CN101718849B - 蓄电池充放电检测仪自动校准系统 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池充放电检测仪自动校准系统，包括蓄电池模拟负载、采样控制模块和用以采集蓄电池充放电检测仪的信号并控制不同校准模式的上位机，所述上位机包括与蓄电池充放电检测仪通讯的通讯接口和与采集控制模块通讯的采集接口，所述采集接口与所述采样控制模块连接，所述采样控制模块与所述蓄电池模拟负载连接，所述蓄电池模拟负载的输出正极和输出负极与待校准的蓄电池充放电检测仪的输入端连接。本发明提供一种既可以提高检测仪校准精度，极大减少粗大误差的产生几率，又可以节省大量的人工、大大缩短校准周期、适合批量生产的蓄电池充放电检测仪自动校准系统。

Description

蓄电池充放电检测仪自动校准系统

技术领域

本发明涉及一种蓄电池充放电检测仪校准装置。

背景技术

蓄电池充放电检测仪既需要对测试参数进行测量，又需要对电池充放电进行控制，因此它既是一台检测仪器，同时又是一台控制设备。检测仪生产厂家在检测仪出厂前必须对仪器进行测量值校准(电压和电流测量值)和控制值(恒流输出和恒压输出)校准两部分工作。

目前对于蓄电池检测仪的校准都通过手工的方式由操作人员对逐个参数进行校准。测量值校准时(如电压、电流校准)，必须使用高精度电压、电流表，观察检测仪显示的数值与高精度仪表显示数值，通过调电位器等方式实现，较为先进的检测仪则采用将两者测量数据记录，并录入检测仪，使用该数据对AD值进行运算得到准确的测量值，实现软件校准。控制值校准则需要在测量值校准基础上进行，如设定仪器输出电流，首先启动电池充电或放电，然后观察仪器输出值和实际充放电值是否一致，如果不一致则需要对相应单元参数进行调节。

蓄电池充放电检测仪检测步骤比较复杂，具体步骤包括：

a)电压校准：单节蓄电池电压检测较为方便，如检测蓄电池组，则既需要对电池组总电压检测通道进行测量，同时还需要对蓄电池组的每节电池采样通道进行测量。

b)电流校准：由于电池额定充电和放电电流相差很大，蓄电池充放电检测仪往往采用不同的测量电路分别实现充电电流检测和放电电流检测，因此充放电电流校准需要分别进行。

c)恒流充电控制值校准：将检测仪设定到恒流充电模式并设定充电电流，启动充电，检测充电电流和设定值间的差别，调整电位器或参数使二者保持一致。

d)恒流放电控制值校准：将检测仪设定到恒流放电模式并设定放电电流，启动放电，检测放电电流和设定值间的差别，调整电位器或参数使二者保持一致。

e)恒压充电恒压值校准：将检测仪设定到恒压充电模式并设定恒定电压，启动充电，等待电池电压上升到恒定值后检测恒压值和设定值间的差别，调整电位器或参数使二者保持一致。

上述四个步骤在校准时可能会互相影响，即电流校准后可能导致电压测量值产生变化，需要来回往复多次校调才能满足精度要求。并且，每个电压和电流的校准通常最少需要检测两个点，一个用于校零，另一个用于校准增益。但由于整个测量通道中的非线性会导致测量值的非线性，因此往往需要来回重复调整参数才能满足整个测量范围的精度要求。或者通过多点分段，将整个测量范围分成若干线性区，在每个线性区分别校准。

无论采用哪种方式，都需要花费大量的人工，从而导致校准及检验周期加长，另一方面，这类校准蓄电池检测仪的步骤对校准工人技术及工作要求较高，不便于批量生产。

现有的蓄电池检测仪的负载，也就是检测仪的测试对象是单节或整组蓄电池。目前蓄电池检测仪校准负载采用蓄电池和直流稳压电源来实现，基本方法如下：

电压校准：往往采用可调稳压电源(或基准电源)提供不同的电压值进行校准；

充电电流校准：控制检测仪对蓄电池(组)进行充电，通过设定大小不同的充电电流来进行；

放电电流校准：控制检测仪对蓄电池(组)进行放电，通过设定大小不同的放电电流来进行，在实际使用中，通常会用直流稳压电源代替蓄电池来放电。但使用直流稳压电源时，必须保证检测仪不能处于充电模式，否则可能会损坏设备或直流稳压电源。

充电恒压点校准：一般采用电量充足的蓄电池(组)，通过检测仪对它进行恒压充电，当电压达到恒压点时，电压保持，此时判断恒压是否正确。但由于电池电压不能突变，这种方式只能校准一个恒压点，换一个恒压值则需换一组电池，使用起来不方便，而且等待电池达到恒压值时间较长。另一种方法是在电池端部串接可变电阻，恒压校准过程中，改变电阻值来改变被测端电压。

