一种电池测试设备的控制装置和方法与流程

1.本发明涉及电池测试技术领域，特别涉及一种电池测试设备的控制装置和方法。


背景技术：

2.在电池测试领域，对电池的荷电状态（state of charge，soc）的测量精度要求越来越高，因此，对电池测试设备的电流、电压测试精度提出了更高的需求。
3.现有的一种提高测试精度的方法是，使用常规霍尔传感器检测测试时的电流信号，然后对电流信号进行校准，根据校准后的电流信号对电池测试设备进行反馈调节。但是电池测试设备属于开关电源电路，因此检测到的电流信号中叠加了三角波，这就导致对电流信号的校准只有在测试特定电池时有效，不具备普适性。
4.解决该问题的一种方式是，在上述方法的基础上，在校准之前对电流信号进行滤波，然后再对滤波后的电流信号进行校准，但是滤波会在滤波后的电流信号中引入相位延迟，特别是在被滤波的信号快速变化时相位延迟尤其严重，使得电池测试设备在电流信号快速变化时无法快速响应，测试过程中存在较大的超调量，难以测试复杂工况。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种电池测试设备的控制装置和方法，以提供一种同时满足高精度和快速响应的电池测试方案。
6.本技术第一方面提供一种电池测试设备的控制装置，包括：反馈单元，用于：在电池测试设备的目标电流处于稳态时，根据经过滤波和误差校准的所述目标电流获得第一反馈信号；其中，所述目标电流为所述电池测试设备的霍尔电流传感器检测到的电流；在所述目标电流处于非稳态时，根据所述目标电流获得第二反馈信号；生成单元，用于根据所述第一反馈信号或所述第二反馈信号生成用于控制所述电池测试设备的驱动信号。
7.可选的，所述反馈单元包括第一加法器和第二加法器；在所述目标电流处于稳态时，所述第一加法器用于将所述电池测试设备的给定电流和经过滤波的偏差信号做差，获得所述第一加法器的第一输出信号；其中，所述偏差信号为经过滤波和误差校准的所述目标电流，与未经过滤波和误差校准的所述目标电流之差；所述第二加法器用于将所述第一输出信号和所述目标电流做差获得所述第一反馈信号；在所述目标电流处于非稳态时，所述第一加法器用于将所述电池测试设备的给定电流作为所述第一加法器的第二输出信号输出；所述第二加法器用于将所述第二输出信号和所述目标电流做差获得所述第二反馈信号。
8.可选的，所述反馈单元还包括滤波单元；所述滤波单元的输出端和所述第一加法器的反相输入端连接；所述滤波单元用于：在所述目标电流处于稳态时，输出经过滤波的偏差信号；在所述目标电流处于非稳态时，不输出信号。
9.可选的，所述滤波单元包括依次连接的第一滤波器，校准模块，第三加法器和第二滤波器；所述第一滤波器用于对所述目标电流进行滤波；所述校准模块用于对滤波后的所述目标电流进行误差校准；所述第三加法器用于根据经过滤波和误差校准的所述目标电流，以及未经过滤波和误差校准的所述目标电流获得所述偏差信号；所述第二滤波器用于对所述偏差信号进行滤波，获得经过滤波的偏差信号。
10.可选的，所述生成单元包括比例积分控制模块和互补脉冲宽度调制波形生成模块；所述比例积分控制模块用于对所述第一反馈信号或所述第二反馈信号进行积分运算，获得积分信号；所述互补脉冲宽度调制波形生成模块用于根据所述积分信号生成用于控制所述电池测试设备的驱动信号。
11.本技术第二方面提供一种电池测试方法的控制方法，包括：在电池测试设备的目标电流处于稳态时，根据经过滤波和误差校准的所述目标电流获得第一反馈信号；其中，所述目标电流为所述电池测试设备的霍尔电流传感器检测到的电流；在所述目标电流处于非稳态时，根据所述目标电流获得第二反馈信号；根据所述第一反馈信号或所述第二反馈信号生成用于控制所述电池测试设备的驱动信号。
