一种高精度电池化成电源制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种高精度电池化成电源，包含电源管理单元、通信总线接口单元、数据处理及信号控制单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、若干路过压及过流保护单元、若干路模拟前端及PWM控制单元、直流母线接口单元、若干路功率开关单元、若干路电池极性反转接口单元，本实用新型专利技术的高精度电池化成电源具有小型化、能量转换效率高、电性能参数控制精度高等优点。

A High Precision Battery Power Supply

【技术实现步骤摘要】
一种高精度电池化成电源
本技术涉及一种电源，尤其是一种高精度电池化成电源。
技术介绍
电池在制造时，需要通过化成的工艺激活其内部正负极物质，以改善电池的充放电、自放电及存储等综合性能。早期用作化成的电源为单向DC/DC，电源只能给电池充电，而放电过程则是通过电阻负载来完成，能源利用率低，节能性差。随着技术的发展，多种新型的双向DC/DC电源相继出现，这类电源既可以对电池充电，又可以将电池放电的能量回馈到电网中，实现能源的重复利用。双向DC/DC电源的拓扑结构主要有两种型式：隔离型电源和非隔离型电源。隔离型电源结构复杂、成本高，主要运用在输入输出电压压差较大的场合；非隔离型电源结构简单、成本低、体积小、效率高，适合运用在输入输出电压压差不太大的场合。目前运用比较多的是非隔离型的双向DC/DC电源，基于Buck/Boost拓扑架构，充电时为Buck(降压)，放电时为Boost(升压)，其功率部分电路原理大致都相同，但是开关电路所需的PWM控制方式却多种多样。目前常见的双向DC/DC的PWM实现方式可以分为两种：模拟控制和数字控制。模拟控制是通过多种分立元件，如运放、比较器、PWM发生器等，以纯硬件的方式来实现PWM控制；数字控制即DSP的方式，是通过ADC实时采样电源输出电压、电流，经过软件PID算法，实现PWM输出控制。
技术实现思路
本技术的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种小型化、能量转换效率高、电性能参数控制精度高的高精度化成电源。本技术的高精度电池化成电源，包含电源管理单元、通信总线接口单元、数据处理及信号控制单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、若干路过压及过流保护单元、若干路模拟前端及PWM控制单元、直流母线接口单元、若干路功率开关单元、若干路电池极性反转接口单元，所述数据处理及信号控制单元分别与所述通信总线接口单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、若干路模拟前端及PWM控制单元连接，所述若干路模拟前端及PWM控制单元分别与模拟输出单元、模拟信号采集单元、过压及过流保护单元、功率开关单元连接，所述功率开关单元分别直流母线接口单元、电池极性反转接口单元连接。优选的，本技术的高精度电池化成电源，所述模拟前端及PWM控制单元采用了ADI公司最新的化成电源专用的高精度PWM控制IC。优选的，本技术的高精度电池化成电源，所述直流母线接口与双向AC/DC变换器连接。优选的，本技术的高精度电池化成电源，所述功率开关单元为场效应管、电感、电容等组成Buck/Boost拓扑结构。本技术的高精度电池化成电源，精确控制充放电CC(恒流)电流和CV(恒压)电压，校准后的精度可达0.01％，远高于目前业界标准的0.1％，采用同步式双向Buck/Boost拓扑结构，无开关二极管，减少能量损耗，电源转换效率最高可达91％以上，最高300kHz的高精度PWM输出，功率电路体积更小，相比已有数字控制方式的电源，体积减小30％以上，16位DAC、24位ADC等模/数转换回路对模拟信号的精确控制，纯硬件的反馈控制方式，电源快速动态响应输出，单路最大充放电电流15A，并且可以通过适当修改实现多路电源并联工作。附图说明图1是本技术高精度电池化成电源的系统原理框图；图2是本技术高精度电池化成电源的单路原理示意图；图3是本技术高精度电池化成电源的多路原理示意图。具体实施方式为了更好的理解本技术的技术方案，下面将结合说明书附图详细的描述本技术提供的一个优选的实施例。如图1的系统原理框图所示，本技术的高精度电池化成电源，包含电源管理单元、通信总线接口单元、数据处理及信号控制单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、4路过压及过流保护单元、4路模拟前端及PWM控制单元、直流母线接口单元、4路功率开关单元、4路电池极性反转接口单元。