CN106932730A - 一种锂动力电池系统功率特性的测量装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种锂动力电池系统功率特性的测量装置及测试方法，其技术要点是：该装置包括控制模块和与其相连的电源模块、显示模块、存储模块和监测模块，控制模块经通讯模块连接上位机。该方法为：选取一测试对象与监测模块相连，给测试对象一脉冲信号，测得电流值I1、电压值U1，更改脉冲信号大小再给测试对象一脉冲信号，测得电流值I2、电压值U2，获得电流值变化量E1和电压值变化量E2，两者乘积为测试对象的功率P1；再选取一测试对象与监测模块相连，重复上述步骤获得电压值变化量E3，电流变化量E1与电压变化量E3的乘积为此测试对象的功率P2；根据功率P1和功率P2的不同，判断两测试对象对信号接收的好坏以了解两者的功率特性。

Description

一种锂动力电池系统功率特性的测量装置及测试方法

技术领域：

本发明涉及电池功率特性测试技术领域，具体涉及一种锂动力电池系统功率特性的测量装置及测试方法。

背景技术：

目前，随着不可再生能源的减少，以及各种电子设备的快速发展，对能源的要求越来越高，锂电池由于生产成本低、能量密度高、重量轻、寿命长、安全好等性能而被广泛应用，随着对电池需求量的日益增加，对电池的性能要求也越来越高。日常生活中，电力设备中的锂动力电池数目较多，锂电池在使用一段时间后，性能都会发生变化，其中电池的功率特性是描述锂电池性能的重要参数，因此锂电池功率特性的测量就显得非常重要了。锂电池的功率参数，在数值上等于当前动力电池的端电压与流过电池的电流的乘积，因此电池的功率特性也与电池的电压、电流参数密不可分。目前，主流的电池功率特性测试的解决方案均为测量电池的端电压和总电流，再将二者相乘得到功率，但是这些参数的测量方法存在着测量时间长、精度低、成本造价高等不足。功率型动力电池可为用电设备提供瞬间大电流供电，主要用于电动工具、轻度混合动力电动汽车。在电动汽车的应用中主要用于吸收制动回馈的能量，同时为车辆起动、加速过程提供瞬间的额外补充能量。准确的测试锂电池的功率特性，对于锂电池的研究、锂电池性能的改进都起着重要的作用。而锂电池的工作过程较复杂，在电动汽车、电动工具等领域锂电池的应用都是多个电池构成电池系统进行工作的，电池系统又由多个电池模块组成，电池模块又由多个电池单体组成，这导致了精确测量锂电池的功率存在一定的困难。

发明内容：

本发明为克服上述不足，提供了一种锂动力电池系统功率特性的测量装置及测试方法，通过给定不同信号接受的变化量不同来判断锂电池接收性能的好坏，其测量精度高，且成本造价低。

本发明的锂动力电池系统功率特性的测量装置，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括控制模块、电源模块、通讯模块、显示模块、存储模块和监测模块，所述电源模块的输出端与控制模块相连，控制模块分别连接显示模块的输入端、存储模块的输入端和监测模块的输入端，控制模块通过通讯模块连接上位机。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块为MSP430型单片机，由MSP430型单片机来实现控制功能。

作为本发明的进一步改进，所述电源模块为TPS76399型稳压电源模块，为整个测量装置提供电源。

作为本发明的进一步改进，所述通讯模块为RS-485串口通讯模块，用来传输上位机给的指令，同时可以将监测模块采集到的数据传送到控制器，再由控制器传输给显示模块。

作为本发明的进一步改进，所述显示模块为LED液晶显示屏，用来显示采集到的数据，并将数据以曲线的形式显示出来。

作为本发明的进一步改进，所述存储模块为AT24C02型存储模块，用来存储监测模块采集到的数据，以方便查历史记录。

作为本发明的进一步改进，所述监测模块为DS2438型监测模块，可以实时监测电池的电流值和电压值，其中，监测模块中的电流采集电路与电压采集电路通过运算放大器OP07A来实现。

