CN110133521A - 一种高效多通道电池容量测试系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高效多通道电池容量测试系统及其工作方法，包括变换器模块、电源模块和上位机模块；电源模块包括供电电源和充电电源；变换器模块包括变换器控制单元，所述变换器控制单元控制输出端连接变换器组件控制输入端，变换器模块包括负载变换器、第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器、能量吸收负载；能量吸收负载连接负载变压器输出侧，第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器的输出侧分别连接第一电池、第二电池和第三电池，负载变换器、第一充电变换器、第二充电变换器和第三充电变换器的输入侧连接充电电源。同时对多个接入的电池进行有效测试，设备精度高，体积小，操作简单方便，测试操作节能高效。

Description

一种高效多通道电池容量测试系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及能量检测系统技术领域，具体涉及一种高效多通道电池容量测试系统及其工作方法。

背景技术

随着可再生能源发电技术日趋成熟，电能成为了真正意义上的清洁能源，被广泛运用在电动汽车、储能设备、移动通信等诸多行业，蓄电池得到广泛的使用。锂离子电池因为其绿色环保和出色的性能优势，在很多行业正逐渐代替传统的酸铅电池和镍镉电池等同类蓄电池产品，得到了广泛的使用。

锂电池在使用时，因为单节电池的电压和容量有限，因此通常都需要通过串连和并连组成电池组使用。电池组使用过程中，因为内部各个电池的容量之间存在差异，如果大容量电池电量无法充满或者放完，实际使用时会造成电池组性能低于预期水平，而如果小容量电池过充和过放，则会大大减小该电池的使用寿命，从而降低整个电池组的使用寿命，甚至造成安全隐患。因此在锂电池生产和回收利用前，需要对电池实际容量进行测试，将容量相近的电池成组使用，这样可以大大提高电池组内部电池的利用效果。电池容量测试需要对电池进行充电和放电操作，该过程需要消耗大量时间和电能，因此开发一套高效节能的电池容量测试系统显得尤为必要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种高效多通道电池容量测试系统及其工作方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种高效多通道电池容量测试系统，包括变换器模块、电源模块和上位机模块；电源模块包括供电电源和充电电源；

变换器模块包括变换器控制单元，所述变换器控制单元控制输出端连接变换器组件控制输入端，变换器模块包括负载变换器、充电变换器和能量吸收负载，充电变换器有三个，分别为第一充电变换器、第二充电变换器和第三充电变换器；能量吸收负载连接负载变压器输出侧，第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器的输出侧分别连接第一电池、第二电池和第三电池，负载变换器、第一充电变换器、第二充电变换器和第三充电变换器的输入侧连接充电电源；

上位机模块包括上位机控制单元，上位机模块包括上位机控制单元，上位机控制单元通信收发端连接上位机通信单元通信收发端，变换器控制单元通信收发端连接变换器通信单元通信收发端，上位机通信单元信息交互端连接变换器通信单元信息交互端；

上位机控制单元串口信号输出端连接RS232收发器第二接收器输入端，RS232收发器第二接收器输出端连接第十四电阻一端，第十四电阻另一端连接COM通信接口公头第四端，RS232收发器第二驱动器输出端连接上位机控制单元串口信号输入端，RS232收发器第二驱动器输入端连接COM通信接口公头第三端，COM通信接口公头连接显示模块通信接口母头，

所述RS232收发器倍压电荷泵电容正极连接第十三电容一端，第十三电容另一端连接RS232收发器倍压电荷泵电容负极，RS232收发器反相电荷泵电容正极连接第十五电容一端，第十五电容另一端连接RS232收发器倍压电荷泵电容负极，RS232收发器电荷泵电压正极连接第十四电容一端，第十四电容另一端接地，RS232收发器电荷泵电压负极连接第十六电容一端，第十六电容另一端接地。

上述方案中：上位机控制单元通讯收发端连接第一通讯单元通讯收发端，第一通讯单元包括第一CAN收发芯片，所述第一CAN收发芯片高电平端连接第八电阻一端，第八电阻另一端连接第一CAN控制器高电平端、第十电阻一端和第十二电阻一端，第十电阻另一端连接第十电容一端和第十一电阻一端，第十电容另一端接地，第十一电阻另一端连接第十三电阻一端，第十三电阻另一端连接第十二电容一端和第十二电阻另一端，第十二电容另一端接地，第一CAN收发芯片低电平端连接第九电阻一端，第九电阻另一端连接第一CAN控制器低电平端和第十三电阻一端，第一CAN收发芯片数据发送端连接上位机控制单元数据接收端，第一CAN收发芯片数据接收端连接上位机控制单元数据发送端。

