CN114235621B - 一种储能材料循环寿命测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能材料循环寿命测试装置，测试箱（2）包含主控单元（10）、变压模块（20）、通道转换电路（30）、测试方法转换模块（40）、恒流源电路（50、器件电极模块（60）、电压计算模块（70）、电源电路（80）和无线模块（90）；本发明装置利用电极的灵活性，完成多种储能材料循环寿命的测试，增加了多个通道，多个恒流源的使用提高了仪器的使用效率，更轻便灵活，无线传输的模式也增加了整个测试环境条件的灵活性，同时满足两种测试体系的测试方法。
Description
技术领域
本发明设计一种储能材料循环寿命测试装置，属于技术领域。
背景技术
随着全球环境对碳的含量标准要求日益提高，国家对绿色高储能材料的需求显著增加。优质高性能的储能材料成为了各行各业发展的基石，同时在电子发展领域储能材料的循环寿命是影响相关产品使用周期的重要特性。
因此对于储能材料循环寿命特性的检测是在材料研制阶段重要的测试项目之一。储能材料的循环寿命测试一般采用计时电位法，即给定待测材料一定的充放电电流后，对待测试材料进行反复的充放电并对材料的电位进行记录与计算。不同材料对于测试方法需求不同，对仪器种类要求较多且利用率不高，进而造成单项特征测试时出现仪器配置浪费现象。而且大批量的数据过于冗长，会导致仪器停机，数据无法读取的现象。
目前，需要将材料循环寿命测试功能聚焦在一台仪器上，提高仪器在循环寿命测试中的使用效率，并且对测试条件要求更灵活化，是仪器发展的方向。
目前研究人员在测试储能材料的循环寿命的实验里，一般会用到两类仪器，一类是电池测试仪，另一种是电化学工作站。
电池测试仪适用性广且可满足多个器件同步测试的功能，在测试电池循环寿命时，一般会运用到此仪器。电池的循环寿命测试对充放电循环的次数要求较高，需要产生千次以上的充放电测试。充放电产生数据量较大，对于数据的处理与计算产生了一定的难度。
现有技术中，CN108489841公开一种相变材料冷热循环寿命测试装置与测试方法，仅能适配相变材料的冷热循环，CN109781579公开一种储氢材料循环寿命自动测试仪及测试方法，仅能测试储氢材料，所适配的储能材料都过于单一。在普通工作状态下，现有技术仪器都可以完成对应器件的循环寿命测试。但当测试者对测试器件电极种类要求较多且测试环境相对恶劣时，需要一种测试操作简便直观，便于携带的测试仪器，且电极多种测试体系与多个电极同步测试的功能可以同时兼顾。同时现有的仪器在测试循环寿命的次数达到上千次或更高时，因测得的数据过于冗余且会导致文件损坏。上述两件现有技术都无法同时测量多个材料，仪器本身的利用率大大降低，对于条件总体控制所需要的位置的固定要求较高；对于测试方式，仅满足与两电极体系或三电极体系的一种。
电化学工作站在测试循环寿命时能达到高精度，数据记录次数频繁且测试方法多样。但因其电流源个数有限，无法达到多个电极同步测试。且因其内部电路有一定局限性，只能用三电极测试体系方法来完成测试，所以限制了部分可测储能器件的种类。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，本发明公开一种储能材料循环寿命测试装置，利用电极的灵活性，完成多种储能材料循环寿命的测试；而本发明增加了多个通道，多个恒流源的使用提高了仪器的使用效率，更轻便灵活，无线传输的模式也增加了整个测试环境条件的灵活性，同时满足两种测试体系的测试方法。
一种储能材料循环寿命测试装置，包括上位机和测试箱；
上位机对测试条件数据和测试结果数据进行处理，测试箱完成储能器件电极的连接并对储能器件进行循环充放电测试；
上位机完成对测试箱所采集到的电压数据进行处理与计算；测试箱包含主控单元、变压模块、通道转换电路、测试方法转换模块、恒流源电路、器件电极模块、电压计算模块、电源电路和无线模块；
变压模块、通道转换电路、测试方法转换模块和电压计算模块都与主控单元相连接，所述恒流源电路、器件电极模块和电压计算模块依次顺序连接；所述变压模块和通道转换电路都与恒流源电路相连接，所述电源电路和无线模块都与主控单元相连接；
所述电源电路和无线模块提供电源以及通讯条件；
所述变压模块用于将固定电压变换为可变电压，变压模块为恒流源电路源提供0.1mA~10mA可变电流；
所述恒流源电路为器件电极模块提供特定电流值，满足测试循环寿命时需对器件电极提供特定电流值循环充放电的条件；
所述电压计算电路计算所测器件电极电压，使所测器件电极电压范围在-2V～2V之间；