发明内容

为了克服已有的蓄电池充放电检测仪校准设备的需要花费大量的人工、校准周期长、不适合批量生产、校准精度低的不足，本发明提供一种既可以提高检测仪校准精度，极大减少粗大误差的产生几率，又可以节省大量的人工，大大缩短校准周期，适应批量生产的蓄电池充放电检测仪自动校准系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种蓄电池充放电检测仪自动校准系统，包括蓄电池模拟负载、采样控制模块和用以采集蓄电池充放电检测仪的信号并控制不同校准模式的上位机，所述上位机包括与蓄电池充放电检测仪通讯的通讯接口和与采集控制模块通讯的采集接口，所述采集接口与所述采样控制模块连接，所述采样控制模块与所述蓄电池模拟负载连接，所述蓄电池模拟负载的输出正极和输出负极与待校准的蓄电池充放电检测仪的输入端连接；

所述蓄电池模拟负载包括电压放大器、可调直流稳压电源、蓄电池、电子负载、取样电阻和继电器组；所述继电器组包括第一选择输入端、第二选择输入端、第三选择输入端、第四选择输入端和公用输出端；

所述电压放大器的输出端与所述第一选择输入端连接，所述可调直流稳压电源的输出端与所述第二选择输入端连接，所述电子负载的输出端与所述第三选择输入端连接，所述蓄电池的正极与所述第四选择输入端连接，所述电流取样电阻与蓄电池串接后与输出负极连接，所述公用输出端连接输出正极，所述输出负极接地；

所述电压放大器的输入端和可调直流稳压电源的输入端均连接采样控制模块的电压控制端口，所述电子负载的输入端连接采样控制模块的负载控制端口，所述蓄电池和电流取样电阻之间的节点与采样控制模块的电流采样端口连接，所述继电器组的公用输出端连接所述采样控制模块的电压采样端口，所述继电器组连接所述采样控制模块的继电器选通信号端口。

本发明的技术构思为：本发明所涉及的蓄电池充放电检测仪是指能够根据蓄电池种类及测试要求设定充放电流程及参数，测试过程中能控制单节或整组蓄电池自动完成充电、放电及其组合功能(如恒流充电、恒压充电、恒流放电等)，在电池充放电过程中检测电池电压、电流，并能将测试数据通过接口(RS-232、RS-485/422、USB或以太网接口等)传送到上位机，由上位机绘制测试曲线并对测试数据进行处理，如电池配组、故障检测、电池筛选等一系列功能的蓄电池专用检测设备。蓄电池充放电检测仪广泛应用于包括UPS电池、汽车电池、电动自行车电池、矿灯电池等各类蓄电池的容量检测、放电性能测试、充电性能测试、电池充放电循环寿命试验等一系列有关蓄电池的性能测试。

本发明的有益效果主要表现在：既可以提高检测仪校准精度，极大减少粗大误差的产生几率，又可以节省大量的人工，大大缩短校准周期，适应批量生产。

附图说明

图1为系统工作原理图。

图2为自动校准装置原理图。

图3为电池模拟负载组成及结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种蓄电池充放电检测仪自动校准系统，包括蓄电池模拟负载、采样控制模块和用以采集蓄电池充放电检测仪的信号并控制不同校准模式的上位机，所述上位机包括与蓄电池充放电检测仪通讯的通讯接口和与采集控制模块通讯的采集接口，所述采集接口与所述采样控制模块连接，所述采样控制模块与所述蓄电池模拟负载连接，所述蓄电池模拟负载的输出正极和输出负极与待校准的蓄电池充放电检测仪的输入端连接；

所述蓄电池模拟负载包括电压放大器、可调直流稳压电源、蓄电池、电子负载、取样电阻和继电器组；所述继电器组包括第一选择输入端、第二选择输入端、第三选择输入端、第四选择输入端和公用输出端；

所述电压放大器的输出端与所述第一选择输入端连接，所述可调直流稳压电源的输出端与所述第二选择输入端连接，所述电子负载的输出端与所述第三选择输入端连接，所述蓄电池的正极与所述第四选择输入端连接，所述电流取样电阻与蓄电池串接后与输出负极连接，所述公用输出端连接输出正极，所述输出负极接地；

所述电压放大器的输入端和可调直流稳压电源的输入端均连接采样控制模块的电压控制端口，所述电子负载的输入端连接采样控制模块的负载控制端口，所述蓄电池和电流取样电阻之间的节点与采样控制模块的电流采样端口连接，所述继电器组的公用输出端连接所述采样控制模块的电压采样端口，所述继电器组连接所述采样控制模块的继电器选通信号端口。

