CN103645440B - 一种应用于多通道电池测试的切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于多通道电池测试的切换装置，包括用于控制受测试电池与测试设备之间的接通和断开状态的切换模块，其特征在于：所述的切换模块由第一至第四光耦，第一至第四MOS管和第一至第六电阻组成。本发明的切换装置可通过设置多个上述切换模块来实现相同数量的电池通道的测试切换。本发明能满足对多通道电池的高速电压、内阻测量、充放电测试切换，并且具有切换速度快、负载电流承受能力强、寿命长的优点，以及能够任意控制受测试电池与测试设备之间的接通和断开状态，其工作方式灵活。

Description

一种应用于多通道电池测试的切换装置

技术领域

本发明涉及一种应用于多通道电池测试的切换装置，主要用于在多通道电池电压、内阻、充放电测试中高速切换进行测试的电池。

背景技术

在电池的检测与生产过程中，需要对整批电池进行电压、内阻乃至充放电进行测试。测试设备内部通过切换装置按一定顺序对多个电池进行测量。通常情况下，可以采用电磁继电器或者干簧继电器作为通道切换元件。

电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成，其工作电路由控制电路和工作电路两部分构成，两者完全电气隔离。在控制电路线圈两端加上一定的电压，产生电磁效应，衔铁在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。电磁继电器的缺点是：触点的物理运动等因素导致寿命相对较短；触点吸合和释放响应速度慢，导致切换速度无法提高。但电磁继电器负载电流大，可以适应大电流充放电测试中使用。

干簧继电器主要元件是开或关的弹性簧片及磁铁或电磁铁，利用“异性相吸，同性相斥”原理控制舌簧片的闭合或者开启，形成常开型和常闭型干簧继电器。干簧继电器体积小，切换速度快，使用寿命长，可作为高速电池电压、内阻测试的通道切换元件。但干簧继电器接触电阻较大，可承受负载电流小，不适用于电池电流充放电测试中进行应用。

因此在实现电池电压、内阻高速测试以及充放电测试方面，采用电磁继电器和干簧继电器都有各自的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于多通道电池测试的切换装置，以克服现有技术中切换装置的负载电流承受能力、切换速度性能以及使用寿命不可兼得的问题。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于多通道电池测试的切换装置，包括用于控制受测试电池与测试设备之间的接通和断开状态的切换模块，其特征在于：所述的切换模块由第一至第四光耦，第一至第四MOS管和第一至第六电阻组成；

其中，第三光耦的阳极通过第一、第二电阻连接第一光耦的阳极，第一电阻和第二电阻的连接点作为控制电源端，第一光耦的阴极连接第二光耦的阳极，第三光耦的阴极连接第四光耦的阳极，第二光耦与第四光耦的阴极相连接并作为控制信号端，所述控制电源端与控制信号端之间接入用于控制切换模块工作状态的控制信号；

第二光耦的发射极、第三电阻的一端和第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端、第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极相连接，第三电阻的另一端、第一MOS管的源极、第二MOS管的源极和第三光耦的集电极相连接，第二光耦的集电极与第三光耦的发射极之间接入第一电源，第一MOS管的漏极用于连接所述受测试电池的正极，第二MOS管的漏极用于连接所述测试设备的测试端正极；

第一光耦的发射极、第五电阻的一端和第六电阻的一端相连接，第六电阻的另一端、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极相连接，第五电阻的另一端、第三MOS管的源极、第四MOS管的源极和第四光耦的集电极相连接，第一光耦的集电极与第四光耦的发射极之间接入第二电源，第三MOS管的漏极用于连接所述受测试电池的负极，第四MOS管的漏极用于连接所述测试设备的测试端负极；

所述第一电源和第二电源相互独立，所述第三光耦的发射极与第四光耦的发射极不共地。

作为控制电源端与控制信号端之间接入控制信号的一种优选实施方式：所述控制电源端接入高电平电压，所述控制信号端接入控制受测试电池与测试设备之间接通的低电平信号，或者控制受测试电池与测试设备之间断开的高电平信号。

