CN1963553A

CN1963553A - 电池测试系统和测试方法

Info

Publication number: CN1963553A
Application number: CN 200510115726
Authority: CN
Inventors: 明林; 张建华
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-16

Abstract

一种电池测试系统，包括充电单元、电池，其中，该系统还包括控制单元、感测单元，其中控制单元用于接收来自感测单元的电池特性数据以及向充电单元发送充电/停止充电指令，所述控制单元与感测单元和充电单元电连接；感测单元用于采集电池特性数据。

Description

电池测试系统和测试方法

技术领域

本发明是关于测试系统，特别地关于一种电池测试系统和测试方法。

背景技术

电池的充电性能，对于电池的使用寿命具有重要的影响。

当电池经一定的充电过程充满电后，再继续充电，如果充电电流过大，或充电时间过长，电池内部产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形、漏液等不良现象。同时，其电学性能也会显著降低。

而对于锂离子电池，充电的要求更加严格。锂离子电池在充电时，锂离子会从层状结构中溶出，进入负极。如果过充电，则正极中的锂离子溶出太多，层状结构的稳定性就受到破坏，晶型出现坍塌。这会堵塞电池放电时锂离子回填到正极的通道。宏观上就表现为电池充不充电，造成永久性损坏。

另外，由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序。即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间，也会产生一些差异。初始使用阶段由于电池一致性很好，因此出现问题也较少。但是，在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动，形成不一致的状态。此时，如果仍然使用整体电压控制是不能达到其目的。

现有技术中，在电池充电过程中，不能准确的掌握电池的动态变化，不能用数据准确的显示出来，造成电池过充电，而引发电池性能大幅下降、甚至电池损坏的后果。

发明内容

为了克服现有技术中在电池充电过程中存在的不能进行动态检测的缺陷，本发明提供了一种对锂离子电池组进行动态检测、确保锂离子电池的安全充电的电池测试系统

本发明提供的电池测试系统，包括充电单元、电池，其中，还包括控制单元、感测单元，其中控制单元用于接收来自感测单元的电池特性数据以及向充电单元发送充电/停止充电指令，所述控制单元与感测单元和充电单元电连接；感测单元用于采集电池特性数据。

本发明还提供的电池测试方法，包括：通过感测单元感测电池特性数据；控制单元接收来自感测单元的电池特性数据；所述电池特性数据中的电压、电流或温度高于设定值，则控制单元向充电单元发出停止充电指令。其中，电池特性数据低于设定值，则控制单元向充电单元发出继续充电指令。

在电池充电系统中，采用了对电池组在进行充电工作特性进行检测的电池测试系统，采取故障保护，并且能准确的将采集的数据显示出来，并为进一步可以对数据进行分析，评价电池组充电特性、电池组一致性及充电电容量等，确保锂离子电池组在充电过程安全可靠。

附图说明

图1是本发明的电池测试系统进行充电的原理图；

图2是本发明的电池测试系统进行充电的结构示意图；

图3是本发明的电池测试方法的流程图。

具体实施方式

充电单元可以是将交流电能转换为一定输出电压、电流的直流电能并且加载到电池两端的设备，在本发明中，优选地使用具有多个充电端口的充电站作为充电单元。

多个电池可以组成电池组，多个电池之间串联连接，其中在本发明的实施方式中，所述电池为锂电池。

控制单元是电池测试系统的数据处理部分，可以采用台式计算机、单片机等数据处理设备，在本发明的实施方式中，采用工控机作为控制单元。

感测单元是对电池的参数进行采集的部分，采集电池的电压、电流、温度等参数，所述感测单元优选地采用信号采集卡和各种传感器。

图1是本发明的电池测试系统的原理图。该测试系统包括电池、充电单元，还包括控制单元、感测单元。

在本实施方式中，对锂电池进行充电，并且采用充电站作为充电单元。所述控制单元可以是普通PC机、工控机、单片机或是专门的硬件逻辑单元，以实现对所采集的电池特性数据的存储、处理。在本优选实施方式中，使用工控机作为控制计算机，所述计算机还包括数据采集卡，所述数据采集卡作为所采集的模拟信号(例如电压信号、电流信号、温度信号等等)的输入通道，在本发明中，所述数据采集卡采用差分模拟信号采集卡。所述计算机还包括相应的信号存储、处理程序。所述信号存储、处理程序用于根据电压、电流、温度值的大小来控制对电池进行充电，可以根据电池参数，在程序中设定报警或控制的上下限。在本发明的实施方式中，对电池充电的控制信号实现为16路控制信号。其中输出的16路控制信号为16路TTL(OC门)电平(包括直流电流变送器切换信号和报警输出控制信号)。