电压计算电路构成电压计算电路，通过芯片内的运算放大器构成减法器，计算电极间的电势差，方便数模转换时输出的采集电压范围在-2V~2V之间。
所述通道转换电路在测试循环寿命实验时，用于完成对测试通道的选择，使各通道保持独立测试，互不干扰；
在通道转换电路中增加了光电耦合器，通过光信号与电信号之间的快速转换，实现了通道的快速识别的能力。再通过继电器完成通道的开启与关闭。
所诉测试方法转换模块为了增加器件电极的种类，将两电极测试体系与三电极测试体系方法融合在一起；
测试方法转换模块通过改变接入电极从而改变测试方法；
所述无线模块将测试到的电压数据远程传输给上位机；
所述主控单元对硬件电路中的信号进行控制与转换；
所述电源电路提供电能。
电压计算电路包括第一运算放大器芯片U20、第一运算放大器、电阻R23、电阻R29、电阻R35、电阻R38和电容C23；
所述电阻R35和电阻R38连接第一运算放大器芯片U20的B侧输入正极,所述电阻R29的一端连接电阻R23和第一运算放大器芯片的B侧输入负极，电阻R29的另一端连接第一运算放大器的电源负极，第一运算放大器的电源负极接地；电阻R23连接第一运算放大器芯片的B侧输出端；
第一运算放大器芯片的电源正极V+连接电源电路的正极，第一运算放大器芯片的电源负极V-连接电源电路的负极；
第一运算放大器芯片的A侧输入正极连接测试方法转换模块，第一运算放大器芯片的A侧输入负极连接第一运算放大器芯片的A侧输出端；
第一运算放大器的输入正极连接电阻R23和电阻R29，第一运算放大器的输入负极连接的第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的电源正极连接电源电路和电容C23，电容C23另一端接地。
通道转换电路包括光电耦合器U27、信号继电器K1、开关二极管D7、发光二极管D9、电阻R44、电阻R53、电阻R58、电阻R59、电阻R62和MOS管Q1；
主控单元输出的高低电平信号输入到光电耦合器U27，控制光电耦合器U27，光电耦合器U27的输出端连接电阻R59，MOS管Q1的基极连接电阻R62和电阻R59，电阻R62的另一端接地，MOS管Q1的发射机接地，MOS管Q1的集电极依次串联接连电阻R53和发光二极管D9，发光二极管D9连接电源电路；
发光二极管D9朝向电阻R53导通；开关二极管D7一端连接MOS管Q1的集电极，另一端连接信号继电器K1，信号继电器K1的第一触点连接电极U23，信号继电器K1的拨片触点连接测试方法转换模块，光电耦合器开启后使得信号继电器K1的拨片触点中的拨片与左边触点接触，接入对应通道的电极，电阻R44连接信号继电器K1的第二触点后接地。
测试方法转换模块包括模拟开关芯片，模拟开关芯片的输出引脚B连接第一运算放大器芯片的A侧输入正极；
模拟开关芯片的输入引脚A2连接信号继电器K1的拨片触点。
变压模块包括第二运算放大器芯片U19、第二运算放大器、电阻R22、电阻R26、电阻R28、电阻R33、电阻R38、电阻R42和电容C25；
第二运算放大器芯片U19的 A侧输出端OUTA连接A侧输入负极，第二运算放大器芯片U19的A侧输入正极连接测试方法转换模块；
第二运算放大器芯片U19的电源负极连接电源电路的负极；
第二运算放大器芯片U19的电源正极连接电源电路的正极；
第二运算放大器芯片U19的B侧输出端连接电阻R22，第二运算放大器芯片U19的B侧输入负极连接电阻R28，第二运算放大器芯片U19的B侧输入正极+INB连接电阻R33和电阻R38，电阻R38接地，电阻R33连接电压的输出端，电阻R22连接电阻R28，电阻R28的另一端连接第二运算放大器的输入负极，第二运算放大器的输入正极连接电阻R26，第二运算放大器的电源负极连接电阻R42，电阻R42与电阻R26串联连接，第二运算放大器的电源负极接地，第二运算放大器的电源正极连接电源电路；
电容C25连接第二运算放大器的电源正极后接地，第二运算放大器的输出端与第二运算放大器的输入负极相连接。
恒流源电路包括第三运算放大器U23、电阻R46、电阻R48、电阻R55、电容C33和电容C35，电阻R46和电阻R55分别连接第三运算放大器U23的输入负极和输入正极，电阻R48连接第三运算放大器U23的输出端，第三运算放大器U23的电源正极连接电容C33后接地，第三运算放大器U23的电源负极连接电容C35后接地。
第三运算放大器U23与电阻R48、电阻R55和电阻R46构成差分放大电路，完成特定电流值的充放电功能。
一种储能材料循环寿命测试方法，包括以下步骤：
S1接入样品：将待测试的储能材料样品电极接入测试箱的接线柱，测试箱的接线柱包括工作电极接线柱、辅助电极接线柱和参比电极接线柱;
