CN102445664A - 电池组综合测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组综合测试装置，要解决的技术问题是对电池组的静态参数、动态参数进行综合测试，降低电池制造成本。本发明设有充放电机，充放电机分别连接声光显示单元、通信单元模组和继电器接点单元。本发明与现有技术相比，电池组综合测试装置与电池组数据接口连接，读取电池组中的单节电池的电压、温度，直流阻抗值和交流阻抗值，经计算机分析，找出电池组中电压、温度、电阻、交流阻抗有异常的单节电池，做出判断，形成数据库记录，完成电池组的充电和放电测试，找出电池组中充放电功能异常的电池，并能读取电池组的充电和放电电压，充电和放电电流，读取并计算电池组的负载阻抗，电池组温度数据，并将数据传回到计算机，写入数据库。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池制造设备，特别是一种电池制造过程中的测试设备。
背景技术
在电池制造行业，需要对半成品和成品电池及其电池组进行全面的测试，以保证电池及其电池组的质量和使用的可靠性。随着电子工业的发展，各类电子产品对电池在品质上的要求越来越高，尤其是当电动汽车被确定为我国新能源汽车的发展方向后，对电池的性能要求更加严格，需要对电池的各项性能进行综合检测。现有技术的电池制造行业中使用的各种检测仪，其功能单一，不能同时对电池的各项性能指标进行综合测试，不仅测试效率低，增加了制造成本，还会出现测试电池的电压时不能符合技术规范的要求，测试电池的电流时不能满足要求之类的情况出现，导致不能对电池进行综合评价。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池组综合测试装置，要解决的技术问题是对电池组的静态参数、动态参数进行综合测试，降低电池制造成本。
本发明采用以下技术方案：一种电池组综合测试装置，设有充放电机，充放电机分别连接声光显示单元、通信单元模组和继电器接点单元；所述充放电机给出电池组综合测试装置测试被测试电池组时的电压、电流信号；所述声光显示单元给出电池组综合测试装置测试电池组的工作状态信息；所述通信单元模组负责充放电机与被测电池组之间的数据通信工作；所述继电器接点单元配合被测电池组的功能控制开关接点，测试电池组的开关功能。
本发明的充放电机通过RS232、RS485、CAN总线或LAN总线的接入方式与计算机连接。
本发明的电池组综合测试装置设有多温度电压采集模块，所述多温度电压采集模块设有第三单片机，第三单片机连接第四通信单元、模数转换器、多路温度传感器。
本发明的充放电机由第五通信单元、第四单片机、数模转换单元、模数转换单元、反馈控制单元、电流反馈单元及电流采样单元、电压反馈及电压采样单元、直流电源单元、充电单元和放电单元组成；所述第四单片机经第五通信单元接计算机，第四单片机接数模转换单元和模数转换单元，数模转换单元通过反馈控制单元分别连接到充电单元、放电单元、电流反馈及电流采样单元和电压反馈及电压采样单元，模数转换单元与电流反馈及电流采样单元、电压反馈及电压采样单元相连接，直流电源单元负极接地，正极连接充电单元，充电单元的输出正极与放电单元的输入正极相连接，充电单元的输出负极与放电单元的输入负极相连接，充电单元的输出正极与放电单元的输入正极相连接点经电流采样接入电流反馈单元。
本发明的通信单元模组设有第一单片机，第一单片机连接第一通信单元，I2C接口、SPI接口、SMBUS接口或者CAN总线接口。
本发明的继电器接点单元设有第二单片机，第二单片机接第二通信单元驱动器，驱动器连接继电器的控制触头。
本发明的驱动器和继电器是八组。
本发明的充放电机、声光显示单元、通信单元模组、继电器接点单元和多温度电压采集模块设置在一个机箱或机柜里面。
本发明的通信单元模组连接有通信接口，继电器接点单元连接有继电器接点输出口，充放电机连接有充放电接口，多温度电压采集模块连接有多温度电压采集模块接口；所述通信接口、继电器接点输出口、充放电接口和多温度电压采集模块接口设置在机箱或机柜上。