所述感测单元包括电压感测单元、电流感测单元、温度感测单元，其中电压感测单元与电池并联，电流感测单元与电池串联，温度感测单元与电池串联。

所述电压感测单元可以通过多种电压采集装置实现，在本发明的实施方式中，电压采集装置可以采用差分模拟信号采集卡，其具有采集128路0-5V(即最大采集电压值为5V)信号的能力，在采集到电压信号以后，所述电压信号通过采集卡上模拟信号输入通道的电压通道输入到控制单元。所述电压的采集包括对单个电池的电压的采集和对整个电池组系统电压的采集。

所述电流感测单元可以通过多种的传感器或电流采集装置实现，例如霍尔元件、电流变送器等等。在本发明的实施方式中，采用霍尔电流变送器作为电流采集单元，所采集的电流信号通过差分模拟信号采集卡的电流通道输入到控制单元。所采集的电流是每个电池或整个电池组系统的电流。电池及负载回路的电源线从所述霍尔电流变送器的原边线孔中穿过，利用电磁效应，在霍尔电流变送器的副边中产生电流，再通过采样电阻转化为电压信号，传送到计算机的差分模拟信号采集卡。霍尔电流变送器的主要优点是能够更好地保护电路。由于霍尔电流变送器的响应时间短于1μs，因此，出现过载短路时，可以在元件未达到极限温度之前即可切断电源，从而使元件得到可靠的保护。

所述温度感测单元可以包括热敏电阻、热电偶等测温元件，在本发明的实施方式中，采用热电偶作为温度感测单元。热电偶将所采集的温度模拟信号调理为0-5V信号，所采集的温度信号经过A/D转换后由RS232接口将数据包利用模拟信号采集卡传送至控制单元。模拟信号采集卡提供有温度测量通道，可匹配E，J，K及T型等各种热电偶。本发明中所采用的热电偶是J-02型热电偶，精度可达0.1摄氏度。

图2表示根据本发明优选实施方式的一个示例的具体结构图。在该实施方式中，可以对最多含有128个锂电池的电池组进行测试。

系统的控制单元采用工控机，其中还包括差分模拟信号采集卡。所述工控机采用GPIB总线，数据传输速率最高可达1Mbps。为了减小环境对设备的干扰，电源线和信号线都采用屏蔽线缆。

所述感测单元采用高速矩阵交换器为电压感测单元提供模拟信号的信号通道，待测试的电池组中单个电池的电压信号通过高速矩阵交换器的电压通道传送到工控机的差分模拟信号采集卡，所述高速矩阵交换器提供50ns的通道切换能力，在本发明中使用的高速通道交换机共包括四个相同的模块，每个模块36路信号通道。

对于系统总电压和总电流的检测是通过电压变送器和电流变送器来完成的。本实施方式中使用的变送器采用最大测量值为400V的电压变送器和400A的电流变送器。所采集的电压和电流信号传送到工控机的差分模拟信号采集卡，然后再由工控机对接收到的信号进行显示、处理。

在本发明中，所述充电单元采用充电站，充电站具有多组充电接口，可以为多个电池同时充电，每个接口都有相应的控制线路与控制单元连接，因此，可以在对每个充电电池的监控的情况下，实现对充电单元的控制。

充电时，需要对电池组中的单个电池的电压、系统总电压、系统总电流、温度进行检测并且进行控制。

在控制单元中，例如工控机的存储器中，储存有电池特性数据的设定值，所述设定值可以通过相应的人机界面软件进行设定。包括充电电压的设定值、充电电流的设定值以及温度的设定值。