本发明的锂动力电池系统功率特性的测试方法，为实现上述目的所采用的技术方案在于由以下步骤构成：

一、选取一个锂动力电池A作为测试的对象，将其与测量装置的监测模块相连接；

二、给定测试对象一个脉冲信号，持续时间为T1，数据采集时间为T3，此时监测模块中的电流采集电路A1中采集到的数值为I1、电压电压采集电路V1中采集到的数值为U1，同时在存储模块中储存数据后在显示模块上得到两条对应的特性曲线；

三、更改脉冲信号的大小后，再次给定测试对象一个脉冲信号，持续时间为T2，此时监测模块中的电流采集电路A1中采集到的数值为I2、电压采集电路V1中采集到的数值为U2，同样储存数据后在显示模块4中对应的特性曲线发生变化；

四、在步骤三中获得电流值的变化量E1和电压值的变化量E2，此时电流变化量E1与电压变化量E2的乘积即为锂动力电池A的功率P1；

五，再选取一个锂动力电池B作为测试的对象与监测模块相连接，重复步骤一至步骤四，给锂动力电池B两次脉冲信号后，电流采集电路A2中采集到的电流值分别为I1和I2，电压采集电路V2中采集到的电压值分别为U3和U4，同时获得对应的特性曲线，由此得到电压值的变化量E3，电流变化量E1与电压变化量E3的乘积即为锂动力电池B的功率P2；

六、根据功率P1和功率P2的不同，判断锂动力电池A和锂动力电池B对于信号接收的好坏，以了解两个锂动力电池的功率特性，测试结束。

本发明的有益效果是：本发明将两块锂动力电池作为系统辨识的对象，分别将两块锂动力电池与测量装置中的监测模块进行连接，然后分别分两次给定两块锂动力电池一个脉冲信号，由监测模块内的两部分电流采集电路和两部分电压采集电路分别测量每个脉冲信号下的电流值和电压值，之后分别获得每块锂动力电池的电流变化量和电压变化量，每块锂动力电池的电流变化量和电压变化量的乘积即为锂动力电池的功率变化量，根据两块锂动力电池功率变化量的不同来判断两者对于信号接收的好坏。与传统的锂电池功率测量方式相比，本发明简化了锂动力电池的功率测量的步骤，对锂动力电池的功率测量需要较短的时间，其测量精度高，不仅提高了电池功率测量的速度和准确性，而且还可以根据功率特性判断电池的性能好坏，功率变化量值较大的锂动力电池的性能较好。此外，由于本发明仅采用控制模块、监测模块、显示模块等电路模块作为执行部件，其结构简化，故造价成本低。

附图说明：

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的监控模块的原理图，其中A1为测量锂动力电池A的电流采集电路、A2为测量锂动力电池B的电流采集电路、V1为测量锂动力电池A的电压采集电路、V2为测量锂动力电池B的电压采集电路；

图3为本发明的监测模块中V1和V2电压采集电路的具体电路图；

图4为本发明的监测模块中A1和A2电流采集电路的具体电路图；

图5是本发明锂动力电池A在放电过程中的的具体数据曲线图，图中51为电压变化曲线、52为电流变化曲线；

图6是本发明锂动力电池B在放电过程中的的具体数据曲线图，图中61为电压变化曲线、62为电流变化曲线；

图7是本发明锂动力电池A在充电过程中的的具体数据曲线图，图中71为电压变化曲线、72为电流变化曲线；

图8是本发明锂动力电池B在充电过程中的的具体数据曲线图，图中81为电压变化曲线，82为电流变化曲线。

具体实施方式：

参照图1，本发明的锂动力电池系统功率特性的测量装置，包括控制模块1、电源模块2、通讯模块3、显示模块4、存储模块5和监测模块6，所述电源模块2的输出端与控制模块1相连，控制模块1分别连接显示模块4的输入端、存储模块5的输入端和监测模块6的输入端，控制模块1通过通讯模块3连接上位机7。所述监测模块6的原理图如图2所示，其中的电压采集电路如图3所示，电流采集电路如图4所示。

