專利名稱：模塊式動力電池檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電池檢測裝置，具體來說，涉及一種可適用于不同輸出電流的模
塊式動力電池檢測裝置。
背景技術：
本裝置是一種應用于動力電池化成和檢測的電池檢測設備，由于動力電池的種類 較多，不同用戶所需的電池檢測設備的輸出電流大小和輸出通道數(shù)都有所不同，目前設備 制造商往往需要根據(jù)用戶的要求制造不同型號的設備，設備一般采用一體式結構設計，根 據(jù)電流大小和通道數(shù)的多少，在一個機箱內(nèi)安裝不同的數(shù)量的線路板、功率器件和開關電 源等。采用這種結構生產(chǎn)的設備的特點是每種型號設備的內(nèi)部電路和結構都不完全一樣， 因此存在生產(chǎn)效率低、材料品種多、生產(chǎn)周期長和生產(chǎn)管理困難等諸多缺點。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上的不足，本發(fā)明提供了一種可適用于不同輸出電流的模塊式動力電池檢 測裝置。本發(fā)明的模塊式動力電池檢測裝置包括機架，機架內(nèi)安裝固定有用于實現(xiàn)恒流恒 壓控制，采集電流電壓數(shù)據(jù)的電源控制裝置，以及用于設定流程，發(fā)送控制信號給所述電源 控制裝置，并讀取電源控制裝置所采集的電壓電流數(shù)據(jù)的主控裝置，所述電源控制裝置的 數(shù)量為至少二個，所述電源控制裝置之間采用并聯(lián)結構，電源控制裝置與主控裝置之間采 用通訊線連接，電源控制裝置控制的電流電壓通過電源控制裝置上的輸出端子輸出。
所述主控裝置包括用于發(fā)送控制信號的主控芯片Ull和用于保存設定流程和充 放電曲線數(shù)據(jù)的存儲芯片U13，主控裝置還包括具有SPI接口的顯示和鍵盤控制集成芯片 U12，以及用于連接電源控制裝置的集成有RS-232接口的轉換電路U15。
所述主控裝置還包括用于連接外圍計算機的集成有RS-232接口的轉換電路U14。
所述電源控制裝置包括MCU電路、DA電路、恒流恒壓控制電路、功率電路、電流取 樣電阻、采樣電路、AD電路、RS-232接口電路、開關電源和電源端子，所述MCU電路為電源控 制裝置的控制中樞；所述DA電路、恒流恒壓控制電路、功率電路、電流取樣電阻和開關電源 構成可控恒流恒壓源；所述采樣電路和AD電路用于采集電流和電池電壓信號；所述RS-232 接口電路用于和主控裝置連接；所述電源端子用于連接外部交流電。 所述MCU電路包括在恒流箱中起控制中樞作用控制芯片Ul ;所述DA電路由U3、 R1、D1和C7組成，R1、D1和C7用于為U3提供-5V的電壓基準，U3是一個具有SPI接口的12 位雙通道DA ;所述恒流恒壓控制電路包括恒流控制電路和恒壓控制電路，其中R5、R6、U6A、 C12、 R10和Rll構成了恒流控制電路，R7、 R8、 U6B、 C13和D3構成了恒壓控制電路，所述功 率電路包括有N溝道場效應管Q1， Ql用于控制充電，P溝道場效應管Q2用于控制放電，開 關電源的輸出通過端子J3接入功率管Q1的D極和地；所述電流取樣電阻包括分流器R14， R14將電流值轉換為相應的電壓信號；所述采樣電路通過儀用放大器U7將分流器R14轉換 的電壓信號放大，輸出幅值為0 5V的電流采樣信號CV1， BT1是外接的被測試電池，電池兩端的電壓信號經(jīng)過儀用放大器U8差分轉換成電壓采樣信號BVl ;所述AD電路包括具有
11個通道輸入的12位AD集成電路U5，R2、D2和C9構成一個穩(wěn)壓電路，可以輸出一個2. 5V
電壓基準源，提供給U7作為參考源；R3、R4、R9和U4A構成一個同相放大器，將2. 5V電壓放
大兩倍，提供給U5作為參考源；所述RS-232接口電路包括集成RS-232接口轉換電路U2，