12.可选的，所述在电池测试设备的目标电流处于稳态时，根据经过滤波和误差校准的所述目标电流获得第一反馈信号，包括：在所述目标电流处于稳态时，将所述电池测试设备的给定电流和经过滤波的偏差信号做差，获得所述第一加法器的第一输出信号；其中，所述偏差信号为经过滤波和误差校准的所述目标电流，与未经过滤波和误差校准的所述目标电流之差；将所述第一输出信号和所述目标电流做差获得所述第一反馈信号；所述在所述目标电流处于非稳态时，根据所述目标电流获得第二反馈信号，包括：在所述目标电流处于非稳态时，将所述电池测试设备的给定电流作为所述第一加法器的第二输出信号输出；将所述第二输出信号和所述目标电流做差获得所述第二反馈信号。
13.可选的，所述将所述电池测试设备的给定电流和经过滤波的偏差信号做差，获得所述第一加法器的第一输出信号之前，还包括：通过所述第一加法器的反相输入端获得滤波单元输出的经过滤波的偏差信号；其中，所述滤波单元在所述目标电流处于非稳态时不输出信号。
14.可选的，所述滤波单元输出经过滤波的偏差信号的过程包括：对所述目标电流进行滤波；对滤波后的所述目标电流进行误差校准；根据经过滤波和误差校准的所述目标电流，以及未经过滤波和误差校准的所述目标电流获得所述偏差信号；对所述偏差信号进行滤波，获得经过滤波的偏差信号。
15.可选的，所述根据所述第一反馈信号或所述第二反馈信号生成用于控制所述电池测试设备的驱动信号，包括：对所述第一反馈信号或所述第二反馈信号进行积分运算，获得积分信号；用于根据所述积分信号生成用于控制所述电池测试设备的驱动信号。
16.本技术提供一种电池测试设备的控制装置和方法，装置包括，反馈单元，用于：在电池测试设备的目标电流处于稳态时，根据经过滤波和误差校准的目标电流获得第一反馈信号；目标电流为电池测试设备的霍尔电流传感器检测到的电流；在目标电流处于非稳态时，根据目标电流获得第二反馈信号；生成单元，用于根据第一反馈信号或第二反馈信号生成用于控制电池测试设备的驱动信号。本方案在稳态时根据滤波和校准误差后的目标电流控制测试设备，在非稳态时直接根据目标电流控制测试设备，从而兼容非稳态下快速响应的需求和稳态下提高测试精度的需求。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1为本技术实施例提供的一种电池测试系统的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种电池测试设备的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种电池测试设备的控制装置的结构示意图；图4为本技术实施例提供的一种电池测试设备的控制装置的工作原理示意图；图5为本技术实施例提供的另一种电池测试设备的控制装置的工作原理示意图；图6为本技术实施例提供的一种电池测试设备的控制方法的流程图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
20.为了便于理解本技术的技术方案，首先对电池测试设备进行简要说明。
21.请参见图1，为本技术实施例提供的一种电池测试系统的结构示意图。
22.如图1所示，电池测试系统包括电池测试设备和被测试的电池，电池连接在电池测试设备的vp接口和vn接口之间，电池测试设备接入外部的交流电网，并将交流电网输入的
三相交流电转换为直流电，以此来对被测试的电池进行充放电测试。
23.上述电池测试设备的结构可以参见图2，为本技术实施例提供的一种电池测试设备的内部结构示意图。
24.电池测试设备中包括一个直接连接外部电网的三相ac/dc变换器，用于将外部电网的三相交流电转换为直流电。
25.三相ac/dc变换器的输出端，即三相ac/dc变换器的vp接口和vn接口之间，连接有滤波电容c1，以及与c1并联的两个绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，igbt）q1和q2。
26.两个igbt串联，并且每个igbt都并联有一个二极管。
27.电池测试设备的vp接口和vn接口，从q2的两端引出，连接到被测试的电池上，并且q2并联有滤波电容c2，q1和q2的公共端连接有电感l1。
28.在连接于q1和q2的公共端的支路上，设置有霍尔电流传感器（以下简称霍尔传感器）t1，用于实时检测该支路上的电流信号。