本发明的声光显示单元中的发声装置和光显示分开设置，光显示采用发光二极管灯和液晶显示器，声显示蜂鸣器或小喇叭，计算机采用戴尔DELL计算机，通信接口采用针座VH-4A，继电器接点输出口采用针座VH-8A，充放电接口采用针座XH-8A，多温度电压采集模块接口采用针座VH-2A，第一、第二、第三、第四通信单元采用RS232，第五通信单元采用光电耦合器或磁电耦合器件，第一、第二、第三、第四单片机采用微处理芯片AT89C52，驱动器采用芯片2803，数模转换单元采用DAC7568芯片，模数转换单元采用ADS 1247芯片，反馈控制单元采用运算放大器LM358或者OP07运算放大器芯片，电流反馈单元采用LM358或者OP07运算放大器芯片，电流采样单元采用电流取样电阻或者霍尔传感器，电压反馈及电压采样单元采用LM358或者OP07运算放大器芯片，直流电源单元采用交流220V至直流12V-300V的电源转换器，充电单元采用RP-400S电源模组单元，放电单元采用IRFP150M构成的电子负载单元模组。
本发明与现有技术相比，电池组综合测试装置与不同的电池组数据接口连接，读取电池组中的单节电池的电压、温度，直流阻抗值和交流阻抗值，经计算机分析，找出电池组中电压、温度、电阻、交流阻抗有异常的单节电池，做出判断，输出信号，形成数据库记录，完成电池组的充电和放电测试，找出电池组中充放电功能异常的电池，并能读取电池组的充电和放电电压，充电和放电电流，读取并计算电池组的负载阻抗，电池组温度数据，并将数据传回到计算机，写入数据库。
附图说明
图1是本发明的电池组综合测试装置结构示意图。
图2是本发明的电池组综合测试装置组成框图。
图3是本发明的电池综合测试装置与电池组连接示意图。
图4是本发明的通信单元模组的结构示意图。
图5是本发明的继电器接点单元结构示意图。
图6是本发明的多温度电压采集模块结构示意图。
图7是本发明的充放电机的电路框图。
图8是本发明使用时的四电极连接图。
图9是本发明使用时的八电极连接图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明的电池组综合测试装置，设有充放电机CDS，CDS分别连接声光显示单元、通信单元模组GGS、继电器接点单元和多温度电压采集模块MTVS。CDS、声光显示单元、GGS、继电器接点单元和MTVS设置在一个机箱或机柜里面。CDS通过RS232、RS485、CAN总线或LAN总线的接入方式与计算机连接。
如图2所示，电池组综合测试装置设置有通信接口、继电器接点输出口、充放电接口和MTVS接口。所述通信接口、继电器接点输出口、充放电接口和MTVS接口设置在电池组综合测试装置的机箱或机柜上。
所述GGS连接通信接口，继电器接点单元连接继电器接点输出口，CDS连接充放电接口，MTVS连接MTVS接口。
如图3所示，本发明的电池组综合测试装置测试电池组时，其通信接口，继电器接点输出口，充放电接口，MTVS接口，分别从电池组综合测试装置机箱中对应的GGS、继电器接点单元、CDS和MTVS上接出连接线，连接到电池组综合测试装置的通信接口、继电器接点输出口、充放电接口和MTVS接口，所述各个接口分别通过一根与电池组配套的连接线与电池组的对应接口连接，进行测试。所述配套的电池组连接线根据不同的电池组端口来选定。
所述声光显示单元给出电池组综合测试装置测试电池组的工作状态信息。如：电池组电压是否正常信息的显示，电池组充电结束和放电结束信息的显示，测试结果的合格或者不合格显示，电池组温度是否正常的信息显示。操作人员可通过声光显示单元方便的看到此时电池组测试的工作状态。
所述GGS负责电池组综合测试装置与被测电池组之间的数据通信工作。GGS采用控制器局域网络总线CAN、高速同步串行口SIP、系统管理总线SMBUS或两线式串行总线I2C，通过通信协议与被测电池组进行数据通信。
