一种基于FPGA的快速电池分选系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于FPGA的快速电池分选系统，包括分别连接处理器、1kHz恒流源、比较器、2kHz恒流源、检相器以及积分型AD转换器的FPGA，1kHz恒流源和2kHz恒流源之间串接比较器，1kHz恒流源连接被测电池，FPGA和被测电池之间连接2kHz恒流源，被测电池两端连接放大器，放大器分别连接带通滤波器和低通滤波器，低通滤波器经第二积分型AD转换器连接FPGA，带通滤波器经检相器连接第一积分型AD转换器；当测试电池电压时，第二积分型AD转换器工作；当测试电池电阻值时，第一积分型AD转换器工作；FPGA对获得的AD值校准运算，运算结果和比较器上下限值进行比较后输出分选结果。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种快速电池分选系统，主要用于电池的内阻和电压的测试和分选， 测试信号为IkHz交流信号。
技术介绍
随着锂电池、镍氢电池等高效能电池被广泛引用于各领域，对电池的测试检测效 率不断提出要求。内阻和电压是主要测试项目。目前的电池检测开始由手工检测开始向自 动化测试发展，同时还要求自动化测试系统的效率要高。现在的测试分选系统存在着以下 缺陷1、测试速度慢，2、分选速度慢。速度慢的主要原因是多数测试仪器的采样部分的积 分器和AD转换器是分开的，此外，过多依赖处理器的运算和占用太多的通讯时间，影响了 测试效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是以FPGA为基础，通过利用FPGA硬件逻辑的高速执行速度，减少了 处理器的数据处理负担，同时也降低了处理器的通讯时间，最终达到了高速测试和分选的 效果。本专利技术采用的技术方案是包括分别连接处理器、IkHz恒流源、比较器、2kHz恒流 源、检相器以及积分型AD转换器的FPGA，IkHz恒流源和2kHz恒流源之间串接比较器，IkHz 恒流源连接被测电池，FPGA和被测电池之间连接2kHz恒流源，被测电池两端连接放大器， 放大器分别连接带通滤波器和低通滤波器，低通滤波器经第二积分型AD转换器连接FPGA， 带通滤波器经检相器连接第一积分型AD转换器；FPGA产生2kHz的信号注入测试端，当有 被测电池接入时，IkHz恒流源注入被测电池，在被测电池两端采样直流电压和交流信号，通 过放大器将信号放大，当测试电池电压时，第二积分型AD转换器工作；当测试电池电阻值 时，第一积分型AD转换器工作；FPGA对获得的AD值校准运算，运算结果和比较器上下限值 进行比较后输出分选结果。本专利技术的有益效果是1、利用FPGA的高度集成化，简化了硬件电路，小型化了设备，降低了功耗还提高了系 统的可靠性，降低了系统的故障率。2、利用FPGA的强大功能，实现各种逻辑控制到校准运算，实现了各种硬件功能的 集成，在各个工作状态间的切换直接由FPGA完成，节省了和处理器通讯的时间。3、自主搭建的积分型AD转换器，将积分器和AD转换器合为一体，提高了响应速度。4、最大程度长减少了处理器的参与程度，大幅缩减处理器的工作量，提高了处理 器对其它事件的响应速度。5、高速积分型AD将测试和分选合二为一，有效提高测试速度。基于FPGA的快速 电池分选系统有效增加了系统的集成度，以硬件逻辑为基础，内建有硬件乘法器，控制、运算、分选都由硬件完成，可以有效提高测试和分选的效率。附图说明图1是本专利技术的结构组成图；图2是图1中比较器5的组成图；图3是电池阻抗图；图4是图1中积分型AD转换器11、12的原理中1. FPGA (可编程逻辑器件)；2.处理器；3. 较器；6. 2kHz恒流源；7.放大器；8.带通滤波器；9. AD转换器；12.积分型AD转换器；13.被测电池；14、 20.电阻；21.被测信号源内阻；22.基准电流源；23. 器；26.过零比较器。分选输出部件；4.1kHz恒流源；5.比低通滤波器；10.检相器；11.积分型 15.电容；16、17、18、19·运算放大器； 运算放大器；24.积分电容；25.计数具体实施方式如图1所示，整个系统包括FPGA I (可编程逻辑器件)，FPGA分别连接分选输出部件3和处理器2，FPGAl还和IkHz恒流源4连接，IkHz恒流源4连接被测电池13，FPGAl为 IkHz恒流源4提供相位稳定的IkHz基准信号，IkHz恒流源4产生的交流电流注入被测电池13。被测电池13两端连接放大器7，放大器7分别连接带通滤波器8和低通滤波器9，放大器7分别放大被测电池13两端的直流信号和交流信号后，分别进入带通滤 波器8和低通滤波器9。经过低通滤波器9的信号交流部分被滤波掉，剩下的直流信号为电池两端的直流电压信号。