29.该电池测试设备还包括用于产生q1的驱动信号（记为第一驱动信号）和q2的驱动信号（记为第二驱动信号）的控制装置。
30.当使用图2所示的电池测试设备测试电池的soc时，将三相ac/dc变换器接通至外部电网，同时，控制装置产生第一驱动信号和第二驱动信号，控制q1和q2导通或者关断，从而对电池进行充放电测试。
31.为了提高测试精度，控制装置会根据t1采集到的检测电流对第一驱动信号和第二驱动信号进行反馈调节，即根据t1的检测电流生成第一驱动信号和第二驱动信号。
32.现有的两种反馈调节的方式如背景技术所述，为解决上述现有技术的调节方式存在的问题，本技术提供一种电池测试设备的控制装置，请参见图3，为本实施例提供的电池测试设备的控制装置的结构示意图。
33.如图3所示，该控制装置包括顺序串联的第一加法器，第二加法器，比例积分控制模块和驱动信号生成模块。
34.其中第一加法器的同相输入端输入电池测试设备给定电流iref，该电流为预先设定的常量，第一加法器的输出端和第二加法器的同相输入端连接。
35.第二加法器的输出端连接至比例积分控制模块的输入端，比例积分模块用于对第二加法器输出的信号进行积分运算，积分运算后的信号输入至驱动信号生成模块，由驱动信号生成模块根据运算后的信号生成第一驱动信号和第二驱动信号。
36.该驱动信号生成模块，具体可以是互补脉冲宽度调制波形（pulse width modulation wave，pwm）生成模块。
37.现有电池测试设备的控制装置均包括图3所示的比例积分控制模块和驱动信号生成模块，故这两个模块的具体工作原理可以参见相关技术，不再赘述。
38.本实施例的控制装置还包括依次串联的第一滤波器，校准模块，第三加法器和第二滤波器。
39.其中，霍尔传感器检测电流，即图2中t1检测得到的电流信号if从第一滤波器输入，经过第一滤波器滤波后进入校准模块进行校准。校准模块校准后的信号进入第三加法器的同相输入端，同时，未经滤波和校准的检测电流if直接进入第三加法器的反相输入端，
由此，第三加法器对检测电流if经过滤波、校准得到的校准信号和原本的检测电流if做差，获得偏差信号。
40.如背景技术部分所述，现有的电池测试设备也会对霍尔传感器的检测电流进行校准，故上述校准模块的具体工作原理，可以参见其他相关技术，不再赘述。
41.偏差信号再进入第二滤波器，经过第二滤波器滤波后得到第二滤波信号，第二滤波信号从第一加法器的反相输入端进入第一加法器，从而在第一加法器中和给定电流做差。
42.另一方面，检测电流if还直接输入到第二加法器的反相输入端，在第二加法器中和第一加法器的输出信号做差。
43.需要说明的，第一滤波器和第二滤波器均为低通滤波器，即仅允许低于预设的截止频率的信号通过的滤波器。并且第一滤波器的截止频率和第二滤波器的截止频率相等。
44.本实施例中，第一滤波器用于过滤检测电流中因为电池测试设备的开关而叠加的三角波形，第二滤波器用于过滤偏差信号中由反相输入端的检测电流引入的三角波形。
45.本实施例提供的控制装置中所涉及的加法器，滤波器和各个模块，其具体实现方式，可以是利用各种电子元器件组成的具有对应功能的电路结构，也可以是用于实现对应功能的集成电路芯片（integrated circuit，ic），本实施例不做限定。
46.下面结合图3所示的结构，对本实施例提供的电池测试设备的控制装置的工作原理进行说明。
47.首先说明该装置在电池测试设备处于非稳态，也就是处于快速响应状态时的工作原理。
48.快速响应状态，是指电池测试设备的检测电流存在剧烈波动的状态，具体表现为检测电流的波动的频率较高。
49.在快速响应状态下，霍尔传感器检测得到的检测电流if以高频信号为主，低频信号较弱。因此在经过第一滤波器滤波后，强度较高的高频信号因高于截止频率而被第一滤波器拦截，仅输出强度较低的频率低于截止频率的第一滤波信号至校准模块。
50.当输入校准模块的信号强度较弱时，校准模块的校准作用不显著，因此校准模块校准后的信号，和校准前的第一滤波信号相近，换言之，可以认为在快速响应状态下，校准后的信号约等于第一滤波信号。
51.接着，校准后的信号进入第三加法器后，和反相输入端输入的原本的检测电流if做差，获得偏差信号。