RS-232接口用于和主控裝置連接。 所述電源控制裝置上安裝有用于散熱的風機。 所述機架上開有用于給電源控制裝置和主控裝置散熱的通風孔。 本發(fā)明的有益效果 1 、每個電源控制裝置是一個標準的電源模塊，適合批量生產(chǎn)。 2、很容易實現(xiàn)不同數(shù)量的通道輸出，如果設備要輸出不同通道數(shù)，只需要在機架 上安裝相應數(shù)量的電源控制裝置； 3、容易實現(xiàn)不同電流量程的輸出，如果設備要輸出的電流超過一個電源控制裝置 可以輸出的最大電流時，可以根據(jù)電流大小，用若干個電源控制裝置并聯(lián)成一個大電流通 道。 4、每個電源控制裝置都是相同的，易于更換和維護，也提高了設備的可靠性。
5、不同型號設備的主控裝置完全相同，機架也基本相同(只有輸出端子的數(shù)量和 型號不相同)，因此主控裝置和機架也適合大批量生產(chǎn)。 6、采用標準模塊的設計結構，降低設備的制造成本，提高生產(chǎn)效率。
圖1為本發(fā)明的模塊式動力電池檢測裝置結構示意圖； 圖2為本發(fā)明主控裝置與電源控制裝置連接示意圖； 圖3為本發(fā)明電源控制裝置正面示意圖； 圖4為本發(fā)明電源控制裝置背面示意圖； 圖5為本發(fā)明電源控制裝置功能示意圖； 圖6為本發(fā)明電源控制裝置間連接關系示意圖； 圖7為本發(fā)明主控裝置主控芯片電路原理圖； 圖8為本發(fā)明主控裝置顯示和鍵盤控制芯片電路原理圖； 圖9為本發(fā)明主控裝置RS-232接口電路原理圖； 圖10為本發(fā)明電源控制裝置MCU電路原理圖； 圖11為本發(fā)明電源控制裝置DA電路原理圖； 圖12為本發(fā)明電源控制裝置恒流恒壓控制電路原理圖； 圖13為本發(fā)明電源控制裝置功率電路原理圖； 圖14為本發(fā)明電源控制裝置電流取樣電阻電路原理圖； 圖15為本發(fā)明電源控制裝置采樣電路原理圖； 圖16為本發(fā)明電源控制裝置AD電路原理圖； 圖17為本發(fā)明電源控制裝置RS-232接口電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步闡述。 如圖1、3和4所示，本發(fā)明模塊式動力電池檢測裝置由機架1、主控裝置2和電源 控制裝置3三部分組成，機架1用于安裝主控裝置2和電源控制裝置3 ，機架1內(nèi)部布線連接 主控裝置2和電源控制裝置3，電源控制裝置3的輸出外引連接到電源控制裝置3的輸出端 子34，輸出端子34包括電流端子和電壓端子，電源控制裝置背面安裝有連接內(nèi)部RS-232接 口電路的通訊插座35，并開有用于散熱的通風孔33，電源控制裝置正面還裝有散熱風機32。
主控裝置2外部設有與內(nèi)部主控電路連接的控制面板，用于設定流程，發(fā)送控制 信號給電源控制裝置3，讀取電源控制裝置3采集的電壓電流數(shù)據(jù)。主控裝置2和電源控制 裝置3之間通過RS-232通訊線連接， 一個主控裝置2可以連接控制多個電源控制裝置3，主 控裝置2和電源控制裝置3的連接示意圖見圖2。 主控裝置2的電路原理參見圖7、8和9，其中，主控芯片U11是設備的控制中樞，采 用型號為ATMEGA64的單片機，該單片機內(nèi)部集成了 64K的程序存儲器(FLASH)和4K的數(shù) 據(jù)存儲器(RAM)。 U13(AT24C512)是具有I2C接口的EEPR0M，其存儲空間為64K字節(jié)，用于 保存設定流程和充放電曲線數(shù)據(jù)。U12是具有SPI接口的顯示和鍵盤控制集成電路，最多可 以控制8位數(shù)碼管和掃描64個按鍵，S1 S16是輸入的16個按鍵，DS1 DS4是用于顯示 的數(shù)碼管，R4 Rll為限流電阻。U14和U15是集成的RS-232接口轉換電路，可以將單片 機一端的0 5V數(shù)字邏輯電平轉換為+12V _12￥數(shù)字邏輯電平，其中U14轉換的RS-232 接口用于和計算機連接，U15轉換的RS-232接口用于和電源控制裝置3連接。