上述方案中：所述变换器模块被检测端连接检测模块检测端，检测模块检测信号输出端连接变换器控制单元检测信号输入端，检测模块包括电源电压检测模块、电池电压检测模块和电流检测模块。

上述方案中：电流检测模块包括霍尔电流传感器，霍尔电流传感器第七端连接第七电阻一端，第七电阻另一端连接第六电阻一端、第二电容一端和变压器控制单元电流信号输入端，第六电阻另一端连接第二电容另一端，第二电容另一端接地，霍尔电流传感器第六端连接第三电容一端，第三电容另一端和霍尔电流传感器第五端均接地。

上述方案中：电源电压检测模块包括第十七电阻，第十七电阻一端连接第五电容一端和电源正极，第五电容另一端连接电源负极和第十八电阻一端，第十七电阻另一端连接第二运算放大器反向输入端和第十九电阻一端，第十九电阻另一端连接第二运算放大器输出端，第十八电阻另一端连接第二运算放大器同相输入端和第二十电阻一端，第二十电阻另一端接地，第二运算放大器输出端连接第二十一电阻一端和第六电容一端，第六电容另一端接地，第二十一电阻另一端连接变压器控制单元电源电压信号输出端。

上述方案中：电池电压检测模块包括第一电阻，第一电阻一端连接第一运算放大器反向输入端和第三电阻一端，第三电阻另一端连接第一运算放大器输出端，第一运算放大器同相输入端连接第二电阻一端和第四电阻一端，第四电阻另一端接地，第一运算放大器输出端连接第五电阻一端和第一电容一端，第一电容另一端接地，第五电阻另一端连接变压器控制单元电池电压信号输入端。

本发明还提供了一种高效多通道电池容量测试系统的工作方法，包括以下步骤：

S1，在充电上接入待测电池；

S2，在电源侧端口接入直流电源供电，并在上位机控制单元上对操作进行设置，并设定电池电压、电流的阈值和电源的电压阈值；

S3，开始测试；

S4，完成测试，保存测试结果后，重新设置测试操作开始测试，如此可反复进行测试工作。

上述方案中：在步骤S2，在电源侧端口接入直流电源供电，并在上位机控制单元上对操作进行设置，并设定电池电压、电流的阈值和电源的电压阈值中，还包括以下步骤：

S2-1，设定放电模式优先与充电模式，执行S2-2；

S2-2，设定充电模式的优先次序，执行S2-3；

S2-3，设定恒流充电为优先充电模式，恒压充电为替补充电模式。

上述方案中：在步骤S3，开始测试中，还包括以下步骤：

S3-1，开始余电检测；

S3-1-1，通过变换器控制单元将充电变换器切换为放电模式，通过充电变换器对待测电池进行放电，执行S3-1-2；

S3-1-2，通过电池电压检测模块检测待测电池的电压情况，并将待测电池的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-1-3；

S3-1-3，变换器控制单元对比待测电池的电压检测信息是否在设定的电池电压阈值中；若在电池电压阈值范围内则执行S3-1-4，若低于电池电压阈值的最低值则执行S3-1-5；

S3-1-4，通过充电变换器对待测电池继续放电，执行S3-1-2；

S3-1-5，通过变换器控制单元控制充电变换器停止对待测电池继续放电，同时执行S3-2和S3-3；

S3-2，开始充电，执行S3-2-1；

S3-2-1，通过变换器控制单元将充电变换器切换为充电模式，通过充电变换器对待测电池进行充电，执行S3-2-2；

S3-2-2，对待测电池进行恒流充电，通过电池电压检测模块实时检测待测电池的电压情况，并将待测电池的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-2-3；

S3-2-3，变换器控制单元对比待测电池的电压检测信息是否在设定的电池电压阈值中；若在电池电压阈值范围内则执行S3-2-4，若高于电池电压阈值的最高值则执行S3-2-5；

S3-2-4，执行S3-2-2；

S3-2-5，通过变换器控制单元控制充电变换器切换至恒压充电模式，对待测电池进行恒压充电，执行S3-2-6；

S3-2-6，通过电流检测模块实时充电电路中的电流情况，并通过电流检测模块将充电电路中的电流检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-2-7；

S3-2-7，变换器控制单元对比充电电路中的电路检测信息是否在设定的电池电流阈值中；若在电池电流阈值则执行S3-2-8，若低于电池电流阈值的最低值则执行S3-2-9；

S3-2-8，执行S3-2-6；

S3-2-9，通过变换器控制单元控制充电变换器停止对待测电池进行充电，执行S3-4；

S3-3，开始电源电压检测，执行S3-3-1；

S3-3-1，通过电源电压检测模块检测电源侧电压，电源电压检测模块将电源侧电压的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-3-2；