所述GGS经通信接口与电池组的数据通信接口连接，按照电池行业中的BQ76PL536，MAX6870，BQ2060A，BQ20Z75，BQ2030，BQ77910，BQ76PL102，BQ78PL114，AD7280，AD821X，AD8280，ADA6870，ADA6871，ISL78600，LTC6802-1，MAX11068，BQ78PL116和BQ77PL900规范书中的规范连接，通信接口采用I2C接口、SPI接口、SMBUS接口或CAN总线接口，通过这些接口可以与不同的电池组数据通信接口连接，读取电池组管理单元(例如电池管理系统BMS)里面的数据，并也可将数据传回，供计算机分析处理，还可以写入数据库，通过一个文件附件的形式来展示，所述数据库是操作人员在计算机中建立的一个文件夹，专门用来存放测试数据的。
如图4所示，所述GGS设有第一单片机MCU1，第一单片机连接第一通信单元，I2C接口、SPI接口、SMBUS接口或者CAN总线接口。其中，I2C接口、SPI接口、SMBUS接口和CAN总线接口，可以用于分别连接外部电池组对应通信协议接口。
所述第一单片机经第一通信单元与所述计算机连接，第一单片机执行计算机下达的与被测电池组之间的数据通信指令，经过第一单片机做内部指令处理和协议转换，按照I2C、SPI、SMBUS或者CAN四种协议标准来采集电池组的实时数据信息，采集到所需信息后，第一单片机将数据信息再经过通信单元传送给计算机。
所述第一通信单元采用RS232或RS485。
所述第一单片机采用51系列单片机，ARM M0系列，AVR Mega128单片机，或DSP(MPS430)处理器。
通信协议接口为四种接口：I2C接口协议、SPI接口协议、SMBUS接口协议，或者CAN2.0接口协议。
所述继电器接点单元接收计算机的控制指令，控制继电器接点单元的继电器接点有序的动作，配合被测电池组的功能控制开关接点，测试被测电池组的开关功能，测量电池组电路的各个位置电阻值和电池组的交流电阻值ACR。
如图5所示，所述继电器接点单元设有第二单片机MCU2，第二单片机接第二通信单元与八个驱动器，每个驱动器连接继电器的控制触头。在此，第二单片机可以控制驱动8个继电器同时工作。与第二通信单元并联有串接的第三通信单元、交流/直流电阻测试仪。
当计算机给继电器接点单元下达测试操作指令，命令继电器接点单元，配合被测电池组的功能控制，做出有序的继电器接点动作，用来测试电池组的开关功能。计算机下达的指令经过第二通信单元传送给第二单片机，经过第二单片机做内部指令处理后传给八个驱动器，按操作指令驱动继电器执行相对应的继电器接点动作。交流/直流电阻测试仪用于测试电池组内阻的仪器。
第二、第三通信单元采用RS232或RS485。
第二单片机采用51系列单片机，ARM M0系列，AVR Mega128单片机，或DSP(MPS430)处理器。
驱动器采用芯片2803。
继电器采用欧姆龙的G2R。
交流/直流内阻测试仪采用日置交流/直流内阻测试仪。
如图6所示：所述MTVS设有第三单片机MCU3，第三单片连接第四通信单元、模数转换器ADC、多路温度传感器。
所述MTVS与电池组的综合信号接口MSP相连接，计算机通过MTVS，读取被测电池组中各个单节电池的电压、多个位置的温度，并可以写入数据库，并可以找出电压、温度有异常的电池组，做出判断，并在声光显示单元上显示判断的结果。
计算机经过通信接口发送测试电池组中单节电池的电压、多个位置的温度的操作指令给第三单片机，经过第三单片机做内部指令处理后，分别将测试电压的命令发送给ADC，将测试温度的命令发送给多路温度传感器。第三单片机利用16路ADC接口采集电池组中各个单节电池的电压；利用16路多温度传感器接口采集电池组的多个位置的温度。第三单片机再把采集到的各个单节电池的电压数据和温度数据信息通过第四通信单元传给计算机。
第四通信单元采用RS232或RS485。
第三单片机采用51系列单片机，ARM M0系列，AVR Mega128单片机，或DSP(MPS430)处理器。
ADC采用模数转换芯片ADS1248和16路切换开关AQW212。
多路温度传感器采用负温度系数热敏电阻器NTC或者数字温度传感器ADT75。
