CN103543409B - 一种动力电池测试及老化循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池测试及老化循环系统，包括上位机上位机分两路接出，一路为充电测试回路，另一路为放电测试回路，两回路共用一单片机与上位机双向连接；充电测试回路连接电池测试仪，电池测试仪连接被测电池组；放电测试回路连接大功率DC-DC转换器及散热箱，大功率DC-DC转换器及散热箱连接被测电池组；电池组连接数据采集卡；数据采集卡连接多路转换开关，多路转换开关与单片机连接。本发明集系统数据采集、数据处理、充放电控制、数据显示、打印于一体，可实时检测电压、充放电电流、电池壳体温度、估计电池容量及剩余电量等性能。解决了电动自行车、电动汽车用动力电池检测及老化的难题。

Description

一种动力电池测试及老化循环系统

技术领域

本发明涉及动力电池电池测试技术领域，具体涉及一种动力电池测试及老化循环系统。

背景技术

动力电池是一个新兴的新能源领域，其产品特点是电压高，容量大，并且能持续大电流放电；对于普通的测试设备基于以上特点没有办法检测电池的功能及电量。近年来，由于环境污染和石油资源日益枯竭，电动自行车、电动汽车、电动工具等已成为世界新能源领域研究和发展的热点，电动自行车、电动汽车的一些关键技术也相继取得突破，如锂电池技术、能源管理系统、电力驱动及其控制技术和车体技术等关键技术已经开始进入实际应用阶段。相对其它关键技术，锂电池技术仍不是十分成熟且成本较高，是当前制约电动自行车、电动汽车应用的主要瓶颈技术。因此，选择合适的锂电池并加以合理的使用对电动自行车，电动汽车来说是十分重要的。

为了正确地评价、选择和合理地使用锂电池，有必要在电动自行车、电动汽车的实际应用条件下对锂电池进行试验和研究。由于锂电池车载试验成本高、测试手段受限等因素，导致目前还没有可实时有效检测动力电池的单体（或模块）电压、充放电电流、电池壳体温度、估计电池容量及剩余电量等性能指标的检测设备。

另外，现有测试设备还存在以下技术缺点：简单的充放，没有联机、没有温度管理、没有电池容量显示及充电电量控制功能、另外老化出来的数据也不能打印及长久保存，做不到智能控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可实时检测动力电池的单体（或模块）电压、充放电电流、电池壳体温度、估计电池容量及剩余电量等性能指标的测试及老化循环系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：包括上位机、电池测试仪、大功率DC-DC转换器及大功率DC-DC转换器及大功率散热箱，上位机作为工控机，上位机分两路接出，其中一路为充电测试回路，另一路为放电测试回路，两回路共用一单片机与上位机双向连接；充电测试回路连接电池测试仪，电池测试仪连接被测电池组；其中一电池用于内阻及剩余电量测试并连接数据采集卡，另一电池用于充电电压电流信号测试并连接数据采集卡；放电测试回路连接大功率DC-DC转换器及散热箱，大功率DC-DC转换器及散热箱连接被测电池组；其中一电池用于内阻及剩余电量测试并连接数据采集卡，另一电池用于放电电压电流信号测试并连接数据采集卡；数据采集卡连接多路转换开关，多路转换开关与单片机连接。

进一步地，电池组与数据采集卡之间连接有温度传感器。

进一步地，多路转换开关与单片机之间设置有A/D转换器。

进一步地，所述电池测试仪包括机架，机架正面安装有前挡板，侧面安装有侧挡板，上面安装有上挡板，下面安装有下挡板，后面安装有后挡板，机架和各挡板构成机箱；在前挡板上设有显示屏、拨动开关、功能按钮、放电端口正极和放电端口负极，在后挡板上设有通讯接口（RS232接口）；在机箱内设有控制板、散热器、PCB板和电源，电源连接控制板、散热器和PCB板，PCB板上设有功率管和水泥电阻，散热器设于两侧，控制板、PCB板和电源设于散热器之间，其中电源包括130W电源和30W电源，大功率DC-DC转换器；显示屏、拨动开关、功能按钮、放电端口及通讯接口连接控制板。