S3-3-2，通过变换器控制单元对比电源侧电压的电压检测信息是否在设定的电源电压阈值范围内，若在电源电压阈值范围内则执行S3-3-3，若大于电源电压阈值的最高至则执行S3-3-4；

S3-3-3，执行S3-3-1；

S3-3-4，通过变换器控制单元启动负载变换器，通过负载变换器对溢出的能量进行回收，执行S3-3-1。

上述方案中：在步骤S4，完成测试，保存测试结果后，重新设置测试操作开始测试，如此可反复进行测试工作中，还包括以下步骤：

S4-1，通过变换器将测试结果传送至上位机控制单元，执行S4-2；

S4-2，通过上位机控制单元将测试结果保存至存储模块U5，执行S4-3；

S4-3，重新设置测试操作开始测试，如此可反复进行测试工作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用上位机结构模式，利用多变换器并联结构设计了多通道测试结构，并实现了通道间的能量回收利用策略，通过接入待测电池、设置测试参数、保存测试结果的操作，同时对多个通道接入的电池进行有效测试，设备精度高，体积小，操作简单方便，测试操作节能高效。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明总体示意图；

图2是本发明系统上位机结构图；

图3是本发明系统变换器模块结构图；

图4是本发明并联变换器结构图；

图5是本发明测试通道间能量回收流动原理图；

图6是本发明存储模块电路设计图；

图7a是本发明检测模块结构图；

图7b是本发明检测模块的电流检测模块的电路图；

图7c是本发明检测模块电池电压检测模块的电路图；

图7d是本发明检测模块电源电压检测模块的电路图；

图8a是本发明系统通信模块的结构图；

图8b是本发明系统第一CAN收发芯片的电路图；

图8c是本发明系统RS232收发器的电路图；

图8d是本发明系统第二CAN收发芯片的电路图；

图9是本发明系统的恒流-恒压充电控制的流程图；

图10是本发明系统的恒流放电控制的流程图；

图11是本发明系统的溢出能量吸收控制的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图11所示，一种高效多通道电池容量测试系统，包括：变换器模块1、电源模块和上位机模块；电源模块包括充电电源和供电电源，供电电源用于为上位机模块和变换器模块供电，充电电源用于为电池充电。

变换器模块包括变换器控制单元，所述变换器控制单元控制输出端连接变换器组件控制输入端，变换器模块包括负载变换器、第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器、能量吸收负载；能量吸收负载连接负载变压器输出侧，第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器的输出侧分别连接第一电池、第二电池和第三电池，负载变换器、第一充电变换器、第二充电变换器和第三充电变换器的输入侧连接充电电源。

上位机模块包括上位机控制单元，上位机模块包括上位机控制单元，上位机模块包括上位机控制单元，上位机控制单元通信收发端连接上位机通信单元通信收发端，变换器控制单元通信收发端连接变换器通信单元通信收发端，上位机通信单元信息交互端连接变换器通信单元信息交互端。

变换器模块1由四路单独DC/DC变换器输入端并联组成，输入端接入直流电源，用于给电源模块供电以及补充系统工作时欠缺的能量；其中负载变换器输出端接入溢出能量吸收负载，用于在系统内电池放电能量大于充电能量时吸收溢出能量；第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器构成了3路电池测试通道，第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器的输出端分别接入第一电池、第二电池和第三电池，按设定操作流程对电池进行充放电测试，变换器之间的能量可以相互之间流动，将放电操作的变换器释放的能量通过并联的输入端传递给充电操作的变换器用于电池充电，以此实现系统对能量的回收利用。

所述变换器为双向CUK变换器，并联变换器间能量流动调节包括：以两个单独的变换器并联为例，设两个变换器内部器件参数完全相同，变换器输入端电压值相等。当输出端都为开路时，工作在对应的变换器输出的电压要高于工作在对应的变换器输出的电压。将两个变换器输出并联后连接相等的恒电压负载V时，两个变换器对应的输出电流分别为图中的和，当变换器输出侧电压确定时，两个变换器中电流大小可以通过改变占空比调节。以上描述了变换器并联时在输入端接入恒定输出电压源情况下待测电池接入端电流的调节原理。因此对电池充放电的调节可以当成变换器模块输出负载的相互调整，调节原理如图4所示。