作为本发明的优选实施方式，所述的切换装置还包括一个或者以上所述切换模块；各个切换模块接入的所述控制信号控制相互独立，即各个切换模块的工作状态相互独立；各个切换模块的第二光耦的集电极相连接、第三光耦的发射极相连接，均接入所述第一电源，各个切换模块的第一光耦的集电极相连接，第四光耦的发射极相连接，均接入所述第二电源；各个切换模块的第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极组成的端口分别用于连接一个独立的受测试电池；各个切换模块的第二MOS管的漏极相连接、第四MOS管的漏极相连接，均用于连接所述测试设备。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明的切换装置通过切换模块实现受测试电池与测试设备之间的接通和断开状态的控制，切换模块通过由MOS管组成的电路实现所述接通和断开状态控制，并通过光耦实现切换控制信号与MOS管之间的隔离，由于切换模块利用了MOS管的开关功能，其切换速度快，切换时间可达到纳秒级，明显优于电磁继电器与干簧继电器的切换速度；并且MOS管的负载电流大，可以满足电池的电压内阻测量以及充放电测试；再者MOS管无机械损耗，寿命长，因此，本发明的切换装置能满足对多通道电池的高速电压、内阻测量、充放电测试切换，并且具有切换速度快、负载电流承受能力强、寿命长的优点，其性能及稳定性明显由于电磁继电器和干簧继电器。

第二，本发明的切换装置可通过设置多个上述切换模块来实现相同数量的电池通道的测试切换，由于有切换模块中光耦以及MOS管的关断作用，因此切换装置中接通的与不接通的切换模块之间没有电位耦合关系，因此，本发明的切换装置能够任意控制受测试电池与测试设备之间的接通和断开状态，具有工作方式灵活的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明中切换模块的电路原理图；

图2为本发明的切换装置应用于三个电池通道的电压测量切换的原理框图。

具体实施方式

图2示出了本发明的切换装置应用于三个电池通道即受测试电池BATT1、BATT2和BATT3的电压测量切换的实施例，本实施例的应用于多通道电池测试的切换装置设有三个用于控制受测试电池与测试设备voltmeter之间的接通和断开状态的切换模块MD1、MD2和MD3，并采用了电压表voltmeter作为测试设备。

参见图1，本实施例的切换模块由第一至第四光耦U1A、U1B、U1C、U1D，第一至第四MOS管Q1、Q2、Q3、Q4和第一至第六电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6组成；本实施例中第一至第四MOS管Q1、Q2、Q3、Q4均采用N型沟道低阻抗功率MOS管。

其中，第三光耦U1C的阳极通过第一、第二电阻R1和R2连接第一光耦U1A的阳极，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点作为控制电源端VCC_CONT，第一光耦U1A的阴极连接第二光耦U1B的阳极，第三光耦U1C的阴极连接第四光耦U1D的阳极，第二光耦U1B与第四光耦U1D的阴极相连接并作为控制信号端CH_x，控制电源端VCC_CONT与控制信号端CH_x之间接入用于控制切换模块工作状态的控制信号，该控制信号在本实施例中采用以下方式实现：控制电源端VCC_CONT接入高电平电压，控制信号端CH_x接入控制受测试电池与测试设备voltmeter之间接通的低电平信号，或者控制受测试电池与测试设备voltmeter之间断开的高电平信号，本实施例三个切换模块MD1、MD2和MD3的该高、低电平信号由外部控制端口CONTR_1、CONTR_2、CONTR_3输入；

第二光耦U1B的发射极、第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端相连接，第四电阻R4的另一端、第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极相连接，第三电阻R3的另一端、第一MOS管Q1的源极、第二MOS管Q2的源极和第三光耦U1C的集电极相连接，第二光耦U1B的集电极VCC_A与第三光耦U1C的发射极GND_A之间接入第一电源，第一MOS管Q1的漏极OBJx_+用于连接受测试电池的正极，第二MOS管Q2的漏极TEST+用于连接测试设备voltmeter的测试端正极V+；

第一光耦U1A的发射极、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端相连接，第六电阻R6的另一端、第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极相连接，第五电阻R5的另一端、第三MOS管Q3的源极、第四MOS管Q4的源极和第四光耦U1D的集电极相连接，第一光耦U1A的集电极VCC_B与第四光耦U1D的发射极GND_B之间接入第二电源，第三MOS管Q3的漏极OBJx_-用于连接受测试电池的负极，第四MOS管Q4的漏极TEST-用于连接测试设备voltmeter的测试端负极V-；