所述控制模块1采用MSP430型单片机来实现；

所述电源模块2采用TPS76399型稳压电源模块来实现，为整个测量装置提供3.3V电压；

所述通讯模块3采用RS-485串口通讯来实现，用来传输上位机7给的指令，同时通过控制模块1将监测模块6采集到的数据传送到控制模块1，再由控制模块1传输给显示模块4；

所述显示模块4采用LED液晶显示屏来实现，显示采集到的数据，并将数据以曲线的形式显示出来；

所述存储模块5采用AT24C02型存储模块来实现，存储监测模块6采集到的数据，以方便查历史记录；

所述监测模块6采用智能电池监测芯片DS2438来实现，可以实时监测锂动力电池的电流值和电压值，其中，监测模块6中的电流采集电路与电压采集电路通过运算放大器OP07A来实现，OP07A两端的供电电源为+15V和-15V，A/B为5V待测锂动力电池A或者待测锂动力电池A，R0为1Ω电阻，R1为10K电阻，R2为10K电阻，R3为10K电阻，R4为5.1K电阻，R5为15K电阻，C1为100μF电容。

以下结合两个实施例对本发明的锂动力电池系统功率特性的测试方法进行说明：

实施例一

一、TSP76399型稳压电源模块通电后，选取一个锂动力电池A作为测试的对象，将其与监测模块6相连接，

二、上位机将控制指令通过RS485发送到MSP430型单片机，单片机给定锂动力电池A一个脉冲信号，持续时间为40s，为了使选取的数据更精确，选用在电流变化一瞬间时对应的电压值，即40秒时的电压值为P1，41秒的电压值为P2，电流采集电路与电压采集电路中采集数据的采样时间T3为1秒，使锂动力电池A中的放电电流在电流采集电路A1中采集到的数值为1A，在电压采集电路V1中采集到一个对应的电压值为3.2426V，两个数据在AT24C02型存储模块中储存,同时在LED液晶显示屏上可以看到放电时的电流和电压分别形成的如图5所示的两条曲线；

三、更改脉冲信号的大小，持续时间为10s，锂动力电池A中的放电电流在电流采集电路A2中采集到的的数值为0.8A，在电压采集电路V2中采集到的电压值为3.2557V，LED液晶显示屏中对应的特性曲线发生变化，

四、通过步骤三获得电流的变化量为0.2A，电压的变化量为0.0131V，两者的乘积即为被测量锂动力电池A的功率变化量P1＝0.00262W；

五、再将另一个待测锂动力电池B作为测试的对象与监测模块6相连接，重复上述步骤，得到电压值2.9624V和2.9723V，在LED液晶显示屏上同样得到两条如图6所示的对应的特性曲线，此时电流的变化量0.2A与电压的变化量0.0099V的乘积即为被测量的锂动力电池B的功率变化量P2＝0.00198W。

六、由步骤五可知功率变化量P1大于功率变化量P2，可以判断锂动力电池A对于信号接收比锂动力电池B好。如果将锂动力电池B当做标准电池，那么可将其功率变化量P2当做标准比较值，对待测锂电池A得到的功率变化量P1进行比较参考。功率变化量大的被测对象，其接受功率信号的能力更强，也可以说，可为用电设备提供瞬时输出大电流的能力更强。

实施例二

一、TSP76399型稳压电源模块通电后，选取一个锂动力电池A作为测试的对象，将其与监测模块6相连接；

二、上位机将控制指令通过RS485发送到MSP430型单片机，单片机给定锂动力电池A一个脉冲信号，持续时间为40s，为了使选取的数据更精确，选用在电流变化一瞬间时对应的电压值，即40秒时的电压值为P1，41秒的电压值为P2，使充电电流在电流采集电路A1中采集到的数值为1A，在电压采集电路V1中采集到一个对应的电压值为3.4376V，两个数据在AT24C02型存储模块中储存,同时在LED液晶显示屏上可以看到充电时的电流和电压分别形成如图7所示的两条曲线；