所述变换器模块被检测端连接检测模块检测端，检测模块检测信号输出端连接变换器控制单元检测信号输入端。

检测模块在变换器模块对电池进行充放电操作时检测电池电压、电流和变换器输入侧电压。电源电压检测模块检测变换器输入侧的电压，在系统处于能量溢出状态时，变换器输入侧电压不再由电源输入钳制，电压上升，当检测电压超过输入侧电压上限后，系统将控制负载变换器对溢出能量进行吸收；电池电压检测模块检测电池充放电过程中的实时电压，检测数据将用于变换器控制单元对电池测试操作控制；电流检测模块检测电池充放电的电流大小，检测数据用于系统电流控制。

检测模块包括电源电压检测模块、电池电压检测模块和电流检测模块。其中，电流检测模块用于对电池进行充放电操作时检测电流，包括霍尔电流传感器U6，霍尔电流传感器U6第七端连接第七电阻R7一端，第七电阻R7另一端连接第六电阻R6一端、第二电容C2一端和变压器控制单元电流信号输入端，第六电阻R6另一端连接第二电容C2另一端，第二电容C2另一端接地，霍尔电流传感器U6第六端连接第三电容C3一端，第三电容C3另一端和霍尔电流传感器U6第五端均接地。霍尔电流传感器U6第八端连接电源和第四电容C4一端，第四电容C4另一端接地。

电流检测需要测试电池充放电的电流大小，因此电流检测模块需要检测电池端的双向电流数据。电流检测传感器采用霍尔元件。霍尔电流传感器U6可以通过检测磁场确定流过电流大小，检测时不和被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，能准确测试电流大小。在量程范围内，增加正方向电流将使输出电压上升，增加反向电流将使输出电压下降。

第一电池、第二电池、第三电池均连接有电池电压检测模块，电池电压检测模块包括第一电阻R1，第一电阻R1一端连接第一运算放大器反向输入端和第三电阻R3一端，第三电阻R3另一端连接第一运算放大器输出端，第一运算放大器同相输入端连接第二电阻R2一端和第四电阻R4一端，第四电阻R4另一端接地，第一运算放大器输出端连接第五电阻R5一端和第一电容C1一端，第一电容C1另一端接地，第五电阻R5另一端连接变压器控制单元电池电压信号输入端。

电源电压检测模块包括第十七电阻R17，第十七电阻R17一端连接第五电容C5一端和电源正极，第五电容C5另一端连接电源负极和第十八电阻R18一端，第十七电阻R17另一端连接第二运算放大器反向输入端和第十九电阻R19一端，第十九电阻R19另一端连接第二运算放大器输出端，第十八电阻R18另一端连接第二运算放大器同相输入端和第二十电阻R20一端，第二十电阻R20另一端接地，第二运算放大器输出端连接第二十一电阻R21一端和第六电容C6一端，第六电容C6另一端接地，第二十一电阻R21另一端连接变压器控制单元电源电压信号输出端。

电池电压检测模块和电源电压检测模块分别负责检测电池电压和电源电压，因为电池电压与电源电压相差较大，因此各自接入放大电路的倍数也不同，为了防止检测时相互影响，将二者分别进行检测。电压检测电路类似，只是电源侧电压较大，因此放大电路增益更小。

变换器控制单元通讯收发端连接第二通讯单元通讯收发端，第二通讯单元包括第二CAN收发芯片U3，第二CAN收发芯片U3数据发送端连接隔离传输模块U4B组信号接收端，第二CAN收发芯片U3数据接收端连接隔离传输模块U4A组信号输出端，隔离传输模块U4B组信号输出端连接变换器控制单元隔离信号输入端，隔离传输模块U4A组信号接收端连接变换器控制单元隔离信号输出端，所述隔离传输模块U4第一电源电压端连接电源，隔离传输模块U4第二电源电压端连接第九电容C9一端，第九电容C9另一端接地。

第二CAN收发芯片U3高电平端连接第十五电阻R15一端，第十五电阻R15另一端连接第二CAN控制器高电平端，第二CAN收发芯片U3低电平端连接第十六电阻R16一端，第十六电阻R16另一端连接第二CAN控制器低电平端。

变换器控制器单元采用STM32F103增强型芯片，具有性能高，成本低，功耗低等特点。预留了SWD调试接口，供电电源并联解耦电容，稳定芯片供电输入；为芯片的中集成的外设供电的设计了模拟电源供电；控制单元还设计了复位电路、变换器模块工作的指示灯电路等外围电路；变换器通信模块采用了CAN总线通信的方式，为了避免变换器模块扩展时相互之间通信影响，设计了信号隔离传输电路；变换器控制器单元响应I/O口和变换器通信模块信号传输线CANH、CANL相连接，通过软件编译即可实现数据传输。

