本實(shí)用新型涉及測試領(lǐng)域，具體而言，涉及一種直流功率采樣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電池廠家在對成組電池進(jìn)行測試的時(shí)候，需要對它們串聯(lián)的模塊進(jìn)行放電總電壓、放電總電流、放電功率、放電安時(shí)和放電瓦時(shí)的計(jì)量，從而作為對電池整體性能和使用狀況評估的依據(jù)。另一方面，作為電池的充電設(shè)備也需要測量充電總電壓、充電總電流、充電功率、充電安時(shí)和充電瓦時(shí)的參數(shù)，作為充電控制策略的反饋量或者工控機(jī)以及上位機(jī)顯示的內(nèi)容。

目前成組電池測試設(shè)備在測量總電壓和總電流時(shí)不同步，造成測量數(shù)據(jù)不一致，從而根據(jù)電壓和電流計(jì)算功率和瓦時(shí)的數(shù)據(jù)無法真實(shí)反應(yīng)成組電池的實(shí)際狀態(tài)。另一方面，由于成組電池串聯(lián)的數(shù)量變化范圍很大，造成需要成組電池的總電壓波動(dòng)范圍寬，而現(xiàn)有測試設(shè)備在寬電壓范圍內(nèi)很難達(dá)到全量程范圍內(nèi)高精度，甚至不能測量寬電壓范圍。此外，由于涉及到高壓、大電流的場合都要進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，常規(guī)的采樣電路和控制電路的電氣隔離設(shè)計(jì)復(fù)雜，環(huán)節(jié)眾多，影響了測量的線性度，破壞了既有AD 芯片的測量精度。

針對現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行成組電池測量時(shí)采集電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)不同步的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種直流功率采樣系統(tǒng)，以至少解決進(jìn)行成組電池測量時(shí)采集電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)不同步的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種直流功率采樣系統(tǒng)。根據(jù)本實(shí)用新型的直流功率采樣系統(tǒng)包括：用于采集電壓的電壓采集電路；用于采集電流的電流采集電路；現(xiàn)場可編程門陣列，與所述電壓采集電路和所述電流采集電路均相連接，用于同步采集所述電壓采集電路的電壓數(shù)據(jù)和所述電流采集電路的電流數(shù)據(jù)；數(shù)字信號(hào)處理器，與所述現(xiàn)場可編程門陣列相連接，用于通過所述現(xiàn)場可編程門陣列傳輸控制信號(hào)，所述控制信號(hào)用于控制所述電壓采集電路和所述電流采集電路同步導(dǎo)通，其中，所述電壓采集電路和所述電流采集電路為兩條相互隔離的電路。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字信號(hào)處理器執(zhí)行包括下述至少一個(gè)功能：根據(jù)所述電壓數(shù)據(jù)和所述電流數(shù)據(jù)獲得采樣功率，根據(jù)所述采樣功率和預(yù)定時(shí)間獲得安時(shí)，根據(jù)所述采樣功率和預(yù)定時(shí)間獲得瓦時(shí)。

進(jìn)一步地，所述直流功率采樣系統(tǒng)還包括：存儲(chǔ)單元，與所述數(shù)字信號(hào)處理器處理器相連接，用于存儲(chǔ)采集的所述電壓數(shù)據(jù)、所述電流數(shù)據(jù)、所述采樣功率以及所述安時(shí)和所述瓦時(shí)。

進(jìn)一步地，所述電壓采集電路包括：第一光隔離開關(guān)，其第一端與所述現(xiàn)場可編程門陣列的第一端相連接；分壓電阻控制器，所述分壓電阻控制器的第一輸入端接收電壓信號(hào)，第二輸入端與所述第一光隔離開關(guān)的第二端相連接，用于在所述第一光隔離開關(guān)開啟時(shí)，對電壓采集電路進(jìn)行分檔切換；以及第一調(diào)制器，所述第一調(diào)制器連接在所述分壓電阻控制器的輸出端和所述現(xiàn)場可編程門陣列之間，用于在所述第一光隔離開關(guān)開啟時(shí)采集所述電壓信號(hào)的電壓數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述電流采集電路包括：第二光隔離開關(guān)，其第一端與所述現(xiàn)場可編程門陣列的第二端相連接；差分運(yùn)放控制器，所述差分運(yùn)放控制器的第一輸入端接收電流信號(hào)，第二輸入端與所述第二光隔離開關(guān)的第二端相連接，用于在所述第二光隔離開關(guān)開啟時(shí)，對電流采集電路進(jìn)行分檔切換；以及第二調(diào)制器，所述第二調(diào)制器連接在所述差分運(yùn)放控制器的輸出端和所述現(xiàn)場可編程門陣列之間，用于在所述第二光隔離開關(guān)開啟時(shí)采集所述電流信號(hào)的電流數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述直流功率采樣系統(tǒng)還包括：隔離型can通道，與所述數(shù)字信號(hào)處理器相連接，用于傳輸所述數(shù)字信號(hào)處理器采集的所述電壓數(shù)據(jù)和/或所述電流數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述直流功率采樣系統(tǒng)還包括：復(fù)位按鈕，與所述數(shù)字信號(hào)處理器相連接，用于在所述直流功率采樣系統(tǒng)工作異常時(shí)進(jìn)行復(fù)位。