主控裝置2的工作流程是1)設定充放電流程通過主控裝置2的面板輸入設定 流程或者由外圍計算機通過RS-232接口發(fā)送給主控裝置2 ;2)單片機U1將設定充放電流 程保存在U3 (EEPR0M)中；3)Ul通過RS-232接口和電源控制裝置3連接，控制電源控制裝 置3按設定電流啟動充放電；4)通過RS-232接口讀取電源控制裝置3采集到的電流和電 壓信號，將實時采樣數(shù)據(jù)保存在單片機片內(nèi)RAM，將曲線數(shù)據(jù)保存在U3 (EEPR0M)，計算機可 以通過RS-232接口讀取采集回來的數(shù)據(jù)；5)單片機U1根據(jù)采集回來的數(shù)據(jù)判斷是否結束 工作，需要控制結束時將結束指令發(fā)送給電源控制裝置，控制電源控制裝置3停止充放電。
電源控制裝置3的電路原理參見圖5，電源控制裝置3內(nèi)部由MCU電路11、DA電路 12、恒流恒壓控制電路13、功率電路14、電流取樣電阻15、采樣電路16、AD電路17、RS_232 接口電路18和開關電源19組成。其中，MCU電路11是電源控制裝置3的控制中樞；DA電 路12、恒流恒壓控制電路13和功率電路14、電流取樣電阻15和開關電源19構成的可控恒 流恒壓源；采樣電路16和AD電路17用于采集輸出電流和電池電壓信號；RS-232接口電路 18用于和主控裝置2連接。電源控制裝置3可以實現(xiàn)恒流恒壓控制、電流啟動和關斷控制、 電流電壓數(shù)據(jù)采集功能，是一個完整的數(shù)控恒流恒壓源。 如圖9至17所示，MCU電路11中的Ul為單片機，型號為ATMEGA16，在恒流箱中起 控制中樞作用；U3、R1、D1和C7為DA電路12，其中R1、D1和C7用于為U3提供-5V的電壓 基準，U3是一個具有SPI接口的12位雙通道DA，可以控制輸出兩路0 5V的模擬量VI1和 VU1，其中VII是恒流給定值，VU1是恒壓給定值；恒流恒壓控制電路13包括恒流控制電路 和恒壓控制電路，其中，R5、R6、U6A、C12、R10和Rll構成了恒流控制電路，R7、 R8、 U6B、 C13 和D3構成了恒壓控制電路；功率電路14中N溝道場效應管Ql用于控制充電，P溝道場效應管Q2用于控制放電；開關電源19 (7V/100A)的輸出通過端子J3接入功率管Ql的D極和 地；電流取樣電阻15的分流器R14將電流值轉換為相應的電壓信號；采樣電路16通過儀用 放大器U7將分流器R14轉換的電壓信號放大，輸出幅值為0 5V的電流采樣信號CV1，由 于U7轉換是以2. 5V參考源作為基準轉換，當電流值為零時CV1等于2. 5V，當充電時CV1的 輸出范圍是2. 5V 5V，當放電時CV1的輸出范圍是0V 2. 5V ;BT1是外接的被測試電池， 電池兩端的電壓信號經(jīng)過儀用放大器U8差分轉換成電壓采樣信號BV1 ;AD電路17中的U5 是一個具有11個通道輸入的12位AD集成電路，其作用是將電流采樣信號CV1和電壓采樣 信號BV1轉換為數(shù)字量，R2、 D2和C9構成一個穩(wěn)壓電路，可以輸出一個2. 5V電壓基準源， 提供給U7作為參考源，R3、R4、R9和U4A構成一個同相放大器，將2. 5V基準電壓放大兩倍， 輸出5V電壓基準源，提供給U5作為參考源；RS-232接口電路18中的U2 (MAX232)是集成 的RS-232接口轉換電路，RS-232接口用于和主控裝置連接。 電源控制裝置3的工作流程是1) MCU電路11通過RS-232接口電路18接收主控 裝置2發(fā)送的充放電指令；2)根據(jù)指令控制DA電路12的U3，分別輸出恒流給定值VII和 恒壓給定值VU1，當VII值在2. 5 5V范圍時，恒流源進入充電狀態(tài)，當VII值在0 2. 