变换器控制单元主要功能包括：上位机指令接收、变换器实时控制、电池测试数据检测和检测数据上传，检测数据通过变换器通信模块上传和下发。

上位机控制单元串口信号输出端连接RS232收发器U2第二接收器输入端，RS232收发器U2第二接收器输出端连接第十四电阻R14一端，第十四电阻R14另一端连接COM通信接口公头第四端，RS232收发器U2第二驱动器输出端连接上位机控制单元串口信号输入端，RS232收发器U2第二驱动器输入端连接COM通信接口公头第三端，COM通信接口公头连接显示模块通信接口母头，所述显示模块为液晶显示器。

所述RS232收发器U2倍压电荷泵电容正极连接第十三电容C13一端，第十三电容C13另一端连接RS232收发器U2倍压电荷泵电容负极，RS232收发器U2反相电荷泵电容正极连接第十五电容C15一端，第十五电容C15另一端连接RS232收发器U2倍压电荷泵电容负极。RS232收发器U2电荷泵电压正极连接第十四电容C14一端，第十四电容C14另一端接地，RS232收发器U2电荷泵电压负极连接第十六电容C16一端，第十六电容C16另一端接地。RS232收发器U2电源电压端连接电源和第七电容C7一端，第七电容C7另一端和RS232收发器U2接地端均接地。

采用的专用RS-232收发器处理芯片，通信连接采用了标准DB9作为通信接口，保证了上位机控制单元和显示模块之间的可靠连接。

上位机控制单元通讯收发端连接第一通讯单元通讯收发端，第一通讯单元包括第一CAN收发芯片U1，所述第一CAN收发芯片U1高电平端连接第八电阻R8一端，第八电阻R8另一端连接第一CAN控制器高电平端、第十电阻R10一端和第十二电阻R12一端，第十电阻R10另一端连接第十电容C10一端和第十一电阻R11一端，第十电容C10另一端接地，第十一电阻R11另一端连接第十三电阻R13一端，第十三电阻R13另一端连接第十二电容C12一端和第十二电阻R12另一端，第十二电容C12另一端接地。第一CAN收发芯片U1低电平端连接第九电阻R9一端，第九电阻R9另一端连接第一CAN控制器低电平端和第十三电阻R13一端。第一CAN收发芯片U1数据发送端连接上位机控制单元数据接收端，第一CAN收发芯片U1数据接收端连接上位机控制单元数据发送端。第一CAN收发芯片U1接地端接地，第一CAN收发芯片U1电源电压端连接电源和第八电容C8一端，第八电容C8另一端接地。

CAN总线电路使用了总线信号处理芯片。电路设计包含了CAN通信的总线结构，后期通道扩展时，变换器控制单元的通信节点直接接入总线即可，电路预留的双CAN接口就是为了系统后期的模块化拓展。控制芯片集成CAN总线外设与CANH和CANL连接后，简单编程即可在总线上传输信号。电路设计如图7b所示。

下发指令和上传数据接收均通过CAN通信单元处理，数据传输信号线与上位机控制单元对应I/O口相连，传输至控制单元后进行分析和处理，上传和下发指令都经过RS-232通信单元与显示模块进行传输，实现可视化操作功能。

上位机主要功能包括了人机交互和数据处理，人机交互需要接受用户测试指令，并对测试结果进行显示；数据处理包括了指令下发，上传指令几种分析、计算测试结果，通过各通道数据统一上传处理，保证了系统的模块化结构，便于后期测试通道的扩展。

所述上位机控制单元连接存储模块U5，所述存储模块U5第一数据传输端连接第二十二电阻R22一端和上位机控制单元第一数据传输端，第二十二电阻R22另一端连接电源，所述存储模块U5第二数据传输端连接第二十三电阻R23一端和上位机控制单元第二数据传输端，第二十三电阻R23另一端连接电源，所述存储模块U5第三数据传输端连接第二十四电阻R24一端和上位机控制单元第三数据传输端，第二十四电阻R24另一端连接电源，所述存储模块U5第四数据传输端连接第二十五电阻R25一端和控制单元第四数据传输端，第二十五电阻R25另一端连接电源。

所述存储模块U5时钟传输端连接上位机控制单元时钟传输端，所述存储模块U5指令传输端连接控制单元指令传输端和第二十六电阻R26一端，第二十六电阻R26另一端连接电源。所述存储模块U5工作电压端连接电压和第十一电容C11一端，第十一电容C11另一端接地，所述存储模块U5接地电压端接地。

电源模块包括一个两级电压变换电路和一个三级电压变换电路组成。电路共用第一级变换电路，将输入电源升压至12V。两级变换电路的第二级输出9V电压，用于驱动电路芯片供电。三级电压变换中第二级输出5V给系统芯片供电，为了保证系统模块的安全工作，防止系统内部主要结构受到供电电源冲击，电路使用隔离的电源芯片。第三级输出3.3V为控制单元供电。控制单元和电路芯片供电电源与电源输入是隔离的，避免了测试过程中系统工作受到供电电源的影响。