進(jìn)一步地，所述直流功率采樣系統(tǒng)還包括：數(shù)字濾波器，集成在所述現(xiàn)場可編程門陣列中，用于對采集的電壓數(shù)據(jù)和/或電流數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字濾波器還用于將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

通過本實(shí)用新型實(shí)施例，直流功率采樣系統(tǒng)包括以下結(jié)構(gòu)：用于采集電壓的電壓采集電路；用于采集電流的電流采集電路；現(xiàn)場可編程門陣列，與電壓采集電路和電流采集電路均相連接，用于同步采集電壓采集電路的電壓數(shù)據(jù)和電流采集電路的電流數(shù)據(jù)；數(shù)字信號(hào)處理器，與現(xiàn)場可編程門陣列相連接，用于通過現(xiàn)場可編程門陣列傳輸控制信號(hào)，控制信號(hào)用于控制電壓采集電路和電流采集電路同步導(dǎo)通，其中，電壓采集電路和電流采集電路為兩條相互隔離的電路。通過本實(shí)用新型，解決了現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行成組電池測量時(shí)采集電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)不同步的問題，進(jìn)而達(dá)到了同步采集電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)的效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的直流功率采樣系統(tǒng)的示意圖。

10、電壓采集電路；20、電流采集電路；30、現(xiàn)場可編程門陣列；40、數(shù)字信號(hào)處理器；50、存儲(chǔ)單元；60、隔離型can通道；70、復(fù)位按鈕；102、第一光隔離開關(guān)； 104、分壓電阻控制器；106、第一調(diào)制器；202、第二光隔離開關(guān)；204、差分運(yùn)放控制器；206、第二調(diào)制器。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

需要說明的是，本實(shí)用新型的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本實(shí)用新型的實(shí)施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤４送?，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種直流功率采樣系統(tǒng)。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的直流功率采樣系統(tǒng)的示意圖。以下結(jié)合圖1對本實(shí)用新型實(shí)施例的直流功率采樣系統(tǒng)進(jìn)行說明。

用于采集電壓的電壓采集電路10。

用于采集電流的電流采集電路20。

現(xiàn)場可編程門陣列30與電壓采集電路10和電流采集電路20均相連接，用于同步采集電壓采集電路10的電壓數(shù)據(jù)和電流采集電路20的電流數(shù)據(jù)。

數(shù)字信號(hào)處理器40與現(xiàn)場可編程門陣列30相連接，用于通過現(xiàn)場可編程門陣列 30傳輸控制信號(hào)，控制信號(hào)用于控制電壓采集電路10和電流采集電路20同步導(dǎo)通，其中，電壓采集電路10和電流采集電路20為兩條相互隔離的電路。

數(shù)字信號(hào)處理器40與現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)30相連接，能夠控制電壓采集電路10和電流采集電路20的同步導(dǎo)通或者斷開。在電壓采集電路10導(dǎo)通時(shí)，可以繼續(xù)進(jìn)行電壓采集；在電流采集電路20導(dǎo)通時(shí)，可以繼續(xù)進(jìn)行電流采集。通過控制電壓采集電路10和電流采集電路20的同步開啟，使得電流采集電路和電壓采集電路同步進(jìn)行采集，此時(shí)，可以通過現(xiàn)場可編程門陣列30控制電壓采集電路10獲取電壓數(shù)據(jù)，并且同步控制電流采集電路20獲取電流數(shù)據(jù)。

通過數(shù)字信號(hào)處理器控制電壓采集電路10和電流采集電路20的同步導(dǎo)通，電壓采集電路采集電壓數(shù)據(jù)，并且同時(shí)控制電流采集電路采集電流數(shù)據(jù)。由于數(shù)字信號(hào)處理器能夠控制兩個(gè)相互隔離的電壓采集電路和電流采集電路同時(shí)導(dǎo)通，現(xiàn)場可編程門陣列可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓采集電路和電流采集分別采集電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行成組電池測量時(shí)采集電壓和電流的數(shù)據(jù)不同步的問題，進(jìn)而達(dá)到了同步采集電壓和電流數(shù)據(jù)的效果。