5V 范圍時，恒流源進入放電狀態(tài)；3)恒流給定值VIl傳送到運放U6A的同相輸入端，電流采樣 信號CV1傳送到運放U6A的反相輸入端；運放U6A根據(jù)輸入值調(diào)節(jié)輸出值，控制充放電；4) 充電控制當VII值在2. 5 5V范圍時，運放U6A輸出高電平，控制功率管Ql導通，Q2關 斷，電流從充電電源V-CHARGE流出，通過功率管Ql的D極和S極，再流過R14，流入電池正 極，從電池負極流出，回到充電電源的地；5)放電控制當VI1值在0 2. 5V范圍時；運放 U6A輸出負電平，控制功率管Q2導通，Ql關斷，電流從電池正極流出，經(jīng)過R14，通過功率管 Q2的S極和D極，流入地線，最后流回電池負極；6)恒壓充電控制當電池處于恒流充電狀 態(tài)時，電池電壓會逐漸上升，當電池電壓采樣值BV1大于等于恒壓給定值VU1時，運放U6B 動作，輸出低電平，通過D3拉低充電功率管Ql的G極電壓，降低Ql的導通程度，控制電流 減少，阻止電池電壓繼續(xù)上升，維持電池電壓BV1等于恒壓給定值VU1 ，實現(xiàn)了恒壓充電。7) 電流關斷控制當VII值在2. 5 5V范圍時，同時控制VU1輸出為零，可以控制電流回路關 斷；原因是雖然運放U6A輸出高電平，但電池采樣電壓BV1始終高于VU1，因此運放U6B輸 出低電平，控制Q1也關閉，充電功率管Q1和放電功率管Q2同時關閉，電池既不充電也不放 電；8)電流電壓采樣電流采樣信號CV1和電壓采樣信號BV1傳送到AD電路U5的1、2腳， 經(jīng)過U5轉換為數(shù)字量，單片機Ul通過U5的SPI接口讀取轉換后的電流電壓值，并保存在 單片機內(nèi)部RAM中，主控裝置2通過RS-232接口從恒流箱中讀取電壓電流采樣值。
由于每個電源控制裝置3是獨立的恒流恒壓源，因此可以將多個電源控制裝置的 輸出直接并聯(lián)，構成更大電流的輸出通道，電源控制裝置3并聯(lián)的示意圖見圖6，圖中HLi表 示電源控制裝置3， BAT1表示電池。 本實施例中一個機架1可以安裝一個主控裝置2和16個電源控制裝置3，每個電 源控制裝置3的輸出電流是IOOA，因此如果設備的輸出電流量程為100A時，該設備可以輸 出16個通道。如果設備輸出電流量程為200A時，可將16個電源控制裝置分成8組，每組 兩個電源控制裝置，每組的兩個電源控制裝置輸出直接并聯(lián)，構成最大可輸出200A的恒流 恒壓源，設備可以提供8個200A電流量程的通道。類似的，還可以組合成輸出4個400A電 流通道的設備，或者輸出2個800A電流通道的設備。
權利要求
一種模塊式動力電池檢測裝置，它包括機架(1)，機架(1)內(nèi)安裝固定有用于實現(xiàn)恒流恒壓控制，采集電流電壓數(shù)據(jù)的電源控制裝置(3)，以及用于設定流程，發(fā)送控制信號給所述電源控制裝置(3)，并讀取電源控制裝置(3)所采集的電壓電流數(shù)據(jù)的主控裝置(2)，其特征在于，所述電源控制裝置(3)的數(shù)量為至少二個，所述電源控制裝置(3)之間采用并聯(lián)結構。
2. 根據(jù)權利要求l所述的模塊式動力電池檢測裝置，其特征在于，所述主控裝置(2)包 括用于發(fā)送控制信號的主控芯片Ull和用于保存設定流程和充放電曲線數(shù)據(jù)的存儲芯片 U13，主控裝置(2)還包括具有SPI接口的顯示和鍵盤控制集成芯片U12，以及用于連接電源 控制裝置的集成有RS-232接口的轉換電路U15。
3. 根據(jù)權利要求2所述的模塊式動力電池檢測裝置，其特征在于，所述電源控制裝置 (3)與主控裝置(2)之間采用通訊線連接，電源控制裝置(3)控制的電流電壓通過電源控制 裝置(3)上的輸出端子(34)輸出。
4. 根據(jù)權利要求3所述的模塊式動力電池檢測裝置，其特征在于，所述主控裝置(2)還 包括用于連接外圍計算機的集成有RS-232接口的轉換電路U4 。