系统在测试过程中将对电池进行恒流-恒压充电、恒流放电。其中，对电池充电控制原理如图8所示，先对电池进行恒流充电快速充电，当电池电压达到阈值电压后转为恒压充电，补充电量对电池进行完全充电；放电控制如图9所示，电池采用恒流放电，在放电过程中计算放电电量可分析得到电池的实际容量；因为系统采用了通道间能量转移的方式进行能量回收，因此在整个系统充放电能量溢出时需要对溢出能量进行吸收，溢出能量吸收工作状态的控制原理如图10所示。

本发明采用多个变换器并联的设计方法，设计个多通道同时工作的测试系统，可以同时接入多个待测试的电池，设定不同的测试操作，通道之间工作互不影响；

测试系统通道之间输入侧并联，接入供电电源，各个通道之间可通过并联输入侧进行能量转移，在各个通道分别进行充放电操作时，将放电操作通道释放的能量用于充电通道进行充电操作，实现的电池检测过程中能量的回收利用；

测试系统采用了上位机和变换器模块电路分开的设计方案，将变换器模块电路检测数据传输至上位机集中处理，保证了系统测试结果的准确计算，同一上位机扩展多个变换器模块即可完成系统测试通道的扩展。

一种高效多通道电池容量测试系统的工作方法，包括以下步骤：

S1，在充电上接入待测电池，执行S2；

S2，在电源侧端口接入直流电源供电，并在上位机控制单元上对操作进行设置，并设定电池电压、电流的阈值和电源的电压阈值，执行S2-1；

S2-1，设定放电模式优先与充电模式，执行S2-2；

S2-2，设定充电模式的优先次序，执行S2-3；

S2-3，设定恒流充电为优先充电模式，恒压充电为替补充电模式，执行S3；

S3，开始测试，执行S3-1；

S3-1，开始余电检测，执行S3-1-1；

S3-1-1，通过变换器控制单元将充电变换器切换为放电模式，通过充电变换器对待测电池进行放电，执行S3-1-2；

S3-1-2，通过电池电压检测模块检测待测电池的电压情况，并将待测电池的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-1-3；

S3-1-3，变换器控制单元对比待测电池的电压检测信息是否在设定的电池电压阈值中；若在电池电压阈值范围内则执行S3-1-4，若低于电池电压阈值的最低值则执行S3-1-5；

S3-1-4，通过充电变换器对待测电池继续放电，执行S3-1-2；

S3-1-5，通过变换器控制单元控制充电变换器停止对待测电池继续放电，同时执行S3-2和S3-3；

S3-2，开始充电，执行S3-2-1；

S3-2-1，通过变换器控制单元将充电变换器切换为充电模式，通过充电变换器对待测电池进行充电，执行S3-2-2；

S3-2-2，对待测电池进行恒流充电，通过电池电压检测模块实时检测待测电池的电压情况，并将待测电池的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-2-3；

S3-2-3，变换器控制单元对比待测电池的电压检测信息是否在设定的电池电压阈值中；若在电池电压阈值范围内则执行S3-2-4，若高于电池电压阈值的最高值则执行S3-2-5；

S3-2-4，执行S3-2-2；

S3-2-5，通过变换器控制单元控制充电变换器切换至恒压充电模式，对待测电池进行恒压充电，执行S3-2-6；

S3-2-6，通过电流检测模块实时充电电路中的电流情况，并通过电流检测模块将充电电路中的电流检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-2-7；

S3-2-7，变换器控制单元对比充电电路中的电路检测信息是否在设定的电池电流阈值中；若在电池电流阈值则执行S3-2-8，若低于电池电流阈值的最低值则执行S3-2-9；

S3-2-8，执行S3-2-6；

S3-2-9，通过变换器控制单元控制充电变换器停止对待测电池进行充电，执行S3-4；

S3-3，开始电源电压检测，执行S3-3-1；

S3-3-1，通过电源电压检测模块检测电源侧电压，电源电压检测模块将电源侧电压的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-3-2；

S3-3-2，通过变换器控制单元对比电源侧电压的电压检测信息是否在设定的电源电压阈值范围内，若在电源电压阈值范围内则执行S3-3-3，若大于电源电压阈值的最高至则执行S3-3-4；