S2设置实验条件；
所述S2具体包括以下步骤：
S21：选择通道：在上位机中选择接入样品所对应的通道序号，为每个接入样品的通道配置实验测试相关参数；
S22：参数配置：在上位机各通道界面内配置实验参数，实验参数包括：测试方法、活化参数和循环充放电参数；
测试方法包括两电极体系测试方法和三电极体系测试方法；
活化参数包括活化循环次数；
循环充放电参数包括充电电流、放电电流、高电压、低电压、时间间隔、充放电次数和充放电时间；
S3循环寿命测试；
所述S3具体包括以下步骤：
S31：根据上位机设定的活化参数和循环寿命充放电参数，通过电源电路上电，完成储能材料的活化测试直至达到设定的活化循环次数；
S32：根据上位机设定的循环寿命充放电参数，通过电源电路上电，完成储能材料的循环充放电测试，并记录测试时的数据；
S4，计算循环稳定性数据：循环充放电测试完成后，将上位机采集到的电压-时间数据进行处理，计算出每次充放电循环中放电时间与第一次充放电循环中放电时间的比值，得到每次充放电的循环特性数据；
S5，采集储能材料在不同电流下充放电时极间的电势数据，对电压-时间数据进行处理，进行数据的分析计算，得到每次充放电的循环特性。
上位机将接收到的充放电数据中每次循环的放电时间与第一次放电时间比较，计算得到每次充放电的循环稳定性。
所述S31具体包括以下步骤：
S311充电：上位机设定的循环充放电参数数据通过无线模块发送给主控单元，主控单元依据通道序号、测试方法、充电电流、电压数据控制测试方法转换模块、通道转换模块和变压模块；变压模块控制恒流源电路达到所需的充电电流数值，为器件电极供电；供电开始后通过电压计算电路测量器件电极极间电势，当电势差达到设定的高电压值时，停止充电；
S312放电：依据上位机通过无线模块传输的放电电流和低电压数据，主控单元控制变压模块使恒流源电路为器件电极提供相应的放电电流条件，放电开始后通过电压计算电路测量器件电极极间电势，并且当器件电极极间电势差到达低电压值时，停止放电。
所述S32具体包括以下步骤：
S321充电：依据上位机设定的循环充放电参数数据通过无线模块发送给主控单元，主控单元依据充电电流、高电压数据控制变压模块；变压模块控制恒流源电路达到所需的充电电流数值，并为器件电极供电；供电开始后通过电压计算电路测量器件电极极间电势，并根据时间间隔的要求将相应时间的电势差值通过主控单元与无线模块发送给上位机，上位机将数据保存并整理成相应的坐标图像，当电势差达到设定的高电压值时，停止充电。
S322放电：依据上位机通过无线模块传输的放电电流和低电压数据，主控单元控制变压模块使恒流源电路为器件电极提供相应的放电电流条件，放电开始后通过电压计算电路测量器件电极的极间电势，并根据时间间隔的要求将相应时间的电势差值通过主控单元与无线模块发送给上位机，上位机将数据保存并整理成相应的坐标图像，当器件电极极间电势差到达低电压值时，停止放电。
本发明的有益效果包括：
1，本发明装置利用电极的灵活性，可以完成多种储能材料循环寿命的测试，增加了多个通道，多个恒流源的使用提高了仪器的使用效率，更轻便灵活，无线传输的模式也增加了整个测试环境条件的灵活性，同时满足两种测试体系的测试方法。
2，本申请对储能材料电极电化学性质中的循环稳定性进行针对性测试，简化循环寿命测试的操作步骤，提高测试装置使用的目的性；在循环寿命测试中，可满足多通道与多种方法进行测试，避免了仪器使用效率不高，所测储能材料种类有限的问题，为使用者节约了大量的测试时间，大大提高了测试装置的使用效率与适配性。
3，本申请数据通过无线传输的方法，无需使用者在测试时只能在特定地点对测试的进度进行监控，提高了仪器使用的灵活性；其测试仪器主体的缩小，便携性携带，也减小了对测试环境的要求，提高了测试装置的使用场景。
4，本申请对于数据的处理，避免了传统仪器因为数据冗长，使用者对所需数据的查找浪费了过的时间，并且需要自己驻点计算出数据，而算法的运用直接计算出测试所需的有效数据，明显节约了使用者的分析时间。
5、本申请通道转换电路通过信号继电器完成通路的独立选择，使不同的储能器件电极可以同时并行测试。而测试方法转换模块，则是测试储能器件电极时，用CMOS开关达到接入电极的改变，从而切换两电极测试体系和三电极测试体系方法。
附图说明
图1是本发明测试箱的结构示意图；
图2是本发明上位机示意图；
图3是本发明测试箱的模块结构示意图；
图4是本发明的部分电路原理图；
图5是本发明测试方法的流程图；
图6是本实施例AD8666芯片引脚示意图。
附图符号说明
1：上位机 2：测试箱