低通滤波器9经积分型AD转换器12连接FPGAl，带通滤波器8经检相器10 连接积分型AD转换器11，检相器10连接FPGAl，积分型AD转换器11也连接FPGAl。当进行电池电压测试时，积分型AD转换器12工作，积分型AD转换器12的转换值由FPGAl计数获得。当进行电阻值测试时，积分型AD转换器11工作，积分型AD转换器11的转换值也由 FPGAl计数获得。FPGA I和被测电池13之间连接2kHz恒流源6，IkHz恒流源4和2kHz恒流源6之间串接比较器5，比较器5和2kHz恒流源6分别连接FPGA I。IkHz恒流源4输出IkHz的交流电流，用于测试电池的内阻。2kHz恒流源6输出2kHz的交流电流，用于检测测试线是否完好和被测电池13有没有被接入。比较器5用于检测被测电池13是否被接入，输出信号送入FPGAl。IkHz恒流源4和2kHz恒流源6输出电流I，施加在被测电池13上后，恒流源的输出电压为r =I^Z Λ =1 Z O ； Z =\ Z \ Z Θ ； z I= Am; V的电压表示形式 V = Am*sin(ω t+ Θ)。比较器5的结构如图2，是用来判断交流信号幅度的，由2个电容14、15和四个运算放大器16、17、18、19组成。电容14、15用于隔离直流信号，运算放大器16、17、18、19是 LM339，电阻20是上拉电阻。该型号比较器开漏输出，当输入的IkH交流信号幅度超过Vm 或2kHz交流信号幅度超过Vn时，比较器5就会输出低。当有电池接入时，比较器5会输出高，FPGAl接收到高信号就知道被测物被接入了，并控制其它硬件电路进行协同测试。放大器7的作用是将信号放大，它将交流信号放大很高的倍数，同时直流信号保持较小的放大倍数。带通滤波器8用于滤除IkHz以外的低频和高频噪声，检相器是将输入 目号和参考 目号做乘法运算，输入 目号Vin = Am^sin (ω t+ θ ) ； ω = 2 π f ； (f = I kHz);参考信号 Vref = B*sin (ω t+ ψ) ；Vo = Vin*Vref = Am*B* ;积分型AD转换器12只对Vo的直流分量Am*B*C0S ( θ - ψ)进行积分， 对交流分量Am*B*cos (2 ω t+ θ + ψ)不积分。同样原理，用于检测被测电池13的2kHz恒流源6产生的信号，积分型AD转换器12也不积分。电池阻抗在阻抗平面的分布如图3，是通常的容性和阻性的。电池的内阻主要指电池阻抗的电阻分量部分，当Ψ=0°时，AD转换器输出结果为Am*B*COS0，即阻性分量。当 ￥=90°时，可获得容性阻抗分量。对于参考信号Vref的相位角的调整可以由FPGA实现。 在系统用于快速分选，只获取电阻分量。对于电池电压的测量，由于电池电压的幅度(一般锂电池电压为4V左右)远远大于施加在电池上的交流信号幅度(一般在ImV以内)，通过低通滤波后，交流信号得到进一步衰减，加上积分器的积分周期是测试波形的周期的整数倍，交流测试信号衰减后的幅度对测量电池电压无影响。积分型AD转换器的原理是利用电荷平衡原理，积分电容对被测信号积分的电荷量等于基准电流源所泄放掉的电荷，同时对泄放掉的电荷进行计时。如图4，运算放大器23 输入输出之间接积分电容24，运算放大器23输入接被测信号源内阻21和基准电流源22， 用于移除在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的快速电池分选系统，其特征是：包括分别连接处理器（2）、1kHz恒流源（4）、比较器（5）、2kHz恒流源（6）、检相器（10）以及积分型AD转换器的FPGA，1kHz恒流源（4）和2kHz恒流源（6）之间串接比较器（5），1kHz恒流源（4）连接被测电池（13），FPGA?和被测电池（13）之间连接2kHz恒流源（6），被测电池（13）两端连接放大器（7），放大器（7）分别连接带通滤波器（8）和低通滤波器（9），低通滤波器（9）经第二积分型AD转换器（12）连接FPGA，带通滤波器（8）经检相器（10）连接第一积分型AD转换器（11）；FPGA产生2kHz的信号注入测试端，当有被测电池（13）接入时，1kHz恒流源（4）注入被测电池（13），在被测电池（13）两端采样直流电压和交流信号，通过放大器（7）将信号放大，当测试电池电压时，第二积分型AD转换器（12）工作；当测试电池电阻值时，第一积分型AD转换器（11）工作；FPGA对获得的AD值校准运算，运算结果和比较器上下限值进行比较后输出分选结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何可人，马正华，陈岚萍，黄科，蒋建明，史兵，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：