第一电源和第二电源相互独立，第三光耦U1C的发射极GND_A与第四光耦U1D的发射极GND_B不共地。

本实施例中，各个切换模块接入的控制信号控制相互独立，即各个切换模块的工作状态相互独立；各个切换模块的第二光耦U1B的集电极VCC_A相连接、第三光耦U1C的发射极GND_A相连接，均接入第一电源，各个切换模块的第一光耦U1A的集电极VCC_B相连接，第四光耦U1D的发射极GND_B相连接，均接入第二电源；各个切换模块的第一MOS管Q1的漏极OBJx_+和第三MOS管Q3的漏极OBJx_-组成的端口分别用于连接一个独立的受测试电池；各个切换模块的第二MOS管Q2的漏极TEST+相连接、第四MOS管Q4的漏极TEST-相连接，均用于连接测试设备voltmeter。

根据多通道电池测试中电池通道的数量即受测试电池的数量，本发明的切换装置相应设置相同数量的上述切换模块即可实现各个受测试电池的切换。

本发明的切换装置的工作原理如下：

对于各个切换模块来说，VCC_CONT经过R2→U1A的LED→U1B的LED→CH_x，形成回路1；VCC_CONT经过R1→U1C的LED→U1D的LED→CH_x，形成回路2。Q1，Q2的源极相接，栅极相接。同样，Q3，Q4的源极相接，栅极相接。端口VCC_A和GND_A,端口VCC_B和GND_B,分别接上两个作为控制MOS管的独立电源，GND_A和GND_B不共地。VCC_A经过U1B的感光放大器→R4→Q1的G-S和Q2的G-S→U1C的感光放大器→GND_A，形成回路3。VCC_B经过U1A的感光放大器→R6→Q3的G-S和Q4的G-S→U1D的感光放大器→GND_B，形成回路4。VCC_A经过U1B的感光放大器→R3→U1C的感光放大器GND_A，形成回路5。VCC_B经过U1A的感光放大器→R5→U1D的感光放大器GND_B，形成回路6。

当CH_x(x=1,2,3….)为低电平时，回路1和回路2有电流，光耦的LED发光，使光耦U1A,U1B,U1C,U1D的感光放大器导通，根据KVL定律，回路3和回路4中，Q1和Q2的V_G-S≈VCC_A-GND_A，Q3和Q4的V_G-S≈VCC_B-GND_B，因此，Q1～Q4均接通，使端口OBJx_+和端口TEST+导通，端口OBJx_-和端口TEST-导通，从而使得受测试电池与测试设备接通。在电位关系上，VCC_A≈VCC_A’，VCC_B≈VCC_B’，GND_A≈GND_A’，GND_B≈GND_B’。

当CH_x(x=1,2,3….)为高电平时，回路1和回路2无电流，光耦的LED不发光，光耦U1A,U1B,U1C,U1D的感光放大器截止，回路5,6均无电流，R3和R5两端电位相同，即Q1…Q4的V_G-S=0，MOS管关断，使端口OBJx_+和端口TEST+断开，从而使得受测试电池与测试设备断开连接，端口OBJx_-和端口TEST-断开。此时VCC_A、VCC_B与VCC_A’、VCC_B’的电位没对应关系，GND_A、GND_B与GND_A’、GND_B’的电位没对应关系，相互不影响。

而对于整个切换装置来说，由于有切换模块中光耦以及MOS管的关断作用，因此接通的与不接通的切换模块之间没有电位耦合关系。

当CONTR1、CONTR2、CONTR3为高电平，MD1、MD2、MD3的光耦UC1A～UC1D,MOS管Q1～Q4关断，因此三个电池与电压表断开；三个电池之间也相互断开。

当CONTR1为低电平，CONTR2、CONTR3为高电平，MD1中的Q1～Q4导通，BATT1的正负极与电压表的正负极形成接通的测试回路。此时，MD2、MD3的光耦UC1A～UC1D,MOS管Q1～Q4关断，因此MD2、MD3不能与MD1以及电压表形成接通的回路。所以电压表测量的是BATT1的电压。