2a：硬件电路 2b:工作电极接线柱
2c: 参比电极接线柱 2d:辅助电极接线柱
10：主控单元 20：变压模块
30：通道转换电路 40：测试方法转换模块
50：恒流源电路 60：器件电极
70：电压计算电路 80：无线模块
90：电源电路
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示，一种储能材料循环寿命测试装置，包括上位机1和测试箱2；
上位机1对测试条件数据和测试结果数据进行处理，测试箱2完成储能器件电极的连接并对储能器件进行循环充放电测试；
上位机1完成对测试箱2所采集到的电压数据进行处理与计算。测试箱2包含主控单元10、变压模块20、通道转换电路30、测试方法转换模块40、恒流源电路50、器件电极模块60（器件模块60是指接入所测电极部分，就是图1内工作电极、辅助电极、参比电极）、电压计算模块70、电源电路80和无线模块90；
变压模块20、通道转换电路30、测试方法转换模块40和电压计算模块70都与主控单元10相连接，所述恒流源电路50、器件电极模块60和电压计算模块70依次顺序连接；所述变压模块20和通道转换电路30都与恒流源电路50相连接，所述电源电路80和无线模块90都与主控单元10相连接；
所述电源电路80和无线模块90提供电源以及通讯条件；
所述变压模块20用于将固定电压变换为可变电压，变压模块20为恒流源电路50源提供0.1mA~10mA可变电流；
所述恒流源电路50为器件电极模块60提供特定电流值，满足测试循环寿命时需对器件电极提供特定电流值循环充放电的条件；
所述电压计算电路70计算所测器件电极电压，使所测器件电极电压范围在-2V～2V之间；
本实施例中，电压计算电路70包括AD8666芯片构成电压计算电路，该电路通过芯片内的运算放大器构成减法器，计算电极间的电势差，方便数模转换时输出的采集电压范围在-2V~2V之间。
所述通道转换电路30在测试循环寿命实验时，用于完成对测试通道的选择，使各通道保持独立测试，互不干扰；
在通道转换电路30中增加了光电耦合器，通过光信号与电信号之间的快速转换，实现了通道的快速识别的能力。再通过继电器完成通道的开启与关闭。
所诉测试方法转换模块40为了增加器件电极的种类，将两电极测试体系与三电极测试体系方法融合在一起；
测试方法转换模块40运用模拟开关芯片BL1551改变接入电极从而改变测试方法。
所述无线模块90将测试到的电压数据远程传输给上位机；
所述主控单元10对硬件电路中的信号进行控制与转换；
所述电源电路80为整体硬件电路提供电能。
如图4和图6所示，电压计算电路70包括第一运算放大器芯片U20、第一运算放大器、电阻R23、电阻R29、电阻R35、电阻R38和电容C23；本实施例中，第一运算放大器芯片U20是AD8666。
所述电阻R35和电阻R38连接第一运算放大器芯片U20的B侧输入正极+INB（U20中引脚5），所述电阻R29的一端连接电阻R23和第一运算放大器芯片的B侧输入负极-INB（中引脚6），电阻R29的另一端连接第一运算放大器的电源负极，第一运算放大器的电源负极接地；电阻R23连接第一运算放大器芯片的B侧输出端OUTB（U20中引脚7）；
第一运算放大器芯片的电源正极V+（U20中引脚9）连接电源电路80的正极（连接正极VCC9+），第一运算放大器芯片的电源负极V-（U20中引脚4）连接电源电路80的负极（连接负极VCC9-）；
本实施例中，主控单元由32位的STM32F407VGT6单片机作为微控制处理器。芯片自带的12位DAC和12位ADC模块进行电压信号的转换。
第一运算放大器芯片的A侧输入正极+INA（U20中引脚3）连接测试方法转换模块40，第一运算放大器芯片的A侧输入负极-INA（U20中引脚2）连接第一运算放大器芯片的A侧输出端OUTA（U20中引脚1）；
附图4中VCC9 指电源电路输出的工作的电压，电源电路能够提供9v电压供电。
第一运算放大器的输入正极连接电阻R23和电阻R29，第一运算放大器的输入负极连接的第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的电源正极连接电源电路80（VCC3，电源电路能够提供3v电压供电）和电容C23，电容C23另一端接地。
通道转换电路30包括光电耦合器U27、信号继电器K1、开关二极管D7、发光二极管D9、电阻R44、电阻R53、电阻R58、电阻R59、电阻R62和MOS管Q1；