三、减少脉冲信号，持续时间为10s，锂动力电池A中的充电电流在电流采集电路A2中采集到的数值为0.8A，在电压采集电路V2中采集到电压值为3.4239V，LED液晶显示屏中对应的特性曲线发生变化；

四、通过步骤三获得电流的变化量为0.2A、电压的变化量为0.0131V，两者的乘积即为被测量锂动力电池A的功率变化量P1＝0.00274W；

五、再将锂动力电池B作为测试的对象与监测模块6相连接，重复上述步骤，得到电压值3.1681V和3.1597V，在LED液晶显示屏上同样得到两条如图8所示的对应的特性曲线，此时电流的变化量0.2A与电压的变化量0.0099V的乘积即为被测量的锂动力电池B的功率变化量P2＝0.00168W；

六、由步骤五可知功率变化量P1大于功率变化量P2，可以判断锂动力电池A对于信号接收比锂动力电池B好，如果将锂动力电池B当做标准电池，那么可将其功率变化量P2当做标准比较值，对待测锂电池A得到的功率变化量P1进行比较参考。功率变化量大的被测对象，其接受功率信号的能力更强，也可以说，可为用电设备提供瞬时输出大电流的能力更强。

Claims (8)

1.一种锂动力电池系统功率特性的测量装置，其特征在于：包括控制模块(1)、电源模块(2)、通讯模块(3)、显示模块(4)、存储模块(5)和监测模块(6)，所述电源模块(2)的输出端与控制模块(1)相连，控制模块(1)分别连接显示模块(4)的输入端、存储模块(5)的输入端和监测模块(6)的输入端，控制模块(1)通过通讯模块(3)连接上位机(7)。

2.如权利要求1所述的一种锂动力电池系统功率特性的测量装置，其特征在于：所述控制模块(1)为MSP430型单片机。

3.如权利要求1所述的一种锂动力电池系统功率特性的测量装置，其特征在于：所述电源模块(2)为TPS76399型稳压电源模块。

4.如权利要求1所述的一种锂动力电池系统功率特性的测量装置，其特征在于：所述通讯模块(3)为RS-485串口通讯模块。

5.如权利要求1所述的一种锂动力电池系统功率特性的测量装置，其特征在于：所述显示模块(4)为LED液晶显示屏。

6.如权利要求1所述的一种锂动力电池系统功率特性的测量装置，其特征在于：所述存储模块(5)为AT24C02型存储模块。

7.如权利要求1所述的一种锂动力电池系统功率特性的测量装置，其特征在于：所述监测模块(6)为DS2438型监测模块。

8.一种锂动力电池系统功率特性的测试方法，其特征在于由以下步骤构成：

一、选取一个锂动力电池A作为测试的对象，将其与测量装置的监测模块相连接；

二、给定测试对象一个脉冲信号，持续时间为T1，数据采集时间为T3，此时监测模块中的电流采集电路A1中采集到的数值为I1、电压电压采集电路V1中采集到的数值为U1，同时在存储模块中储存数据后在显示模块上得到两条对应的特性曲线；

三、更改脉冲信号的大小后，再次给定测试对象一个脉冲信号，持续时间为T2，此时监测模块中的电流采集电路A1中采集到的数值为I2、电压采集电路V1中采集到的数值为U2，同样储存数据后在显示模块4中对应的特性曲线发生变化；

四、在步骤三中获得电流值的变化量E1和电压值的变化量E2，此时电流变化量E1与电压变化量E2的乘积即为锂动力电池A的功率P1；

五，再选取一个锂动力电池B作为测试的对象与监测模块相连接，重复步骤一至步骤四，给锂动力电池B两次脉冲信号后，电流采集电路A2中采集到的电流值分别为I1和I2，电压采集电路V2中采集到的电压值分别为U3和U4，同时获得对应的特性曲线，由此得到电压值的变化量E3，电流变化量E1与电压变化量E3的乘积即为锂动力电池B的功率P2；

六、根据功率P1和功率P2的不同，判断锂动力电池A和锂动力电池B对于信号接收的好坏，以了解两个锂动力电池的功率特性，测试结束。