进一步地，在机箱内设有中挡板，电源安装于中挡板上，电源下面安装有电源隔板。

进一步地，在上挡板上安装有风扇，侧挡板上设有对流孔，后挡板和下挡板上设有通风孔。

所述系统包括256个单元，每个单元包括8个测试及老化通道（或点）；每一单元内8个测试及老化通道内实现电量转移的具体实现过程为：

1）．8个待测电池和测试系统的其中某一个单元连接好；

2）．用4A的快速充电器给单元的第一个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

3）．当单元第一个通道的电池满充后，系统将其通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

4）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小（系统上位机软件设置参数，可是任意值）；

5）．当单元第一通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

6）．用4A的快速充电器给单元的第二个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

7）．当单元第二个通道的电池满充后，系统将其通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

8）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小（系统上位机软件设置参数，可是任意值）；

9）．当单元第二通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

10）．用4A的快速充电器给单元的第三个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

11）．当单元第三个通道的电池满充后，系统将单元其它通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

12）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小（系统上位机软件设置参数，可是任意值）；

13）．当单元第三通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

14）．依照以上顺序可以完成第四、五、六、七、八通道的节能老化测试；

15）．重复以上第2-14的步操作以完成对单元八个通道的电池的节能老化循环测试。

充电部分对原充电机进行调整和改进，利用原充电机硬件，改造相关部分软硬件，并对原设备的电流和电压信号进行采样，采样信号输入单片机，从而对输出的充电电压和充电电流进行控制；使上位机（工控机）和单片机通过串行接口进行通讯，从而能够控制充电系统，使充电机能够完成可编程充电，能够进行实现自动变电流充电。

加装大功率DC-DC转换器及大功率散热箱，以消耗动力电池放电过程中放出的能量。

放电部分是通过上位机或面板的操作键设定放电电流的大小或放电模式，它将信号传送给单片机，单片机将输出脉宽调制信号送给驱动电路。在驱动电路中采用了高速光耦进行信号隔离，防止功率MOSFET 的干扰信号进入单片机引起单片机死机或跑飞。

大功率DC-DC转换器及大功率散热箱可以实现多个回路手动控制放电。为了实现放电的电子控制，放电部分选用了多只大功率场效应管来控制放电的多个回路，使之与手动控制的多个回路并联，即可以实现放电的手动和自动切换。并在放电主回路上加装了电流传感器，从而实现对放电电流的采样。采样信号送给放电部分的单片机，经过处理后，实现多个放电回路的自动控制。

为保证测试响应时间和减少系统故障率，八个充放电回路的检测在硬件上相互独立，因此测试软件可实时采集过程参数，进行处理加工，反馈给上位机。每个回路设置数据检测模块，采集相应硬件线路上电池组或每一路电池单体模块的温度、电流、电压、内阻等信号。其中单个电池的电压、内阻和温度都采用巡检方式。 

具体如下：充电部分的电流、电压信号取自原设备的电流电压采样信号；放电部分加装电流传感器；配置了温度传感器，以采集温度信号，信号直接送与单片机进行处理； 

另外，电池内阻的检测有两种方式：一是通过对电池的电压、电流信号的采样，用编制的程序和特定算法进行计算而得出；二是通过电池内阻检测仪进行直接的测量得出。这两种方式得出的结果可以进行比较分析，并将数据存入系统数据库中进行保存，以便以后的调用。