如图7所示，所述CDS给出电池组综合测试装置测试被测试电池组时的电压、电流信号，CDS由第五通信单元、第四单片机MCU4、数模转换单元DAC、模数转换单元ADC、反馈控制单元、电流反馈单元及电流采样单元、电压反馈及电压采样单元、直流电源POWER单元、充电单元和放电单元组成。
所述MCU4经第五通信单元与所述计算机连接，即所述“CDS通过RS232、RS485、CAN总线或LAN总线的接入方式与计算机连接”，所述MCU4负责执行计算机下达的各种数据处理命令，经DAC发送指令，DAC通过反馈控制单元分别连接到充电单元、放电单元、电流反馈及电流采样单元和电压反馈及电压采样单元，ADC通过与电流反馈及电流采样单元和电压反馈及电压采样单元相连接，来采样被测试电池组的实时电压和电流，反馈给MCU4。POWER负极接地，正极连接充电单元，为CDS提供所需的电压。充电单元与放电单元是独立的，CDS对电池组进行充电时，放电单元处于休息状态，不进行工作，CDS对电池组进行放电时，充电单元处于休息状态，不进行工作。充电单元、放电单元都与电流采样单元相连接，即不管是在放电情况下还是充电情况下，都要进行电流采样工作，电流采样单元接电流反馈单元。充电单元的输出正极与放电单元的输入正极相连接，充电单元的输出负极与放电单元的输入负极相连接。充电单元的输出正极与放电单元的输入正极相连接点经电流采样接入电流反馈单元，电流反馈单元连接到反馈控制单元和ADC单元。
第五通信单元采用光电耦合器或磁电耦合器件。
DAC采用DAC7568芯片，进行数模转换。
ADC采用ADS1247芯片，进行模数转换。
反馈控制单元采用运算放大器来实现。
充电单元采用N沟道的金属氧化物半导体MOS管或者P沟道的MOS管。
放电单元采用N沟道的MOS管或者P沟道的MOS管。
POWER单元采用现有技术的交流220V至直流12V的电源转换器。
电流反馈单元，电压反馈及电压采样单元均采用运算放大器来实现反馈效果。
电流采样单元利用电流取样电阻，或者霍尔传感器进行电流采样。
CDS用于测试电池组的充电和放电的电压、电流，判断电池组的充放电功能是否正常，读取电池组的充电电压和放电电压数据、充电电流和放电电流数据，计算电池组的充电电压上升率数值、放电电压下降率数值，读取电池组的温度数据，并将所述充电电压和放电电压数据、充电电流和放电电流数据、充电电压上升率数值、放电电压下降率数值、温度数据，发送到计算机，写入计算机的数据库。CDS能识别电池组的电压极性，发出声光显示信号，保护电池组不因过度的充放电而被损坏。CDS具备恒电流充电和恒电流放电、恒电压充电和恒电压放电、恒功率充电和恒功率放电、恒电阻充电和恒电阻放电功能。
恒电流充电和恒电流放电的实现过程，计算机给CDS发送恒电流充电或者恒电流放电的操作指令，CDS收到操作指令后，CDS中的MCU发送恒电流充电或者恒电流放电操作指令给DAC单元，经DAC数模转换后通过反馈控制单元传送给充电单元或者放电单元，充电单元就会对电池组进行恒电流充电或者放电单元对电池组进行恒电流放电。
恒电压充电和恒电压放电的实现过程，计算机给CDS发送恒电压充电或者恒电压放电的操作指令，CDS收到操作指令后，CDS中的MCU发送恒电压充电或者恒电压放电操作指令给DAC单元，经DAC数模转换后通过反馈控制单元传送给充电单元或者放电单元，充电单元就会对电池组进行恒电压充电或者放电单元对电池组进行恒电压放电。
恒功率充电和恒功率放电的实现过程，计算机给CDS发送恒功率充电或者恒功率放电的操作指令，CDS收到操作指令后，CDS中的MCU发送恒功率充电或者恒功率放电操作指令给DAC单元，经DAC数模转换后通过反馈控制单元传送给充电单元或者放电单元，充电单元就会对电池组进行恒功率充电或者放电单元对电池组进行恒功率放电。
恒电阻充电和恒电阻放电的实现过程，计算机给CDS发送恒电阻充电或者恒电阻放电操作指令，CDS收到操作指令后，CDS中的MCU发送恒电阻充电或者恒电阻放电操作指令给DAC单元，经DAC数模转换后通过反馈控制单元传送给充电单元或者放电单元，充电单元就会对电池组进行恒电阻充电或者放电单元对电池组进行恒电阻放电。