例如，当电池的充电电流超过设定值的时候，控制单元发出电流控制指令调整充电站的输出电流。在本实施方式中，充电站采用10A一档的间隔以调整充电电流。另外，还可以通过声音、发光等方式采用发出报警信号，以提示充电电流过大。

控制单元根据感测单元感测到的充电电流的数值，调整输出电流，通常是通过向充电站的相应部件发出控制信号的方式进行控制。

根据本发明的电池测试系统还可以包括显示单元，所述显示单元可以选用CRT显示器、数码管显示屏等等。

图3表示根据本发明的实施方式的电池测试方法的流程图。该方法包括感测单元感测电池特性数据；控制单元接收来自感测单元的电池特性数据并与设定值进行比对，如果电池特性数据高于设定值，则控制单元向充电单元发出停止充电指令。其中，电池特性数据低于设定值，则控制单元向充电单元发出继续充电指令。

通过所述电池检测系统的感测单元感测电池特性数据，例如，通过电压变送器，采集电池的电压，通过电流变送器采集电池的充电电流，通过热电偶采集电池表面的温度。

然后，所述电池充电系统的控制单元接收来自感测单元的电池特性数据，例如，通过数据采集卡，工控机接收所述电压变送器采集的电压值、电流变送器采集电池的充电电流值，或热电偶采集到的电池表面温度值。所述采集到的电池特性数据经过模数转换后，存储在控制单元具有的存储器中，所述存储器可以是SRAM、DRAM等等。

在所述控制单元中，对所接收到的电池特性数据进行处理，在控制单元的存储器中存有预先的设定值，如电压设定值、电流设定值和温度设定值。当所述感测单元采集到的电池特性数据中的电压、电流或温度数值高于相应的设定值时，控制单元向充电单元发出终止指令，终止充电单元对电池的充电过程。当所述感测单元采集到的电池特性数据中的电压、电流或温度数值小于或等于相应的设定值时，充电单元继续向电池供电。

Claims

1、一种电池测试系统，包括充电单元、电池，其特征在于，该系统还包括控制单元、感测单元，其中控制单元用于接收来自感测单元的电池特性数据以及向充电单元发送充电/停止充电指令，所述控制单元与感测单元和充电单元电连接；感测单元用于采集电池特性数据。

2、根据权利要求1所述的系统，其中，电池特性数据包括电池的充电电压、充电电流、温度中的至少一个。

3、根据权利要求1所述的系统，其中，感测单元包括电压感测单元、电流感测单元、温度感测单元中的至少一种，其中电压感测单元与电池并联或电磁连接，电流感测单元与电池串联或电磁连接，温度感测单元与电池表面接触。

4、根据权利要求3所述的系统，其中，所述电压感测单元是电压变送器；所述电流感测单元包括电流变送器或霍尔器件；所述温度感测单元是热电偶、热敏电阻或半导体温度传感器。

5、根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制单元是包括数据采集卡的计算机。

6、根据权利要求5所述的系统，其中，所述计算机是工控机。

7、根据权利要求1所述的系统，其中，充电单元为充电站。

8、根据权利要求1所述的系统，其中，该系统还包括显示单元，用于显示电池特性数据，所述显示单元与控制单元电连接。

9、根据权利要求8所述的系统，所述显示单元为CRT显示器或数码管显示屏。

10、一种电池检测方法，该方法包括感测单元感测电池特性数据；控制单元接收来自感测单元的电池特性数据并与设定值进行比对，如果电池特性数据高于设定值，则控制单元向充电单元发出停止充电指令。

11、根据权利要求10所述的方法，其中，电池特性数据低于设定值，则控制单元向充电单元发出继续充电指令。

12、根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述电池特性数据为电压、电流和温度中的至少一个。

13、根据权利要求10所述的方法，其中，感测单元包括电压感测单元、电流感测单元、温度感测单元中的至少一种，其中电压感测单元与电池并联或电磁连接，电流感测单元与电池串联或电磁连接，温度感测单元的感温面与电池表面接触。