每组电池的各种检测信号由充电部分和放电部分的单片机进行采样，通过串口输入到上位计算机，由上位计算机进行保存和处理。

具有独立的数据显示模块，对于放电部分，在放电负载电阻箱的面板上加装数据显示模块。实时显示组电压、电流、温度（电池组平均温度）、SOC、环境温度。

系统能够与电池硬件控制部分通过串口方式进行通信，接收测试数据存入数据库，并且向下位机传送各种控制命令，具有良好的用户接口；可输入编辑电池充放电制度；控制充放电装置按给定的制度进行充放电，能同时对8 个充放电回路进行管理；对处于测试状态的电池的参数进行测试并显示；具有管理被测电池和测试数据的数据库；故障测试并诊断、保护硬件；打印测试结果等功能。

本发明以上位工控机作为系统的控制核心，系统数据采集、数据处理、充放电控制、数据显示、打印于一体，可实时检测动力电池的单体（或模块）电压、充放电电流、电池壳体温度、估计电池容量及剩余电量等性能。充放电过程可手动控制，也可自动控制。其可以满足电动自行车、电动汽车用大容量动力电池和电池组的充放电性能检测、容量检测、能量测量和寿命实验，解决了电动自行车、电动汽车用动力电池检测及老化的难题。

附图说明

图1为本发明系统结构框图；

图2为本发明电池测试仪结构图；

图3为本发明电池测试仪后面结构图；

图4为本发明电池测试仪内部结构图。

图中，1为机架，2为前挡板，3为侧挡板，4为后挡板，5为脚轮，6为风扇，7为上挡板，8为显示屏，9为拨动开关，10为通讯接口，11为功能按钮，12为放电端口正极，13为放电端口负极，14为中挡板，15为下挡板，16为散热器，17为控制板，18为对流孔，19为130W电源，20为电源隔板，21为30W电源，22为电源隔板，23为PCB板，24为水泥电阻，25为功率管，26为通风孔。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，所述动力电池测试及老化循环系统，包括上位机、电池测试仪及大功率散热，上位机作为工控机，上位机分两路接出，其中一路为充电测试回路，另一路为放电测试回路，两回路共用一单片机与上位机双向连接；充电测试回路连接电池测试仪，电池测试仪连接被测电池组；其中一电池用于内阻及剩余电量测试并连接数据采集卡，另一电池用于充电电压电流信号测试并连接数据采集卡；放电测试回路连接大功率DC-DC转换器及散热箱，大功率DC-DC转换器及散热箱连接被测电池组；其中一电池用于内阻及剩余电量测试并连接数据采集卡，另一电池用于放电电压电流信号测试并连接数据采集卡；数据采集卡连接多路转换开关，多路转换开关与单片机连接。

电池组与数据采集卡之间连接有温度传感器。

多路转换开关与单片机之间设置有A/D转换器。

参照图2、图3和图4，所述电池测试仪包括机架1，机架1正面安装有前挡板2，侧面安装有侧挡板3，上面安装有上挡板7，下面安装有下挡板15，后面安装有后挡板4，底部有脚轮5，机架1和各挡板构成机箱；在前挡板2上设有显示屏8、拨动开关9、功能按钮11、放电端口正极12和放电端口负极13，在后挡板4上设有通讯接口10（RS232接口）；在机箱内设有控制板17、散热器16、PCB板23和电源，电源连接控制板17、散热器16和PCB板23，PCB板23上设有功率管25和水泥电阻24，散热器16设于两侧，控制板17、PCB板23和电源设于散热器16之间，其中电源包括130W电源19和30W电源，21、显示屏8、拨动开关9、功能按钮11、放电端口及通讯接口10连接控制板17。