主控单元10输出的高低电平信号输入到光电耦合器U27，控制光电耦合器U27，光电耦合器U27的输出端连接电阻R59，MOS管Q1的基极连接电阻R62和电阻R59，电阻R62的另一端接地，MOS管Q1的发射机接地，MOS管Q1的集电极依次串联接连电阻R53和发光二极管D9，发光二极管D9连接电源电路80（VCC5，电源电路能够提供5v电压供电）。
发光二极管D9朝向电阻R53导通；开关二极管D7一端连接MOS管Q1的集电极，另一端连接信号继电器K1，信号继电器K1的第一触点连接电极U23，信号继电器K1的拨片触点连接测试方法转换模块40，光电耦合器开启后使得信号继电器K1的拨片触点（U23中的触点6）中的拨片与左边触点接触，接入对应通道的电极，电阻R44连接信号继电器K1的第二触点后接地。
测试方法转换模块40包括模拟开关芯片（本实施例为BL1551），模拟开关芯片的输出引脚B连接第一运算放大器芯片的A侧输入正极+INA（U20中引脚3）；
模拟开关芯片的输入引脚A2连接信号继电器K1的拨片触点。
通道转换电路通过信号继电器完成6条通路的独立选择，使不同的储能器件电极可以同时并行测试。而测试方法转换模块，则是测试储能器件电极时，用CMOS开关达到接入电极的改变，从而切换两电极测试体系和三电极测试体系方法。
变压模块20包括第二运算放大器芯片U19、第二运算放大器、电阻R22、电阻R26、电阻R28、电阻R33、电阻R38、电阻R42和电容C25；
第二运算放大器芯片U19的 A侧输出端OUTA（U19中的引脚1）连接A侧输入负极-INA（U19中的引脚2），第二运算放大器芯片U19的A侧输入正极+INA（U19中的引脚3）连接测试方法转换模块40；
第二运算放大器芯片U19的电源负极V-（U19中的引脚4）连接电源电路80的负极；
第二运算放大器芯片U19的电源负极V+（U19中的引脚8）连接电源电路80的正极；
第二运算放大器芯片U19的B侧输出端OUTB（U19中的引脚7）连接电阻R22，第二运算放大器芯片U19的B侧输入负极-INB（U19中的引脚6）连接电阻R28，第二运算放大器芯片U19的B侧输入正极+INB（U19中的引脚5）连接电阻R33和电阻R38，电阻R38接地，电阻R33连接电压的输出端（本实施例中，电压的输出端连接的数模转换器为MCP4725，DAC_OUT4是MCP4725输出端），电阻R22连接电阻R28，电阻R28的另一端连接第二运算放大器的输入负极，第二运算放大器的输入正极连接电阻R26，第二运算放大器的电源负极连接电阻R42，电阻R42与电阻R26串联连接，第二运算放大器的电源负极接地，第二运算放大器的电源正极连接电源电路80（VCC3）（电源电路能够提供3v电压为芯片供电）；
电容C25连接第二运算放大器的电源正极后接地，第二运算放大器的输出端与第二运算放大器的输入负极相连接。
数模转换器（MCP4725）完成DA转换后，通过DAC-OUT4引脚接入电压（变压模块20），再通过DAC_IN1引脚得到变化的电压，从而控制恒流源电路；
恒流源电路50包括第三运算放大器U23、电阻R46、电阻R48、电阻R55、电容C33和电容C35，附图4中R45为满足正确的放大倍数，R45处的阻值为0，电阻R46和电阻R55分别连接第三运算放大器U23的输入负极和输入正极，电阻R48连接第三运算放大器U23的输出端，第三运算放大器U23的电源正极连接电容C33后接地，第三运算放大器U23的电源负极连接电容C35后接地。
AD8422与电阻R48、电阻R55和电阻R46构成差分放大电路，完成特定电流值的充放电功能。
本实施例中，主控芯片STM32F407VGT6中DAC输出的电压，再由MCP4725A0T芯片将电压调整到0V~3.3V可调范围内。可调电压通过精密仪表放大器AD8422ARZ构成差分放大电路，从而组成恒流电路，完成充放电测试，并为待测器件电极提供的电流达到微安级别。
如图5所示，一种储能材料循环寿命测试方法，包括以下步骤：
S1，接入样品：将待测试的储能材料样品电极接入测试箱2的接线柱，测试箱2的接线柱包括工作电极接线柱2b、辅助电极接线柱2d和参比电极接线柱2c；
S2，设置实验条件；
所述S2具体包括以下步骤：
S21：选择通道：在上位机1中选择接入样品所对应的通道序号，为每个接入样品的通道配置实验测试相关参数；其中通道个数≤6
S22：参数配置：在上位机1各通道界面内配置实验参数，实验参数包括：测试方法、活化参数和循环充放电参数；
测试方法包括两电极体系测试方法和三电极体系测试方法
活化参数包括活化循环次数
循环充放电参数包括充电电流、放电电流、高电压、低电压、时间间隔、充放电次数和充放电时间