蓄电池充放电可调模拟负载：如图3所示，电池模拟负载由电压放大器、可调直流稳压电源、蓄电池、电子负载、取样电阻、继电器组等几部分组成。

a)电压放大器：图3中所描述的电压放大器能够实现将采集卡输出的“电压控制DA”值通过放大得到和被测电池(组)量程一致的电压值，该电压值用于对电池电压测量时模拟电池静态电压。改变采集卡DA值就相当于改变电池电压值，从而使校准装置能够输出任意电压值给蓄电池检测仪，在蓄电池检测仪电压监测过程中提供被测信号。

b)可调直流稳压电源：图3中描述的可调直流稳压电源是一种输出电压随“电压控制DA”值变化而变化的电源，有关该电源的细节本发明中不多作描述。由于采集卡仅提供2路DA值，且可调直流稳压电源与电压放大器不同时工作，因此两者公用“电压控制DA”信号。可调直流稳压电源在电池放电测试过程中用于代替蓄电池放电，而不必担心电池放电导致电压下降甚至过放电而损坏电池。

c)蓄电池及可调电子负载：蓄电池和可调电池负载用于蓄电池充电检测。在充电过程中可直接对蓄电池充电，也可通过可调负载再给蓄电池充电。可调负载由采集卡“可调负载DA”控制，改变“可调负载DA”即可改变可调电子负载两端电压。可调电子负载和蓄电池构成一个整体，用于模拟被测电池电压变化。由于电池充电过程中电压变化缓慢，为了能实现快速恒压充电校准，必须能够快速改变电池端电压，因此采用可调负载和蓄电池串联来模拟实际电池电压变化过程。

d)取样电阻：取样电阻用于将电流值转换为电压，以便于采集卡实现电流采样。

e)继电器组：继电器组受采集卡控制，实现在不同测试工况时，选通不同的输入信号源。

本实施例的电压自动校准实现步骤：

a)如图3所示，由计算机控制蓄电池模拟负载的“继电器选通信号”，选通“电压放大器”；

b)高精度采集卡发送“电压控制DA”，经“电压放大器”及“继电器组”输出至蓄电池检测仪，该信号用于模拟蓄电池(组)电压；

c)蓄电池检测仪采集到蓄电池(组)电压后，通过通讯口传送给计算机；

d)计算机将高精度采集卡采集到的“电压采样AD”值，以及蓄电池检测仪传送过来的电压值记录下来；

e)根据预先设定的校准步骤及参数，由计算机改变“电压控制DA”值，重复步骤b，直至完成用户设定的所有电压校准点；

f)计算机根据记录下的一组数据，采用分段线性拟合的方式，对参数进行分析计算，获得有关该检测仪的一组电压校准参数；

g)计算机通过通讯口将电压校准参数传送到蓄电池检测仪，完成电压校准。

本实施例的充电及放电电流自动校准实现步骤：

a)由计算机控制蓄电池模拟负载的“继电器选通信号”，选通“蓄电池(组)”；

b)计算机将设定的电流值通过通讯口发送给蓄电池检测仪，并向检测仪发送启动充电/放电指令；

c)蓄电池检测仪接收到参数及启动命令后，对蓄电池进行充电/放电；等充电/放电电流稳定后，检测仪将采集到的蓄电池(组)充电/放电电流值通过通讯口传送给计算机；

d)计算机将设定的电流值、高精度采集卡采集到的“电流采样AD”值，以及蓄电池检测仪传送过来的电流值记录下来；

e)根据预先设定的校准步骤及参数，由计算机改变充电/放电电流设定值，重复步骤b，直至完成用户设定的所有电流校准点；

f)计算机根据记录下的一组高精度采集卡采集到的“电流采样AD”值，以及蓄电池检测仪传送过来的电流值数据，采用分段线性拟合的方式，对参数进行分析计算，获得有关该检测仪的一组充电/放电电流校准参数；

g)计算机根据记录下的一组电流设定值，和蓄电池检测仪传送过来的电流值数据，采用分段线性拟合的方式，对参数进行分析计算，获得有关该检测仪的一组充电/放电电流控制值校准参数；