S3-3-3，执行S3-3-1；

S3-3-4，通过变换器控制单元启动负载变换器，通过负载变换器对溢出的能量进行回收，执行S3-3-1；

S4，完成测试，执行S4-1；

S4-1，通过变换器将测试结果传送至上位机控制单元，执行S4-2；

S4-2，通过上位机控制单元将测试结果保存至存储模块；

S4-3，保存测试结果后，重新设置测试操作开始测试，如此可反复进行测试工作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高效多通道电池容量测试系统，其特征在于：包括变换器模块、电源模块和上位机模块；电源模块包括供电电源和充电电源；

变换器模块包括变换器控制单元，所述变换器控制单元控制输出端连接变换器组件控制输入端，变换器模块包括负载变换器、充电变换器和能量吸收负载，充电变换器有三个，分别为第一充电变换器、第二充电变换器和第三充电变换器；能量吸收负载连接负载变压器输出侧，第一充电变换器、第二充电变换器、第三充电变换器的输出侧分别连接第一电池、第二电池和第三电池，负载变换器、第一充电变换器、第二充电变换器和第三充电变换器的输入侧连接充电电源；

上位机模块包括上位机控制单元，上位机控制单元通信收发端连接上位机通信单元通信收发端，变换器控制单元通信收发端连接变换器通信单元通信收发端，上位机通信单元信息交互端连接变换器通信单元信息交互端；

上位机控制单元串口信号输出端连接RS232收发器(U2)第二接收器输入端，RS232收发器(U2)第二接收器输出端连接第十四电阻(R14)一端，第十四电阻(R14)另一端连接COM通信接口公头第四端，RS232收发器(U2)第二驱动器输出端连接上位机控制单元串口信号输入端，RS232收发器(U2)第二驱动器输入端连接COM通信接口公头第三端，COM通信接口公头连接显示模块通信接口母头；

所述RS232收发器(U2)倍压电荷泵电容正极连接第十三电容(C13)一端，第十三电容(C13)另一端连接RS232收发器(U2)倍压电荷泵电容负极，RS232收发器(U2)反相电荷泵电容正极连接第十五电容(C15)一端，第十五电容(C15)另一端连接RS232收发器(U2)倍压电荷泵电容负极，RS232收发器(U2)电荷泵电压正极连接第十四电容(C14)一端，第十四电容(C14)另一端接地，RS232收发器(U2)电荷泵电压负极连接第十六电容(C16)一端，第十六电容(C16)另一端接地。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：上位机控制单元通讯收发端连接第一通讯单元通讯收发端，第一通讯单元包括第一CAN收发芯片(U1)，所述第一CAN收发芯片(U1)高电平端连接第八电阻(R8)一端，第八电阻(R8)另一端连接第一CAN控制器高电平端、第十电阻(R10)一端和第十二电阻(R12)一端，第十电阻(R10)另一端连接第十电容(C10)一端和第十一电阻(R11)一端，第十电容(C10)另一端接地，第十一电阻(R11)另一端连接第十三电阻(R13)一端，第十三电阻(R13)另一端连接第十二电容(C12)一端和第十二电阻(R12)另一端，第十二电容(C12)另一端接地，第一CAN收发芯片(U1)低电平端连接第九电阻(R9)一端，第九电阻(R9)另一端连接第一CAN控制器低电平端和第十三电阻(R13)一端，第一CAN收发芯片(U1)数据发送端连接上位机控制单元数据接收端，第一CAN收发芯片(U1)数据接收端连接上位机控制单元数据发送端。

3.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述变换器模块被检测端连接检测模块检测端，检测模块检测信号输出端连接变换器控制单元检测信号输入端，检测模块包括电源电压检测模块、电池电压检测模块和电流检测模块。

4.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：电流检测模块包括霍尔电流传感器(U6)，霍尔电流传感器(U6)第七端连接第七电阻(R7)一端，第七电阻(R7)另一端连接第六电阻(R6)一端、第二电容(C2)一端和变压器控制单元电流信号输入端，第六电阻(R6)另一端连接第二电容(C2)另一端，第二电容(C2)另一端接地，霍尔电流传感器(U6)第六端连接第三电容(C3)一端，第三电容(C3)另一端和霍尔电流传感器(U6)第五端均接地。

5.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：电源电压检测模块包括第十七电阻(R17)，第十七电阻(R17)一端连接第五电容(C5)一端和电源正极，第五电容(C5)另一端连接电源负极和第十八电阻(R18)一端，第十七电阻(R17)另一端连接第二运算放大器反向输入端和第十九电阻(R19)一端，第十九电阻(R19)另一端连接第二运算放大器输出端，第十八电阻(R18)另一端连接第二运算放大器同相输入端和第二十电阻(R20)一端，第二十电阻(R20)另一端接地，第二运算放大器输出端连接第二十一电阻(R21)一端和第六电容(C6)一端，第六电容(C6)另一端接地，第二十一电阻(R21)另一端连接变压器控制单元电源电压信号输出端。