所述数据处理及信号控制单元分别与所述通信总线接口单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、4路模拟前端及PWM控制单元连接；所述4路模拟前端及PWM控制单元分别与模拟输出单元、模拟信号采集单元、过压及过流保护单元、功率开关单元连接；所述功率开关单元分别直流母线接口单元、电池极性反转接口单元连接。如图2、图3的电池化成电源原理示意图所示，系统的控制方式如下：上位机通过RS485总线发送数据给化成电源，化成电源中的MCU接收到数据以后先分析上位机需要其执行的动作，然后再控制相应的模块，最后再通过RS485总线接口返回数据给上位机；例如上位机发送一条设置电池充电的指令，指令中会包含CV、CI或者容量等相关信息，MCU接收解析并转换数据，设置DAC输出，并控制模拟前端及PWM控制器开始充电工作，MCU再通过ADC检测当前系统状态，包括电压、电流、温度等信息，根据状态返回给上位机当前指令是否被正确执行的信息。在图2、图3中，电源管理模块提供了系统内元件工作所需的各种电源信号，比如3.3V，±5V等。MCU模块承担的是通信协议解析、DAC输出控制、ADC模块读取、模拟前端及PWM驱动模块的控制等工作。DAC模块的作用是将MCU输出的数字信号转换为模拟电压信号提供给模拟前端和PWM驱动模块。模拟前端及PWM驱动模块根据前级设置的CV电压、CI电流的大小，生成PWM波形，以半桥的方式驱动场效应管Q1、Q2；Q1、Q2以特定的相位时序打开或关闭，配合储能电感L1，滤波电容C1，实现双向DC/DC功能，而直流母线和电池则是双向DC/DC能量转换的两个终端。过压过流保护模块是一个电压、电流比较模块，它无需软件辅助即可对电源输出电压、电流进行监控，一旦侦测到异常，立刻禁用PWM控制器，断开电流连接，从而保证电池及系统可靠运转。电池极性反转模块是与电池的接口电路，其作用是使化成电源可以自动侦测识别所连电池的极性，使能内部交叉开关，确保与电池正确连接，这样，用户在实际使用时无需关心电池的极性，可以防止因接反电池而引起的电池损坏。信号调理模块是将模拟前端采集到的电压、电流信号做进一步调理、滤波、变换，以满足ADC的输入指标要求。ADC的作用是将诸如电源的输出电压、电流等模拟信号量转换成数字信号量，传送给MCU以做进一步运算处理。最后应该说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本技术所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属
的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度电池化成电源，其特征在于，包含电源管理单元、通信总线接口单元、数据处理及信号控制单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、若干路过压及过流保护单元、若干路模拟前端及PWM控制单元、直流母线接口单元、若干路功率开关单元、若干路电池极性反转接口单元，所述数据处理及信号控制单元分别与所述通信总线接口单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、若干路模拟前端及PWM控制单元连接，所述若干路模拟前端及PWM控制单元分别与模拟输出单元、模拟信号采集单元、过压及过流保护单元、功率开关单元连接，所述功率开关单元分别直流母线接口单元、电池极性反转接口单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种高精度电池化成电源，其特征在于，包含电源管理单元、通信总线接口单元、数据处理及信号控制单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、若干路过压及过流保护单元、若干路模拟前端及PWM控制单元、直流母线接口单元、若干路功率开关单元、若干路电池极性反转接口单元，所述数据处理及信号控制单元分别与所述通信总线接口单元、模拟信号输出单元、模拟信号采集单元、若干路模拟前端及PWM控制单元连接，所述若干路模拟前端及PWM控制单元分别与模拟输出单元、模拟信号采集单元、过压...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐新，王丽国，
申请(专利权)人：苏州瀚川智能科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32