本发明的电池组综合测试装置与电池组的连接可以采用充放电共接口的四电极模式，将充电接口和放电接口共用，也可采用充放电接口分开的八电极模式，将充电接口和放电接口分开，这样可以有效的减小电池组综合测试装置接口与电池组连线之间的导线电阻误差而引起的电压测量误差，提高测试的精准度。
充放电共接口的四电极模式，充电和放电共用一个接口，充放电电流正极I+和电压检测正电极V+共同连接电池组的正极P+，充放电电流负极I-和电压检测负电极V-共同连接电池组的正极P-。如图8所示：I+是电流检测正极，I-是电流检测负极；V+是电压检测正极，V-是电压检测负极。I+，I-用于测试电池组充放电时的电流。V+，V-用于测试电池组充放电的实时电压。因为电池组的充电放电是两个不同时段的动作，所以我们可以采用此四电极模式来采样电流值和电压值。
如图9所示，充电接口和放电接口分开的八电极模式，充电电极和放电电极分开使用，充电电流正极IC+和充电电压检测正极VC+，共同接入电池组充电输入正极1P1+。充电电流负极IC-和充电电压检测负极VC-，共同接入电池组充电输入负极1P1-。放电电流正极ID+和放电电压检测正极VD+，共同接入电池组放电输出正极2P2+。放电电流负极ID-和放电电压检测负极VD-，共同接入电池组放电输出负极2P2-。IC+是充电电流检测正极，VC+是充电电压检测正极；IC-是充电电流检测负极，VC-是充电电压检测负极。ID+是放电电流检测正极，VD+是放电电压检测正极；ID-是放电电流检测负极，VD-是放电电压检测负极。在八电极中，我们是利用将充电，放电的电压，电流分开采样的方式来完成电流值，电压值的采样。
实施例，声光显示单元中的发声装置和光显示是分开设置的，光显示采用现有技术的发光二极管LED灯和LCD液晶显示器，声显示蜂鸣器或小喇叭。CDS经RS232与计算机连接，计算机采用戴尔DELL计算机Pentium(R)Dual-Core CPU E5700，WINDOWS XP系统。
通信接口采用针座VH-4A，继电器接点输出口采用针座VH-8A，充放电接口采用针座XH-8A，MTVS接口采用针座VH-2A。
CDS的通信单元采用RS232，第一、第二、第三、第四单片机采用微处理芯片AT89C52，数模转换单元DAC采用DAC7568芯片，模数转换单元ADC采用ADS1247芯片，反馈控制单元采用运算放大器LM358或者OP07运算放大器芯片，电流反馈单元采用LM358或者OP07运算放大器芯片，电流采样单元利用电流取样电阻或者霍尔传感器，电压反馈及电压采样单元采用LM358或者OP07运算放大器芯片，直流电源POWER单元采用交流220V至直流12V-300V的电源转换器，充电单元采用深圳市瑞能实业有限公司的RP-400S电源模组单元，放电单元采用IRFP150M构成的电子负载单元模组。
本发明的电池组综合测试装置有效的解决了目前行业内，电池组检测设备测试功能的单一性问题。本发明把检测电池组电压，容量，充放电电流，电池组的DCR，ACR，充放电电压台阶，电池组单节电池电压平衡功能测试，充放电情况下的温度侦测，集合在一个机箱中，可以同时对电池组进行上述功能的检测，是一种综合性的电池组检测设备，可以简化人工对电池组测试时的操作工序，减少人为错误因素，提升产业化的先进高度，提升电池组测试工作的自动化能力。这样不仅可以提高组装后成品电池组的合格率，还可以提高生产效率，节约生产成本。
Claims (10)
1.一种电池组综合测试装置，其特征在于：所述电池组综合测试装置设有充放电机，充放电机分别连接声光显示单元、通信单元模组和继电器接点单元；所述充放电机给出电池组综合测试装置测试被测试电池组时的电压、电流信号；所述声光显示单元给出电池组综合测试装置测试电池组的工作状态信息；所述通信单元模组负责充放电机与被测电池组之间的数据通信工作；所述继电器接点单元配合被测电池组的功能控制开关接点，测试电池组的开关功能。