優(yōu)選地，數(shù)字信號(hào)處理器執(zhí)行包括下述至少一個(gè)功能：根據(jù)電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)獲得采樣功率，根據(jù)采樣功率和預(yù)定時(shí)間獲得安時(shí)，根據(jù)采樣功率和預(yù)定時(shí)間獲得瓦時(shí)。數(shù)字信號(hào)處理器還用于獲取電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)的乘積作為采樣功率。數(shù)字信號(hào)處理器與FPGA相連接，可以通過并口控制總線從FPGA中獲取采集到的電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)處理器將采集到的電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行乘積運(yùn)算，得到采樣功率。數(shù)字信號(hào)處理器還可以將計(jì)算得到的采樣功率計(jì)算預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的安時(shí)或者瓦。在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)對電壓進(jìn)行積分，得到安時(shí)，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)對電流進(jìn)行積分，得到瓦時(shí)。

優(yōu)選地，直流功率采樣系統(tǒng)還包括：存儲(chǔ)單元，與數(shù)字信號(hào)處理器處理器相連接，用于存儲(chǔ)采集的電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、采樣功率以及安時(shí)和瓦時(shí)。

直流功率采樣系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)單元50，存儲(chǔ)單元可以是EEPROM，存儲(chǔ)單元能夠存儲(chǔ)采集的電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)，還能夠存儲(chǔ)由數(shù)字信號(hào)處理器40計(jì)算的采樣功率和安時(shí)、瓦時(shí)等數(shù)據(jù)。不僅能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行累積保存，還能防止掉電丟失數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，電壓采集電路10包括：第一光隔離開關(guān)102，其第一端與現(xiàn)場可編程門陣列30的第一端相連接；分壓電阻控制器104的第一輸入端接收電壓信號(hào)，第二輸入端與第一光隔離開關(guān)102的第二端相連接，用于在第一光隔離開關(guān)102開啟時(shí)，對電壓采集電路進(jìn)行分檔切換；以及第一調(diào)制器106，連接在分壓電阻控制器104的輸出端和現(xiàn)場可編程門陣列之間，用于在第一光隔離開關(guān)102開啟時(shí)采集電壓信號(hào)的電壓數(shù)據(jù)。

分壓電阻控制器104與第一光隔離開關(guān)102相連接，通過第一光隔離開關(guān)102的開啟控制分壓電阻控制器104的檔位切換，在第一光隔離開關(guān)102開啟時(shí)該分壓電阻控制器104能夠進(jìn)行檔位切換。

優(yōu)選地，電流采集電路包括：第二光隔離開關(guān)202其第一端與現(xiàn)場可編程門陣列 30的第二端相連接；差分運(yùn)放控制器204的第一輸入端接收電流信號(hào)，第二輸入端與第二光隔離開關(guān)202的第二端相連接，用于在第二光隔離開關(guān)202開啟時(shí)，對電流采集電路進(jìn)行分檔切換；以及第二調(diào)制器206第連接在差分運(yùn)放控制器204的輸出端和現(xiàn)場可編程門陣列30之間，用于在第二光隔離開關(guān)202開啟時(shí)采集電流信號(hào)的電流數(shù)據(jù)。

差分運(yùn)放控制器204與第二光隔離開關(guān)202相連接，通過第二光隔離開關(guān)202的開啟控制差分運(yùn)放控制器204的檔位切換，在第二光隔離開關(guān)202開啟時(shí)，該差分運(yùn)放控制器204能夠進(jìn)行檔位切換。

第一調(diào)制器106和第二調(diào)制器206均可以是隔離型二階∑-△調(diào)制器，能夠?qū)﹄妷?、電流進(jìn)行同步隔離采樣，由于涉及到高壓、大電流的場合都要進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，因此兩個(gè)隔離型二階∑-△調(diào)制器對電壓和電流分別進(jìn)行隔離采樣。第一調(diào)制器和第二調(diào)制器獲得“0”“1”比特流。

由于電壓采集電路和電流采集電路分別為兩個(gè)采樣電路，在兩個(gè)采樣電路中的隔離型二階∑-△調(diào)制器又能很好的進(jìn)行隔離采樣，因此，不需要復(fù)雜的隔離設(shè)計(jì)就能實(shí)現(xiàn)電壓采集和電流采集的隔離，從而保證測量的線性度，進(jìn)而提高了數(shù)字信號(hào)處理器計(jì)算的采樣功率的精度。