其中活化循环次数≥3次，充电电流和放电电流范围为0.1mA~10mA，电压范围为-2V~2V之间，时间间隔≥0.1s。
S3，循环寿命测试；
所述S3具体包括以下步骤：
S31：根据上位机1设定的活化参数和循环寿命充放电参数，通过电源电路80上电，完成储能材料的活化测试直至达到设定的活化循环次数，根据储能材料的特点，本步骤不少于3次；
所述S31具体包括以下步骤：
S311：充电：上位机1设定的循环充放电参数数据通过无线模块90发送给主控单元10，主控单元10依据通道序号、测试方法、充电电流、电压数据控制测试方法转换模块40、通道转换模块30和变压模块20；变压模块20控制恒流源电路50达到所需的充电电流数值，为器件电极60供电；供电开始后通过电压计算电路70测量器件电极60极间电势，当电势差达到设定的高电压值时，停止充电；
S312：放电：依据上位机1通过无线模块90传输的放电电流和低电压数据，主控单元10)控制变压模块20使恒流源电路50为器件电极60提供相应的放电电流条件，放电开始后通过电压计算电路70测量器件电极60极间电势，并且当器件电极60极间电势差到达低电压值时，停止放电；
本实施例中，对应的每条选定的测试通道内，在测试时S311~S312为一次循环，重复S311~S312直到达到活化循环次数。
S32：根据上位机1设定的循环寿命充放电参数，通过电源电路80上电，完成储能材料的循环充放电测试，并记录下测试时的数据；
所述S32具体包括以下步骤：
S321：充电：依据上位机1设定的循环充放电参数数据通过无线模块90发送给主控单元10，主控单元10依据充电电流、高电压数据控制变压模块20；变压模块20控制恒流源电路50达到所需的充电电流数值，并为器件电极60供电；供电开始后通过电压计算电路70测量器件电极60极间电势，并根据时间间隔的要求将相应时间的电势差值通过主控单元10与无线模块90发送给上位机1，上位机1将数据保存并整理成相应的坐标图像，当电势差达到设定的高电压值时，停止充电。
S322：放电：依据上位机1通过无线模块90传输的放电电流、低电压数据，主控单元10)控制变压模块20使恒流源电路50为器件电极60提供相应的放电电流条件，放电开始后通过电压计算电路70测量器件电极60极间电势，并根据时间间隔的要求将相应时间的电势差值通过主控单元10与无线模块90发送给上位机1，上位机1将数据保存并整理成相应的坐标图像，当器件电极60极间电势差到达低电压值时，停止放电。
对应的每条选定的测试通道内，在测试时S321~S322为一次充放电，重复S321~S322直到达到充放电次数。
测试数据从活化测试完成后，S32开始由上位机1记录。
S4，计算循环稳定性数据：循环充放电测试完成后，将上位机1采集到的电压-时间数据进行处理，基于M-SEMAL算法，计算出每次充放电循环中放电时间与第一次充放电循环中放电时间的比值，得到每次充放电的循环特性数据。
测试方法：将储能材料相应的电极分别接入仪器的电极接线柱后，选择材料的测试通道以及测试方法（两电极测试体系或三电极测试体系方法）并配置充放电所需的电流、电压窗口以及循环次数。开始测试后，仪器对储能材料反复进行充放电，并采集相应时间储能材料对应的电压，并将采集到的数据无线传输给上位机，上位机将接收到的数据整理计算，输出每次充放电的循环稳定性的值。
S5，采集储能材料在不同电流下充放电时极间的电势数据，对电压-时间数据进行处理，基于M-SEMAL算法，进行数据的分析计算，得到每次充放电的循环特性。
上位机将接收到的充放电数据中每次循环的放电时间与第一次放电时间比较，计算得到每次充放电的循环稳定性。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的方法。
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种储能材料循环寿命测试装置，其特征在于，包括上位机（1）和测试箱（2）；
上位机（1）对测试条件数据和测试结果数据进行处理，测试箱（2）完成储能器件电极的连接并对储能器件进行循环充放电测试；
上位机（1）完成对测试箱（2）所采集到的电压数据进行处理与计算；测试箱（2）包含主控单元（10）、变压模块（20）、通道转换电路（30）、测试方法转换模块（40）、恒流源电路（50、器件电极模块（60）、电压计算模块（70）、电源电路（80）和无线模块（90）；
变压模块（20）、通道转换电路（30）、测试方法转换模块（40）和电压计算模块（70）都与主控单元（10）相连接，所述恒流源电路（50）、器件电极模块（60）和电压计算模块（70）依次顺序连接；所述变压模块（20）和通道转换电路（30）都与恒流源电路（50）相连接，所述电源电路（80）和无线模块（90）都与主控单元（10）相连接；