52.如前所述，在快速响应状态下，校准后的信号约等于第一滤波信号，而第一滤波信号为检测电流if中频率低于滤波器截止频率的低频信号。
53.因此，在快速响应状态下，第三加法器将校准后的信号和检测电流做差，相当于是将检测电流中的低频信号和检测电流做差，也就是从未经处理的检测电流中减去其包含的低频信号，因此，最终获得的偏差信号可以认为近似于检测电流中频率高于截止频率的高频信号。
54.当偏差信号进入第二滤波器后，由于偏差信号约等于检测电流中的高频信号，因此在快速响应状态下，偏差信号经过第二滤波器时几乎被完全拦截，也就是说，这种状态下第二滤波器输出的第二滤波信号约等于0。
55.如图4所示，相当于在快速响应状态下，第一滤波器、校准模块、第三加法器和第二滤波器串联的这一支路几乎不发挥作用，此时比例积分控制模块的输入信号，相当于给定电流在第二加法器中直接和霍尔传感器的检测电流做差得到的信号。
56.综上所述，当电池测试设备处于快速响应状态时，本实施例提供的控制装置根据未经滤波的检测电流进行反馈调节，避免了因使用滤波后的信号而引入的相位延迟。加快电池测试设备的动态响应。
57.当电池测试设备进入稳态后，本实施例提供的控制装置的工作原理如图5所示。
58.稳态，是指电池测试设备上霍尔传感器t1的检测电流保持相对稳定（即波动幅度和频率都较低）的状态。
59.此时，检测电流以频率低于截止频率的低频信号为主，并叠加了电池测试设备开关时产生的三角波形。
60.当检测电流进入第一滤波器后，第一滤波器将叠加的频率高于截止频率的三角波形从检测电流中过滤掉，获得不含三角波形的第一滤波信号，将第一滤波信号输出到校准模块。
61.如前所述，稳态时检测电流以低频信号为主，因此第一滤波信号的强度较高，校准模块可以有效地对第一滤波信号进行校准，获得消除了霍尔传感器的误差的校准后的信号。
62.接着，校准后的信号进入第三加法器，和反相输入端输入的检测电流做差。
63.此时，与未经处理的检测电流相比，校准后的信号相当于是检测电流消除三角波形和霍尔传感器的误差后的信号，即：校准后的信号=检测电流—三角波形—误差。
64.对应的，将校准后的信号和检测电流做差得到的偏差信号，就相当于是检测电流中三角波形和霍尔传感器的误差的总和，即：偏差信号=校准后的信号—检测电流=—（三角波形 误差）。
65.随后，偏差信号再进入第二滤波器进行滤波。第二滤波器将上述表达式中的三角波形过滤掉，因此，最终输出的第二滤波信号就相当于检测电流中霍尔传感器的误差取反，即：第二滤波信号=—误差。
66.第二滤波信号从反相输入端进入第一加法器后，和同相输入端的给定电流做差，获得第一加法器的输出信号，即：给定电流—第二滤波信号。
67.接着第一加法器的输出信号在第二加法器中和反相输入端的检测电流做差，获得第二加法器的输出信号，同时也是比例积分控制模块的输入信号，即：输入信号=给定电流—检测电流—第二滤波信号。
68.又由于第二滤波信号相当于检测电流中霍尔传感器的误差取反，因此，输入信号相当于：输入信号=给定电流—（检测电流—误差）。
69.至此，本实施例提供的控制装置成功地消除了检测电流中霍尔传感器引入的误差，并根据消除误差后的检测电流对第一驱动信号和第二驱动信号进行反馈调节，有效提高了稳态下电池测试设备的测试精度。
70.进一步的，在稳态下，本实施例提供的控制装置在首次使用校准模块从检测电流中消除误差之前，先用低通滤波器过滤掉了检测电流中的三角波形，因此，后续校准模块消
除的误差不受被测试的电池的参数干扰，达到了校准精度和被测试的电池无关的效果，使得本实施例的控制装置更具备普适性。
71.综上所述，在电池测试设备处于稳态时，本实施例对滤波后的检测电流进行校准，并根据经过滤波和校准后的信号进行反馈调节，提高了稳态下电池测试设备的测试精度。
72.结合上述快速响应状态和稳态下本实施例的控制装置的工作原理，可以看出，本实施例提供的控制装置能够在电池测试设备处于非稳态时，避免使用滤波后的检测电流进行反馈条件，从而改善电池测试设备的动态响应性能，在电池测试设备处于稳态时，又使用滤波后且经过校准的检测电流进行反馈条件，从而提高电池测试设备在稳态下的测试精度，同时满足加快动态响应和提高测试精度的要求，使得电池测试设备既能满足复杂测试工况的测试需求，又能满足较高的测试精度要求。
