出模拟电压值。
若干所述模拟电压控制模块均具有一电源接口单元，分别与所述若干DC/DC隔离模块串联电连接实现直流工作电源的提供。
所述电池模拟器具有一模拟电压输出接口，若干所述模拟电压控制模块的电压跟随电路输出端均与所述模拟电压输出接口串联连接，输出高精度模拟电压。
所述电池模拟器具有一与外接交流电串联连接的电源接口，所述电源接口与所述供电模块的AC/DC转换模块串联连接。
所述采样电路模块为一电压采样模块或一电流采样模块。
本实用新型的积极进步效果在于：
本实用新型的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，通过若干DC/DC隔离模块将共地直流电隔离转换成多路不共地且相互隔离的直流电，分别对若干模拟电压控制模块进行供电，实现多通道独立控制即可实现对多个电池同时进行观察和测试；同时，经由采样电路模块分别对每个模拟电压控制模块的输出模拟电压进行采样并将采样结果输入至模拟隔离转换模块进行闭环反馈处理，从而获得更高精度的输出模拟电压值。
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本实用新型多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器的结构示意图；
图2为本实用新型多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器的原理框图。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本实用新型的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器进行详细的说明。
如图1所示，本实施例的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，具有供电模块10和若干与供电模块10串联连接且经由供电模块10提供工作电源的模拟电压控制模块20。模拟电压控制模块20具有用于对输入的模拟信号进行隔离转换的模拟隔离转换模块21和采样电路模块22。采样电路模块22用于对电池模拟器输出端的输出电压进行采样，并将获得的采样结果传输给模拟隔离转换模块21的单片机进行闭环反馈处理，从而获得高精度的输出模拟电压值。模拟隔离转换模块21依次串联连接用于计算并获得高精度预输出模拟电压如图2所示，供电模块10具有将输入电池模拟器的交流电转换成直流电的AC/DC转换模块11和与AC/DC转换模块11串联连接的若干DC/DC隔离模块12。DC/DC隔离模块12用于将AC/DC转换模块11转换后的共地直流电隔离转换成多路不共地且相互隔离的直流电，从而给若干模拟电压控制模块20提供直流工作电源。供电模块10具有串联连接在AC/DC转换模块11和若干DC/DC隔离模块12之间的继电器13，用于发生故障时切断电池模拟器的供电电源，起到安全保护作用。供电模块10具有与外接交流电串联连接的电源接口14，电源接口14与供电模块10的AC/DC转换模块11串联连接，以实现给电池模拟器提供工作电源。
如图2所示，模拟隔离转换模块21依次串联连接单片机(MCU，MicrocontrollerUnit)211、隔离串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)电路212、数模转换芯片213(又称D/A转换芯片)、运算放大器214和电压跟随电路215。电池模拟器具有与上位机串联连接且由上位机将所需输出模拟电压值给电池模拟器的CAN(Controller AreaNetwork)通讯接口30，若干所述模拟电压控制模块20均设有一所述CAN通讯接口30串联连接的CAN通讯接口单元216，实现若干模拟电压控制模块20之间的独立通讯，进而实现多通道独立控制。若干模拟电压控制模块20均具有电源接口单元217，分别与若干DC/DC隔离模块12串联电连接实现直流工作电源的提供。
上位机通过CAN通讯接口30将所需输出的模拟电压值传送到单片机211中，单片机211根据其内部等效电路模型计算出高精度的预输出模拟电压值，预输出模拟电压值通过隔离SPI电路212后得到隔离后的数字信号，并将该数字信号传输给D/A转换芯片213，D/A转换芯片213将数字信号转换成模拟信号。运算放大器214对D/A转换芯片213转换获得的模拟电压值进行比例放大，提高输出功率。经由电压跟随电路215具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性，减少经由运算放大器214放大处理后的模拟电压的损失。
如图2所示，采样电路模块22具有依次串联连接在电压跟随电路215的输出端与隔离串行外设接口电路212之间的采样电路221和模数转换芯片222。采样电路221为电压采样模块或电流采样模块。一优选实施例中，采样电路221为电压采样模块。将采样电路221分别在电池模拟器的输出电路的正负极上对模拟电压进行采样，得到反馈正电压和反馈负电压(分别记为Feedback V+和Feedback V-)，此时采集的模拟信号成为采样模拟信号，再经过采样电路模块22的模数转换芯片(A/D转换芯片)222将反馈正电压和反馈负电压转换成数字信号，再经过隔离SPI电路212把采样得到的电压值传送到单片机211中，构成信号闭环反馈回路。单片机211通过比较采样模拟信号的电压值与预输出模拟信号电压值，计算两者之间误差，并根据误差来调整和校正输出的模拟电压值，从而提高输出的模拟电压精度。电池模拟器具有模拟电压输出接口40，若干模拟电压控制模块20的电压跟随电路215的输出端均与模拟电压输出接口40串联连接，多通路输出高精度模拟电压。
本实用新型多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器的工作原理具体如下：
Step1，将电池模拟器的电源接口14与外接交流电串联连接，供电模块10开始工作；