所述电源电路（80）和无线模块（90）提供电源以及通讯条件；
所述变压模块（20）用于将固定电压变换为可变电压，变压模块20为恒流源电路50源提供可变电流；
所述恒流源电路（50）为器件电极模块（60）提供特定电流值，满足测试循环寿命时需对器件电极提供特定电流值循环充放电的条件；
所述电压计算电路（70）计算所测器件电极电压，使所测器件电极电压范围在-2V～2V之间；
电压计算电路（70）中的运算放大器构成减法器，计算电极间的电势差；
所述通道转换电路（30）在测试循环寿命实验时，用于完成对测试通道的选择；
在通道转换电路（30）中增加了光电耦合器，通过光信号与电信号之间的快速转换，实现了通道的快速识别的能力；
测试方法转换模块（40）通过改变接入电极从而改变测试方法；
所述无线模块（90）将测试到的电压数据远程传输给上位机；
所述电源电路（80）提供电能；
通道转换电路（30）包括光电耦合器U27、信号继电器K1、开关二极管D7、发光二极管D9、电阻R44、电阻R53、电阻R58、电阻R59、电阻R62和MOS管Q1；
主控单元（10）输出的高低电平信号输入到光电耦合器U27，控制光电耦合器U27，光电耦合器U27的输出端连接电阻R59，MOS管Q1的基极连接电阻R62和电阻R59，电阻R62的另一端接地，MOS管Q1的发射机接地，MOS管Q1的集电极依次串联接连电阻R53和发光二极管D9，发光二极管D9连接电源电路（80）；
发光二极管D9朝向电阻R53导通；开关二极管D7一端连接MOS管Q1的集电极，另一端连接信号继电器K1，信号继电器K1的第一触点连接电极U23，信号继电器K1的拨片触点连接测试方法转换模块（40），光电耦合器开启后使得信号继电器K1的拨片触点中的拨片与左边触点接触，接入对应通道的电极，电阻R44连接信号继电器K1的第二触点后接地；
测试方法转换模块（40）包括模拟开关芯片，模拟开关芯片的输出引脚B连接第一运算放大器芯片的A侧输入正极；
模拟开关芯片的输入引脚A2连接信号继电器K1的拨片触点。
2.根据权利要求1所述一种储能材料循环寿命测试装置，其特征在于，
电压计算电路（70）包括第一运算放大器芯片U20、第一运算放大器、电阻R23、电阻R29、电阻R35、电阻R38和电容C23；
所述电阻R35和电阻R38连接第一运算放大器芯片U20的B侧输入正极,所述电阻R29的一端连接电阻R23和第一运算放大器芯片的B侧输入负极，电阻R29的另一端连接第一运算放大器的电源负极，第一运算放大器的电源负极接地；电阻R23连接第一运算放大器芯片的B侧输出端；
第一运算放大器芯片的电源正极V+连接电源电路（80）的正极，第一运算放大器芯片的电源负极V-连接电源电路（80）的负极；
第一运算放大器芯片的A侧输入正极连接测试方法转换模块（40），第一运算放大器芯片的A侧输入负极连接第一运算放大器芯片的A侧输出端；
第一运算放大器的输入正极连接电阻R23和电阻R29，第一运算放大器的输入负极连接的第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的电源正极连接电源电路（80）和电容C23，电容C23另一端接地。
3.根据权利要求1所述一种储能材料循环寿命测试装置，其特征在于，
变压模块（20）包括第二运算放大器芯片U19、第二运算放大器、电阻R22、电阻R26、电阻R28、电阻R33、电阻R38、电阻R42和电容C25；
第二运算放大器芯片U19的 A侧输出端OUTA连接A侧输入负极，第二运算放大器芯片U19的A侧输入正极连接测试方法转换模块（40）；
第二运算放大器芯片U19的电源负极连接电源电路（80）的负极；
第二运算放大器芯片U19的电源正极连接电源电路（80）的正极；
第二运算放大器芯片U19的B侧输出端连接电阻R22，第二运算放大器芯片U19的B侧输入负极连接电阻R28，第二运算放大器芯片U19的B侧输入正极+INB连接电阻R33和电阻R38，电阻R38接地，电阻R33连接电压的输出端，电阻R22连接电阻R28，电阻R28的另一端连接第二运算放大器的输入负极，第二运算放大器的输入正极连接电阻R26，第二运算放大器的电源负极连接电阻R42，电阻R42与电阻R26串联连接，第二运算放大器的电源负极接地，第二运算放大器的电源正极连接电源电路（80）；
电容C25连接第二运算放大器的电源正极后接地，第二运算放大器的输出端与第二运算放大器的输入负极相连接。