73.本实施例所提供的电池测试设备的控制装置中，第一加法器，第二加法器，第一滤波器，校准模块，第三加法器，第二滤波器组成的控制回路，相当于一个具有以下作用的反馈单元：在电池测试设备的目标电流处于稳态时，根据经过滤波和误差校准的目标电流获得第一反馈信号；其中，目标电流为电池测试设备的霍尔电流传感器检测到的电流；在目标电流处于非稳态时，根据目标电流获得第二反馈信号。
74.上述目标电流即图2所示的霍尔传感器t1检测到的检测电流，第一反馈信号，相当于图5所示的稳态下第二加法器的输出信号，第二反馈信号，相当于图4所示的快速响应态下第二加法器的输出信号。
75.比例积分控制模块和驱动信号生成模块，可以共同视为一个用于根据第一反馈信号或第二反馈信号生成用于控制电池测试设备的驱动信号的生成单元。其中，驱动信号可以包括图3所示的第一驱动信号和第二驱动信号。
76.如前所述，反馈单元可以包括第一加法器和第二加法器；在目标电流处于稳态时，第一加法器用于将电池测试设备的给定电流和经过滤波的偏差信号做差，获得第一加法器的第一输出信号；其中，偏差信号为经过滤波和误差校准的目标电流，与未经过滤波和误差校准的目标电流之差；第二加法器用于将第一输出信号和目标电流做差获得第一反馈信号；在目标电流处于非稳态时，第一加法器用于将电池测试设备的给定电流作为第一加法器的输出信号输出；第二加法器用于将第二输出信号和目标电流做差获得第二反馈信号。
77.上述第一输出信号，相当于稳态下第一加法器的输出信号，第二输出信号，相当于快速响应态下第一加法器的输出信号。
78.上述偏差信号，相当于图3所示的装置中第三加法器的输出信号。
79.进一步可选的，反馈单元中的第一滤波器，第二滤波器，校准模块和第三加法器可以视为一个滤波单元，该滤波单元的输出端和第一加法器的反相输入端连接。
80.该滤波单元用于：在目标电流处于稳态时，输出经过滤波的偏差信号；在目标电流处于非稳态时，不输出信号。
81.上述经过滤波的偏差信号，相当于图5中检测电流处于稳态时第二滤波器输出的
第二滤波信号。
82.具体的，如前文所述第一滤波器用于对目标电流进行滤波；校准模块用于对滤波后的目标电流进行误差校准；第三加法器用于根据经过滤波和误差校准的目标电流，以及未经过滤波和误差校准的目标电流获得偏差信号；第二滤波器用于对偏差信号进行滤波，获得经过滤波的偏差信号。
83.进一步可选的，生成单元包括比例积分控制模块和互补脉冲宽度调制波形生成模块；比例积分控制模块用于对第一反馈信号或第二反馈信号进行积分运算，获得积分信号；互补脉冲宽度调制波形生成模块用于根据积分信号生成用于控制电池测试设备的驱动信号。
84.上述积分信号可以视为图3所示的装置中比例积分控制模块输出的信号。
85.根据本技术实施例提供的电池测试设备的控制装置，本技术实施例还提供一种电池测试设备的控制方法，请参见图6，为该方法的流程图。该方法可以包括如下步骤。
86.s601，在电池测试设备的目标电流处于稳态时，根据经过滤波和误差校准的目标电流获得第一反馈信号。
87.其中，目标电流为电池测试设备的霍尔电流传感器检测到的电流。
88.s602，在目标电流处于非稳态时，根据目标电流获得第二反馈信号。
89.s603，根据第一反馈信号或第二反馈信号生成用于控制电池测试设备的驱动信号。
90.上述方法中各步骤的具体实施方式，可以参见本技术任一实施例提供的电池测试设备的控制装置中相关模块的工作原理，此处不再赘述。
91.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
92.需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
93.专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。