同理，当CONTR2为低电平，CONTR1、CONTR3为高电平，电压表测量的是BATT2的电压。当CONTR3为低电平，CONTR1、CONTR2为高电平，电压表测量BATT3的电压。

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。例如上述第一至第四MOS管Q1、Q2、Q3、Q4采用P型沟道低阻抗功率MOS管。

Claims (3)

1.一种应用于多通道电池测试的切换装置，包括两个用于控制受测试电池与测试设备之间的接通和断开状态的切换模块，其特征在于：所述的切换模块由第一至第四光耦(U1A、U1B、U1C、U1D)，第一至第四MOS管(Q1、Q2、Q3、Q4)和第一至第六电阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6)组成；

其中，第三光耦(U1C)的阳极通过第一、第二电阻(R1和R2)连接第一光耦(U1A)的阳极，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的连接点作为控制电源端(VCC_CONT)，第一光耦(U1A)的阴极连接第二光耦(U1B)的阳极，第三光耦(U1C)的阴极连接第四光耦(U1D)的阳极，第二光耦(U1B)与第四光耦(U1D)的阴极相连接并作为控制信号端(CH_x)，所述控制电源端(VCC_CONT)与控制信号端(CH_x)之间接入用于控制切换模块工作状态的控制信号；

第二光耦(U1B)的发射极、第三电阻(R3)的一端和第四电阻(R4)的一端相连接，第四电阻(R4)的另一端、第一MOS管(Q1)的栅极和第二MOS管(Q2)的栅极相连接，第三电阻(R3)的另一端、第一MOS管(Q1)的源极、第二MOS管(Q2)的源极和第三光耦(U1C)的集电极相连接，第二光耦(U1B)的集电极(VCC_A)与第三光耦(U1C)的发射极(GND_A)之间接入第一电源，第一MOS管(Q1)的漏极(OBJx_+)用于连接所述受测试电池的正极，第二MOS管(Q2)的漏极(TEST+)用于连接所述测试设备的测试端正极(V+)；

第一光耦(U1A)的发射极、第五电阻(R5)的一端和第六电阻(R6)的一端相连接，第六电阻(R6)的另一端、第三MOS管(Q3)的栅极和第四MOS管(Q4)的栅极相连接，第五电阻(R5)的另一端、第三MOS管(Q3)的源极、第四MOS管(Q4)的源极和第四光耦(U1D)的集电极相连接，第一光耦(U1A)的集电极(VCC_B)与第四光耦(U1D)的发射极(GND_B)之间接入第二电源，第三MOS管(Q3)的漏极(OBJx_-)用于连接所述受测试电池的负极，第四MOS管(Q4)的漏极(TEST-)用于连接所述测试设备的测试端负极(V-)；

所述第一电源和第二电源相互独立，所述第三光耦(U1C)的发射极(GND_A)与第四光耦(U1D)的发射极(GND_B)不共地；

各个切换模块接入的所述控制信号控制相互独立，即各个切换模块的工作状态相互独立；各个切换模块的第二光耦(U1B)的集电极(VCC_A)相连接、第三光耦(U1C)的发射极(GND_A)相连接，均接入所述第一电源，各个切换模块的第一光耦(U1A)的集电极(VCC_B)相连接，第四光耦(U1D)的发射极(GND_B)相连接，均接入所述第二电源；各个切换模块的第一MOS管(Q1)的漏极(OBJx_+)和第三MOS管(Q3)的漏极(OBJx_-)组成的端口分别用于连接一个独立的受测试电池；各个切换模块的第二MOS管(Q2)的漏极(TEST+)相连接、第四MOS管(Q4)的漏极(TEST-)相连接，均用于连接所述测试设备。

2.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于：所述控制电源端(VCC_CONT)接入高电平电压，所述控制信号端(CH_x)接入控制受测试电池与测试设备之间接通的低电平信号，或者控制受测试电池与测试设备之间断开的高电平信号。

3.根据权利要求1或2所述的切换装置，其特征在于：所述的切换装置还包括一个以上所述切换模块。