通過控制第一光隔離開關(guān)和第二光隔離開關(guān)同步開啟，控制分壓電路控制器和差分運(yùn)放控制器同步采集數(shù)據(jù)，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行成組電池測量時(shí)采集電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)不同步的問題。

優(yōu)選地，直流功率采樣系統(tǒng)還包括：隔離型can通道60，與數(shù)字信號(hào)處理器40 相連接，用于傳輸數(shù)字信號(hào)處理器采集的電壓數(shù)據(jù)和/或電流數(shù)據(jù)。

隔離型can通道可以將數(shù)字信號(hào)處理器獲取到電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)等發(fā)送給總線，也可以將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的安時(shí)、瓦時(shí)或者其他采集參數(shù)等數(shù)據(jù)發(fā)送給總線。

優(yōu)選地，直流功率采樣系統(tǒng)還包括：復(fù)位按鈕70，與數(shù)字信號(hào)處理器相連接，用于在系統(tǒng)非正常工作時(shí)進(jìn)行復(fù)位。

復(fù)位按鈕可以是硬件看門夠，能夠在該系統(tǒng)處于非正常工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行復(fù)位。

優(yōu)選地，直流功率采樣系統(tǒng)還包括：數(shù)字濾波器80，集成在現(xiàn)場可編程門陣列中，用于對采集的電壓數(shù)據(jù)和/或電流數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。

在現(xiàn)場可編程門陣列30中還集成有數(shù)字濾波器80，該數(shù)字濾波器80能夠?qū)⒍AΣ-△調(diào)制器采集的“0”“1”比特流進(jìn)行FIR數(shù)字濾波，在21us甚至更短的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出AD轉(zhuǎn)換值。

優(yōu)選地，數(shù)字濾波器還用于將采集到的模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。數(shù)字濾波器可以在 21us甚至更短的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出AD轉(zhuǎn)換值。

由于數(shù)字濾波器將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的時(shí)間較短，因此，能夠滿足低通對電壓環(huán)和電流環(huán)的快速響應(yīng)的要求，可以提高采集電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)的速度。

本實(shí)用新型上述實(shí)施例提出的一種寬電壓、大電流高精度同步隔離采樣直流功率系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了寬電壓范圍全量程誤差≤±0.5V，電流全量程范圍誤差≤±0.1A，電壓電流同步隔離采樣保證了計(jì)算的功率、安時(shí)和瓦時(shí)的有效性，真實(shí)地反映了電池組當(dāng)前狀態(tài)，其中功率的誤差≤±0.05W，在不校準(zhǔn)的情況下，安時(shí)精度為0.3％，瓦時(shí)精度為 0.5％。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了寬電壓、大電流全量程范圍內(nèi)同步隔離采樣的高精度測量，并且由DSP算法實(shí)現(xiàn)了高精度的功率、安時(shí)和瓦時(shí)的計(jì)算。具體為：

①通過FPGA控制實(shí)現(xiàn)了電壓、電流的同步采樣；

②通過簡化隔離設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的采樣電路測量的電壓、電流實(shí)際值和AD值的線性相關(guān)性達(dá)到了0.999999％以上；

③使用數(shù)字信號(hào)處理器對采樣電壓、電流進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了功率、安時(shí)和瓦時(shí)的準(zhǔn)確計(jì)量和實(shí)時(shí)更新；

④系統(tǒng)滿足了寬電壓、大電流全量程范圍內(nèi)高精度要求，實(shí)現(xiàn)了功率、安時(shí)和瓦時(shí)計(jì)量的高精度，指標(biāo)如下：

0-1000V全量程范圍內(nèi)誤差≤±0.5V，0-600A全量程范圍內(nèi)誤差≤±0.1A，功率的誤差≤±0.05W，在不校準(zhǔn)的情況下，安時(shí)精度為0.3％，瓦時(shí)精度為0.5％；

⑤系統(tǒng)采用DSP+FPGA作為主控制器，同時(shí)簡化隔離設(shè)計(jì)帶來PCB做得很小，低至21us及以下的采樣時(shí)間滿足了系統(tǒng)對電壓環(huán)和電流環(huán)的快速響應(yīng)要求，因此可方便拓展為AC-DC或者DC-DC的控制板。

在本實(shí)用新型的上述實(shí)施例中，對各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實(shí)施例的相關(guān)描述。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。