6.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：电池电压检测模块包括第一电阻(R1)，第一电阻(R1)一端连接第一运算放大器反向输入端和第三电阻(R3)一端，第三电阻(R3)另一端连接第一运算放大器输出端，第一运算放大器同相输入端连接第二电阻(R2)一端和第四电阻(R4)一端，第四电阻(R4)另一端接地，第一运算放大器输出端连接第五电阻(R5)一端和第一电容(C1)一端，第一电容(C1)另一端接地，第五电阻(R5)另一端连接变压器控制单元电池电压信号输入端。

7.一种高效多通道电池容量测试系统的工作方法，包括以下步骤：

S1，在充电变换器上接入待测电池；

S2，在电源侧端口接入直流电源供电，并在上位机控制单元上对操作进行设置，并设定电池电压、电流的阈值和电源的电压阈值；

S3，开始测试；

S4，完成测试，保存测试结果后，重新设置测试操作开始测试，如此可反复进行测试工作。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：在步骤S2，在电源侧端口接入直流电源供电，并在上位机控制单元上对操作进行设置，并设定电池电压、电流的阈值和电源的电压阈值中，还包括以下步骤：

S2-1，设定放电模式优先与充电模式，执行S2-2；

S2-2，设定充电模式的优先次序，执行S2-3；

S2-3，设定恒流充电为优先充电模式，恒压充电为替补充电模式。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于：在步骤S3，开始测试中，还包括以下步骤：

S3-1，开始余电检测；

S3-1-1，通过变换器控制单元将充电变换器切换为放电模式，通过充电变换器对待测电池进行放电，执行S3-1-2；

S3-1-2，通过电池电压检测模块检测待测电池的电压情况，并将待测电池的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-1-3；

S3-1-3，变换器控制单元对比待测电池的电压检测信息是否在设定的电池电压阈值中；若在电池电压阈值范围内则执行S3-1-4，若低于电池电压阈值的最低值则执行S3-1-5；

S3-1-4，通过充电变换器对待测电池继续放电，执行S3-1-2；

S3-1-5，通过变换器控制单元控制充电变换器停止对待测电池继续放电，同时执行S3-2和S3-3；

S3-2，开始充电，执行S3-2-1；

S3-2-1，通过变换器控制单元将充电变换器切换为充电模式，通过充电变换器对待测电池进行充电，执行S3-2-2；

S3-2-2，对待测电池进行恒流充电，通过电池电压检测模块实时检测待测电池的电压情况，并将待测电池的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-2-3；

S3-2-3，变换器控制单元对比待测电池的电压检测信息是否在设定的电池电压阈值中；若在电池电压阈值范围内则执行S3-2-4，若高于电池电压阈值的最高值则执行S3-2-5；

S3-2-4，执行S3-2-2；

S3-2-5，通过变换器控制单元控制充电变换器切换至恒压充电模式，对待测电池进行恒压充电，执行S3-2-6；

S3-2-6，通过电流检测模块实时充电电路中的电流情况，并通过电流检测模块将充电电路中的电流检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-2-7；

S3-2-7，变换器控制单元对比充电电路中的电路检测信息是否在设定的电池电流阈值中；若在电池电流阈值则执行S3-2-8，若低于电池电流阈值的最低值则执行S3-2-9；

S3-2-8，执行S3-2-6；

S3-2-9，通过变换器控制单元控制充电变换器停止对待测电池进行充电，执行S3-4；

S3-3，开始电源电压检测，执行S3-3-1；

S3-3-1，通过电源电压检测模块检测电源侧电压，电源电压检测模块将电源侧电压的电压检测信息发送至变换器控制单元，执行S3-3-2；

S3-3-2，通过变换器控制单元对比电源侧电压的电压检测信息是否在设定的电源电压阈值范围内，若在电源电压阈值范围内则执行S3-3-3，若大于电源电压阈值的最高至则执行S3-3-4；

S3-3-3，执行S3-3-1；

S3-3-4，通过变换器控制单元启动负载变换器，通过负载变换器对溢出的能量进行回收，执行S3-3-1。

10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于：在步骤S4，完成测试，保存测试结果后，重新设置测试操作开始测试，如此可反复进行测试工作中，还包括以下步骤：

S4-1，通过变换器将测试结果传送至上位机控制单元，执行S4-2；

S4-2，通过上位机控制单元将测试结果保存至存储模块(U5)，执行S4-3；

S4-3，重新设置测试操作开始测试，如此可反复进行测试工作。