h)计算机通过通讯口将充电/放电电流校准参数和充电/放电电流控制校准参数传送到蓄电池检测仪，完成充电/放电电流及控制值校准。

本实施例的恒压充电自动校准实现步骤：

a)由计算机控制蓄电池模拟负载的“继电器选通信号”，选通“电子负载”；

b)计算机将设定的恒压值通过通讯口发送给蓄电池检测仪，并向检测仪发送启动恒压充电指令；

c)蓄电池检测仪接收到参数及启动命令后，对蓄电池进行恒压充电；

d)计算机自动改变“负载控制DA”，模拟电池充电过程端电压变化，直至蓄电池检测仪进入恒压控制为止；

e)检测仪将采集到的蓄电池(组)电压值通过通讯口传送给计算机；

f)计算机将设定的“恒压值”，以及蓄电池检测仪传送过来的电压值记录下来；

g)根据预先设定的校准步骤及参数，由计算机改变恒压充电电压设定值，重复步骤b，直至完成用户设定的所有电压恒压值校准点；

i)计算机根据记录下的一组数据，采用分段线性拟合的方式，对参数进行分析计算，获得有关该检测仪的一组恒压充电校准参数；

j)计算机通过通讯口将充电/放电校准参数传送到蓄电池检测仪，完成恒压充电校准。

本实施例的自校准装置及自校准检测软件：设计了专用的自动校准装置。该装置采用美国NI公司的PXI-1042机箱/PXI-8106控制器，高精度采集卡采用NI公司的PXI-6281卡，该卡包含16通道18位A/D和2通道16位D/A的数据采集(DAQ)模块，精度高，功能多，能满足蓄电池检测仪测量及控制精度要求。

软件开发采用NI的Measurement Studio及Microsoft VisualStudio。除了实现基本的自校准功能外，还可以根据测量情况自动计算每个点的误差值，自动判断仪器的精度能否满足要求、生成检测报告。能对每台仪器输入基本参数，如设备型号、检验日期、出厂编号等，能根据出厂编号，记录测试结果。根据记录的测试数据，自动计算每一批被校准仪器合格率、误差分布等各类分析数据。

Claims (1)

1.一种蓄电池充放电检测仪自动校准系统，其特征在于：所述蓄电池充放电检测仪校准系统包括蓄电池模拟负载、采样控制模块和用以采集蓄电池充放电检测仪的信号并控制不同校准模式的计算机，所述计算机包括与蓄电池充放电检测仪通讯的通讯接口和与采样控制模块通讯的采集接口，所述采集接口与所述采样控制模块连接，所述采样控制模块与所述蓄电池模拟负载连接，所述蓄电池模拟负载的输出正极和输出负极与待校准的蓄电池充放电检测仪的输入端连接；

所述蓄电池模拟负载包括电压放大器、可调直流稳压电源、蓄电池、电子负载、电流取样电阻和继电器组；所述继电器组包括第一选择输入端、第二选择输入端、第三选择输入端、第四选择输入端和公用输出端；

所述电压放大器的输出端与所述第一选择输入端连接，所述可调直流稳压电源的输出端与所述第二选择输入端连接，所述电子负载的输出端与所述第三选择输入端连接，所述电子负载的另一输出端与蓄电池的正极相串接，所述蓄电池的正极与所述第四选择输入端连接，所述电流取样电阻与蓄电池串接后与输出负极连接，所述公用输出端连接输出正极，所述输出负极接地；

所述电压放大器的输入端和可调直流稳压电源的输入端均连接采样控制模块的电压控制端口，所述电子负载的输入端连接采样控制模块的负载控制端口，所述蓄电池和电流取样电阻之间的节点与采样控制模块的电流采样端口连接，所述继电器组的公用输出端连接所述采样控制模块的电压采样端口，所述继电器组连接所述采样控制模块的 继电器选通信号端口；

当进行电压自动校准时，蓄电池充放电检测仪采集到电压放大器的输出电压后，通过通讯口传送给计算机，计算机计算出蓄电池充放电检测仪的电压校准参数后，通过通讯接口将电压校准参数传送到蓄电池充放电检测仪，完成电压校准；

当进行充电及放电电流自动校准时，计算机将设定的电流值通过通讯口发送给蓄电池检测仪，并向检测仪发送启动充电/放电指令，蓄电池充放电检测仪接收到参数及启动命令后，对蓄电池进行充电/放电；等充电/放电电流稳定后，检测仪将采集到的蓄电池充电/放电电流值通过通讯口传送给计算机，计算机计算出蓄电池充放电检测仪的充电/放电电流校准参数，计算机根据记录下的一组电流设定值，和蓄电池检测仪传送过来的电流值数据，采用分段线性拟合的方式，对参数进行分析计算，获得有关该检测仪的一组充电/放电电流控制值校准参数，通过通讯口将充电/放电电流校准参数和充电/放电电流控制校准参数传送到蓄电池检测仪，完成充电/放电电流及控制值校准；

当进行恒压充电自动校准时，计算机将设定的恒压值通过通讯口发送给蓄电池检测仪，并向检测仪发送启动恒压充电指令，蓄电池充放电检测仪将采集到的蓄电池电压值通过通讯口传送给计算机，计算机计算出蓄电池充放电检测仪的恒压充电校准参数后，通过通讯口将上述参数传送到蓄电池充放电检测仪，完成恒压充电校准。 

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