在机箱内设有中挡板14，电源安装于中挡板14上，130W电源19下面安装有电源隔板20，30W电源21下面安装有电源隔板22。

在上挡板7上安装有风扇6，侧挡板3上设有对流孔18，后挡板4和下挡板15上设有通风孔26。

该系统包括256个单元，每个单元包括8个测试及老化通道（或点）；每一单元内8个测试及老化通道内实现电量转移的具体实现过程为：

1）．8个待测电池和测试系统的其中某一个单元连接好；

2）．用4A的快速充电器给单元的第一个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

3）．当单元第一个通道的电池满充后，系统将其通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

4）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小（系统上位机软件设置参数，可是任意值）；

5）．当单元第一通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

6）．用4A的快速充电器给单元的第二个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

7）．当单元第二个通道的电池满充后，系统将其通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

8）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小（系统上位机软件设置参数，可是任意值）；

9）．当单元第二通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

10）．用4A的快速充电器给单元的第三个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

11）．当单元第三个通道的电池满充后，系统将单元其它通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

12）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小（系统上位机软件设置参数，可是任意值）；

13）．当单元第三通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

14）．依照以上顺序可以完成第四、五、六、七、八通道的节能老化测试；

15）．重复以上第2-14的步操作以完成对单元八个通道的电池的节能老化循环测试。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：包括上位机、电池测试仪及大功率DC-DC转换器及散热箱，上位机作为工控机，上位机分两路接出，一路为充电测试回路，另一路为放电测试回路，两回路共用一单片机与上位机双向连接；充电测试回路连接电池测试仪，电池测试仪连接被测电池组；其中一电池用于内阻及剩余电量测试并连接数据采集卡，另一电池用于充电电压电流信号测试并连接数据采集卡；放电测试回路连接大功率DC-DC转换器及散热箱，大功率DC-DC转换器及散热箱连接被测电池组；其中一电池用于内阻及剩余电量测试并连接数据采集卡，另一电池用于放电电压电流信号测试并连接数据采集卡；数据采集卡连接多路转换开关，多路转换开关与单片机连接。

2.根据权利要求1所述的动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：电池组与数据采集卡之间连接有温度传感器。

3.根据权利要求1所述的动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：多路转换开关与单片机之间设置有A/D转换器。

4.根据权利要求1所述的动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：所述电池测试仪包括机架，机架正面安装有前挡板，侧面安装有侧挡板，上面安装有上挡板，下面安装有下挡板，后面安装有后挡板，机架和各挡板构成机箱；在前挡板上设有显示屏、拨动开关、功能按钮、放电端口正极和放电端口负极，在后挡板上设有通讯接口；在机箱内设有控制板、散热器、PCB板和电源，电源连接控制板、散热器和PCB板，PCB板上设有功率管和水泥电阻，散热器设于两侧，控制板、PCB板和电源设于散热器之间，其中电源包括130W电源和30W电源，大功率DC-DC转换器；显示屏、拨动开关、功能按钮、放电端口及通讯接口连接控制板。

5.根据权利要求4所述的动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：在机箱内设有中挡板，电源安装于中挡板上，电源下面安装有电源隔板。

6.根据权利要求1所述的动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：在上挡板上安装有风扇，侧挡板上设有对流孔，后挡板和下挡板上设有通风孔。

7.根据权利要求1所述的动力电池测试及老化循环系统，其特征在于：所述系统包括256个单元，每个单元包括8个测试及老化通道；每一单元内8个测试及老化通道内实现电量转移的具体实现过程为：

1）．8个待测电池和测试系统的其中某一个单元连接好；

2）．用4A的快速充电器给单元的第一个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

3）．当单元第一个通道的电池满充后，系统将其通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

4）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小；

5）．当单元第一通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

6）．用4A的快速充电器给单元的第二个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

7）．当单元第二个通道的电池满充后，系统将其通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

8）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小；

9）．当单元第二通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

10）．用4A的快速充电器给单元的第三个测试及老化通道的电池充电，单元其它7个通道的电池处于待机充电状态；

11）．当单元第三个通道的电池满充后，系统将单元其它通道切换至放电状态，单元其它7个通道的电池切换至充电状态；

12）．系统通过分配及调节单元7个通道充电电流的大小，自动调整单元放电通道电流的大小；

13）．当单元第三通道的电池能量全部放完以后，系统将单元其它通道切换至待机充电状态；

14）．依照以上顺序可以完成第四、五、六、七、八通道的节能老化测试；

15）．重复以上第2-14的步操作以完成对单元八个通道的电池的节能老化循环测试。