Step2，经由AC/DC转换模块11将输入的交流电转换成直流电，通过与其串联连接的若干DC/DC隔离模块12将AC/DC转换模块11转换后的共地直流电隔离转换成多路不共地且相互隔离的直流电，将若干DC/DC隔离模块12分别与若干模拟隔离转换模块21的电源接口单元217串联连接，实现对若干模拟隔离转换模块21提供直流工作电源；
Step3，上位机通过电池模拟器的CAN通讯接口30电池模拟器，经由与CAN通讯接口30串联连接的若干模拟隔离转换模块21的CAN通讯接口单元216将所需输出的模拟电压值分别传送到各个模拟隔离转换模块21的单片机211中，单片机211根据其内部等效电路模型计算出高精度的预模拟电压值，预输出模拟电压值通过隔离SPI电路212后得到隔离后的数字信号，并将该数字信号传输给D/A转换芯片213，D/A转换芯片213将数字信号转换成模拟信号。运算放大器214对D/A转换芯片213转换获得的模拟电压值进行比例放大，提高输出功率。经由电压跟随电路215具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性，减少经由运算放大器214放大处理后的模拟电压的损失；
Step4，将采样电路221分别在电池模拟器的输出电路的正负极上对模拟电压进行采样，得到反馈正电压和反馈负电压，此时采集的模拟信号成为采样模拟信号，再经过采样电路模块22的模数转换芯片222将反馈正电压和反馈负电压转换成数字信号，再经过隔离SPI电路212把采样得到的电压值传送到单片机211中，构成信号闭环反馈回路；单片机211通过比较采样模拟信号的电压值与预输出模拟信号电压值，计算两者之间误差，并根据误差来调整和校正输出的模拟电压值，从而提高输出的模拟电压精度；电池模拟器具有模拟电压输出接口40，若干模拟电压控制模块20的电压跟随电路215的输出端均与模拟电压输出接口40串联连接，多通路输出高精度模拟电压。
以上详细描述了本实用新型的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，具有一供电模块，其特征在于，所述电池模拟器具有若干与所述供电模块串联连接且经由所述供电模块提供工作电源的模拟电压控制模块，所述模拟电压控制模块具有一用于对输入的模拟信号进行隔离转换的模拟隔离转换模块和一与所述模拟隔离转换模块连接的采样电路模块。
2.如权利要求1所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述电池模拟器具有一与上位机串联连接且由所述上位机将所需输出模拟电压值给所述电池模拟器的CAN通讯接口，若干所述模拟电压控制模块均设有一与所述CAN通讯接口串联连接的CAN通讯接口单元，实现若干所述模拟电压控制模块之间的独立通讯，进而实现多通道独立控制。
3.如权利要求1所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述供电模块具有一将输入所述电池模拟器的交流电转换成直流电的AC/DC转换模块和与所述AC/DC转换模块串联连接的若干DC/DC隔离模块，所述若干DC/DC隔离模块用于将所述AC/DC转换模块转换后的共地直流电隔离转换成多路不共地且相互隔离的直流电，从而给若干所述模拟电压控制模块提供直流工作电源。
4.如权利要求3所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述供电模块具有一串联连接在所述AC/DC转换模块和若干所述DC/DC隔离模块之间的继电器，用于发生故障时切断所述电池模拟器的供电电源，起到安全保护作用。
5.如权利要求1所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述模拟隔离转换模块依次串联连接一用于计算并获得高精度预输出模拟电压值的单片机、一用于隔离处理数字信号的隔离串行外设接口电路、一将经由所述隔离串行外设接口电路隔离处理后的数字信号转换成模拟信号的数模转换芯片和一将所述数模转换芯片获得的模拟信号进行放大处理的运算放大器和一用于减少输出模拟信号损失的电压跟随电路。
6.如权利要求5所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述采样电路模块具有依次串联连接在所述电压跟随电路的输出端与所述隔离串行外设接口电路之间的一采样电路和一模数转换芯片。
7.如权利要求3所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，若干所述模拟电压控制模块均具有一电源接口单元，分别与所述若干DC/DC隔离模块串联电连接实现直流工作电源的提供。
8.如权利要求5所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述电池模拟器具有一模拟电压输出接口，若干所述模拟电压控制模块的电压跟随电路输出端均与所述模拟电压输出接口串联连接，输出高精度模拟电压。
9.如权利要求3所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述电池模拟器具有一与外接交流电串联连接的电源接口，所述电源接口与所述供电模块的AC/DC转换模块串联连接。
10.如权利要求1所述的多通路高精度模拟信号输出的电池模拟器，其特征在于，所述采样电路模块为一电压采样模块或一电流采样模块。
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|---|---|---|---|---|
| CN109459646A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-12 | 深圳市智锂能源科技有限公司 | 一种锂电池组模拟设备 |
| CN110597376A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-20 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种排序电路及排序*** |
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