4.根据权利要求1所述一种储能材料循环寿命测试装置，其特征在于，
恒流源电路（50）包括第三运算放大器U23、电阻R46、电阻R48、电阻R55、电容C33和电容C35，电阻R46和电阻R55分别连接第三运算放大器U23的输入负极和输入正极，电阻R48连接第三运算放大器U23的输出端，第三运算放大器U23的电源正极连接电容C33后接地，第三运算放大器U23的电源负极连接电容C35后接地。
5.一种储能材料循环寿命测试方法，使用如权利要求1至4任一项所述的一种储能材料循环寿命测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1，接入样品：将待测试的储能材料样品电极接入测试箱（2）的接线柱，测试箱（2）的接线柱包括工作电极接线柱（2b）、辅助电极接线柱(2d)和参比电极接线柱(2c)
S2，设置实验条件；
所述S2具体包括以下步骤：
S21：选择通道：在上位机(1)中选择接入样品所对应的通道序号，为每个接入样品的通道配置实验测试相关参数；
S22：配置参数：在上位机（1）各通道界面内配置实验参数，实验参数包括：测试方法、活化参数和循环充放电参数；
测试方法包括两电极体系测试方法和三电极体系测试方法；
活化参数包括活化循环次数；
循环充放电参数包括充电电流、放电电流、高电压、低电压、时间间隔、充放电次数和充放电时间；
S3，进行循环寿命测试；
所述S3具体包括以下步骤：
S31：根据上位机（1）设定的活化参数和循环寿命充放电参数，通过电源电路(80)上电，完成储能材料的活化测试直至达到设定的活化循环次数；
S32：根据上位机（1）设定的循环寿命充放电参数，通过电源电路(80)上电，完成储能材料的循环充放电测试，并记录测试时的数据；
S4，计算循环稳定性数据：循环充放电测试完成后，将上位机（1）采集到的电压-时间数据进行处理，计算出每次充放电循环中放电时间与第一次充放电循环中放电时间的比值，得到每次充放电的循环特性数据；
S5，采集储能材料在不同电流下充放电时极间的电势数据，对电压-时间数据进行处理，进行数据的分析计算，得到每次充放电的循环特性。
6.根据权利要求5所述的一种储能材料循环寿命测试方法，其特征在于，
上位机将接收到的充放电数据中每次循环的放电时间与第一次放电时间比较，计算得到每次充放电的循环稳定性。
7.根据权利要求5所述的一种储能材料循环寿命测试方法，其特征在于，
所述S31具体包括以下步骤：
S311充电：上位机（1）设定的循环充放电参数数据通过无线模块(80)发送给主控单元(10)，主控单元(10)依据通道序号、测试方法、充电电流、电压数据控制测试方法转换模块(40)、通道转换模块(30)和变压模块(20)；变压模块(20)控制恒流源电路(50)达到所需的充电电流数值，为器件电极(60)供电；供电开始后通过电压计算电路(70)测量器件电极(60)极间电势，当电势差达到设定的高电压值时，停止充电；
S312放电：依据上位机（1）通过无线模块(90)传输的放电电流和低电压数据，主控单元(10)控制变压模块(20)使恒流源电路(50)为器件电极(60)提供相应的放电电流条件，放电开始后通过电压计算电路(70)测量器件电极(60)极间电势，并且当器件电极(60)极间电势差到达低电压值时，停止放电。
8.根据权利要求5所述的一种储能材料循环寿命测试方法，其特征在于，所述S32具体包括以下步骤：
S321充电：依据上位机（1）设定的循环充放电参数数据通过无线模块(90)发送给主控单元(10)，主控单元(10)依据充电电流、高电压数据控制变压模块(20)；变压模块(20)控制恒流源电路(50)达到所需的充电电流数值，并为器件电极(60)供电；供电开始后通过电压计算电路(70)测量器件电极(60)极间电势，并根据时间间隔的要求将相应时间的电势差值通过主控单元(10)与无线模块(90)发送给上位机(1)，上位机(1)将数据保存并整理成相应的坐标图像，当电势差达到设定的高电压值时，停止充电；
S322放电：依据上位机（1）通过无线模块(90)传输的放电电流和低电压数据，主控单元(10)控制变压模块(20)使恒流源电路(50)为器件电极(60)提供相应的放电电流条件，放电开始后通过电压计算电路(70)测量器件电极(60)的极间电势，并根据时间间隔的要求将相应时间的电势差值通过主控单元(10)与无线模块(90)发送给上位机(1)，上位机(1)将数据保存并整理成相应的坐标图像，当器件电极(60)极间电势差到达低电压值时，停止放电。
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