5. 根據(jù)權利要求1、2、3或4所述的模塊式動力電池檢測裝置，其特征在于，所述電源控 制裝置(3)包括MCU電路(11)、 DA電路(12)、恒流恒壓控制電路(13)、功率電路(14)、電 流取樣電阻(15)、采樣電路(16)、AD電路(17)、RS-232接口電路(18)、開關電源(19)和電 源端子(36)，所述MCU電路(11)為電源控制裝置(3)的控制中樞；所述DA電路(12)、恒流 恒壓控制電路(13)、功率電路(14)、電流取樣電阻(15)和開關電源(19)構成可控恒流恒 壓源；所述采樣電路(16)和AD電路(17)用于采集輸出電流和電池電壓信號；所述RS-232 接口電路(18)用于和主控裝置(2)連接；所述電源端子(36)用于連接外部交流電。
6. 根據(jù)權利要求5所述的模塊式動力電池檢測裝置，其特征在于， 所述MCU電路(11)包括在恒流箱中起控制中樞作用控制芯片U1 ;所述DA電路(12)由U3、 Rl、 Dl和C7組成，Rl、 Dl和C7用于為U3提供-5V的電壓基 準，U3是一個具有SPI接口的12位雙通道DA ;所述恒流恒壓控制電路(13)包括恒流控制電路和恒壓控制電路，其中R5、 R6、 U6A、 C12、R10和Rll構成了恒流控制電路，R7、R8、U6B、C13和D3構成了恒壓控制電路，所述功率電路(14)包括有N溝道場效應管Q1， Ql用于控制充電，P溝道場效應管Q2 用于控制放電，開關電源的輸出通過端子J3接入功率管Ql的D極和地；所述電流取樣電阻(15)包括分流器R14，R14將電流值轉換為相應的電壓信號；所述采樣電路(16)通過儀用放大器U7將分流器R14轉換的電壓信號放大，輸出幅值 為0 5V的電流采樣信號CV1，BT1是外接的被測試電池，電池兩端的電壓信號經(jīng)過儀用放 大器U8差分轉換成電壓采樣信號BV1 ;所述AD電路(17)包括具有11個通道輸入的12位AD集成電路U5， R2、 D2和C9構成 一個穩(wěn)壓電路，可以輸出一個2. 5V電壓基準源，提供給U7作為參考源，R3、R4、R9和U4A構 成一個同相放大器，將2. 5V電壓放大兩倍，提供給U5作為參考源。所述RS-232接口電路(18)包括集成RS-232接口轉換電路U2， RS-232接口用于和主 控裝置(2)連接。
7. 根據(jù)權利要求1所述的模塊式動力電池檢測裝置，其特征在于，所述電源控制裝置(3)上安裝有用于散熱的散熱風機(32)。
8.根據(jù)權利要求l所述的模塊式動力電池檢測裝置，其特征在于，所述機架a)上開有 用于給電源控制裝置(3)和主控裝置(2)散熱的通風孔(33)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于不同輸出電流的模塊式動力電池檢測裝置，包括機架，機架內(nèi)安裝有實現(xiàn)恒流恒壓控制，采集電流電壓數(shù)據(jù)的電源控制裝置，以及設定流程，發(fā)送控制信號給電源控制裝置，并讀取所采集的電壓電流數(shù)據(jù)的主控裝置，電源控制裝置的數(shù)量為至少二個，電源控制裝置之間采用并聯(lián)結構，電源控制裝置與主控裝置之間采用串行通訊接口連接，電源控制裝置控制的電流電壓通過輸出端子輸出。本發(fā)明的電池檢測裝置采用主控裝置和若干個標準的并聯(lián)的電源控制裝置組合結構，可以匹配不同電流量程的輸出，適用于不同型號的電池設備；另外，本裝置各部分采用模塊化的結構，可以提高生產(chǎn)效率，降低設備制造難度和成本，提高設備的可靠性。
文檔編號H02J7/00GK101699307SQ20091019326
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權日2009年10月23日
發(fā)明者萬愛忠, 劉曉紅, 王偉健, 馬漢文 申請人:廣州藍奇電子實業(yè)有限公司