2.根据权利要求1所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述充放电机通过RS232、RS485、CAN总线或LAN总线的接入方式与计算机连接。
3.根据权利要求2所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述电池组综合测试装置设有多温度电压采集模块，所述多温度电压采集模块设有第三单片机，第三单片机连接第四通信单元、模数转换器、多路温度传感器。
4.根据权利要求1、2或3所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述充放电机由第五通信单元、第四单片机、数模转换单元、模数转换单元、反馈控制单元、电流反馈单元及电流采样单元、电压反馈及电压采样单元、直流电源单元、充电单元和放电单元组成；所述第四单片机经第五通信单元接计算机，第四单片机接数模转换单元和模数转换单元，数模转换单元通过反馈控制单元分别连接到充电单元、放电单元、电流反馈及电流采样单元和电压反馈及电压采样单元，模数转换单元与电流反馈及电流采样单元、电压反馈及电压采样单元相连接，直流电源单元负极接地，正极连接充电单元，充电单元的输出正极与放电单元的输入正极相连接，充电单元的输出负极与放电单元的输入负极相连接，充电单元的输出正极与放电单元的输入正极相连接点经电流采样接入电流反馈单元。
5.根据权利要求1、2或3所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述通信单元模组设有第一单片机，第一单片机连接第一通信单元，I2C接口、SPI接口、SMBUS接口或者CAN总线接口。
6.根据权利要求1、2或3所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述继电器接点单元设有第二单片机，第二单片机接第二通信单元驱动器，驱动器连接继电器的控制触头。
7.根据权利要求6所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述驱动器和继电器是八组。
8.根据权利要求1、2或3所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述充放电机、声光显示单元、通信单元模组、继电器接点单元和多温度电压采集模块设置在一个机箱或机柜里面。
9.根据权利要求8所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述通信单元模组连接有通信接口，继电器接点单元连接有继电器接点输出口，充放电机连接有充放电接口，多温度电压采集模块连接有多温度电压采集模块接口；所述通信接口、继电器接点输出口、充放电接口和多温度电压采集模块接口设置在机箱或机柜上。
10.根据权利要求9所述的电池组综合测试装置，其特征在于：所述声光显示单元中的发声装置和光显示分开设置，光显示采用发光二极管灯和液晶显示器，声显示蜂鸣器或小喇叭，计算机采用戴尔DELL计算机，通信接口采用针座VH-4A，继电器接点输出口采用针座VH-8A，充放电接口采用针座XH-8A，多温度电压采集模块接口采用针座VH-2A，第一、第二、第三、第四通信单元采用RS232，第五通信单元采用光电耦合器或磁电耦合器件，第一、第二、第三、第四单片机采用微处理芯片AT89C52，驱动器采用芯片2803，数模转换单元采用DAC7568芯片，模数转换单元采用ADS1247芯片，反馈控制单元采用运算放大器LM358或者OP07运算放大器芯片，电流反馈单元采用LM358或者OP07运算放大器芯片，电流采样单元采用电流取样电阻或者霍尔传感器，电压反馈及电压采样单元采用LM358或者OP07运算放大器芯片，直流电源单元采用交流220V至直流12V-300V的电源转换器，充电单元采用RP-400S电源模组单元，放电单元采用IRFP150M构成的电子负载单元模组。
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