CN206311736U - 基于阶梯波输入的电池功率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于阶梯波输入的电池功率测试装置，包括信号产生模块、信号转换模块、信号采集模块以及信号处理模块；信号产生模块，用于生成供测试电池功率的阶梯波电压信号；信号转换模块用于将所述阶梯波电压信号转换成阶梯波电流数据，并将阶梯波电流数据输入待测电池的输入端，以对待测电池进行激励；信号采集模块用于采集待测电池响应激励输出的阶梯波电压数据；信号处理模块用于根据输入待测电池的阶梯波电流数据以及待测电池输出的阶梯波电压数据，计算出待测电池的功率。本实用新型不需要对待测电池进行大电流、长时间充放电的功率测试，能够缩短待测电池的测试时间，提高测试效率；能够节省测试时电能，优化电能配置。

Description

基于阶梯波输入的电池功率测试装置

技术领域

本实用新型涉及动力电池测试技术领域，尤其涉及一种基于阶梯波输入的电池功率测试装置。

背景技术

目前，电池在各领域的应用越来越广泛，几乎涵盖了生活、生产、科研的所有领域。随着近些年国内外新能源汽车发展迅速，电池的需求量越来越大，对电池的性能要求也越来越高。电池的功率性能，是电池系统的最重要的参数，直接影响了电动汽车的动力性。电池对于陆地、航海、航空、航天领域，火车、汽车、水面船舶及水下航潜器、飞机及其他飞行器及所有应用动力电池的场合，其功率性能也扮演着非常重要的角色。因此，为了更好地利用电池，需要准确测试电池的功率性能。

电池行业中测试动力电池功率性能的方法，大多都采用高倍率充放电方法，即使用高倍率大电流对电池充满电，然后再使用高倍率大电流对电池放电至终止电压，然后测量电池的温度，评价电池的功率性能。这种方法测量时间很长，需要消耗大量电能。若要测量多种不同倍率的功率性能，还要反复测试多次，需要耗费更多的时间，消耗更多的电能。

有鉴于此，有必要对电池的功率测试方法进行进一步的改进。

实用新型内容

为解决上述至少一技术问题，本实用新型的主要目的是提供一种基于阶梯波输入的电池功率测试装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的一个技术方案为：提供一种基于阶梯波输入的电池功率测试装置，包括：信号产生模块、信号转换模块、信号采集模块以及信号处理模块；

所述信号产生模块，用于生成供测试电池功率的阶梯波电压信号；

所述信号转换模块与信号产生模块电连接，用于将所述阶梯波电压信号转换成阶梯波电流数据，并将阶梯波电流数据输入待测电池的输入端，以对待测电池进行激励；

所述信号采集模块与信号转换模块电连接，用于采集待测电池响应激励输出的阶梯波电压数据；以及

所述信号处理模块分别与信号采集模块及信号转换模块电连接，用于根据输入待测电池的阶梯波电流数据以及待测电池输出的阶梯波电压数据，计算出待测电池的功率。

优选地，所述基于阶梯波输入的电池功率测试装置还包括通信接口及显示模块，所述通信接口的一端与信号处理模块电连接，所述通信接口模块的另一端连接有显示模块；所述显示模块，用于对计算出的待测电池的功率进行输出显示。

优选地，所述通信接口为CAN接口，所述显示模块通过CAN总线与信号处理模块电连接；或

通信接口为RS232接口，所述显示模块通过RS232总线与信号处理模块电连接；或

通信接口为485接口，所述显示模块通过485总线与信号处理模块电连接。

优选地，所述基于阶梯波输入的电池功率测试装置还包括输入模块，所述输入模块与通信接口电连接，用于向信号处理模块输入控制参数数据。

优选地，所述输入模块为输入键盘或具有输入功能的触摸屏。

优选地，所述阶梯波电压信号中阶梯波的数量为多个。

优选地，所述阶梯波电压信号中阶梯波形为二阶或二阶以上波形。

优选地，所述待测电池为单个电池或两个电池的串接组合或多个电池的串接组合。

优选地，所述信号产生模块为双路信号发生器。

优选地，所述信号转换模块为功率放大器。

本实用新型的技术方案信号产生模块产生阶梯波电压信号，通过信号转换模块将供测试电池功率的阶梯波电压信号并转换成阶梯波电流数据，然后经过信号采集模块采集待测电池响应激励输出的测试电压数据；最后通过信号处理模块利用输入待测电池的阶梯波电流数据以及待测电池输出的阶梯波电压数据，计算出待测电池的功率，如此，通过以阶梯波电流数据激励待测电池获取激励响应的方式测量待测电池的功率，无需对待测电池进行大电流、长时间充放电的功率测试，能够缩短待测电池的测试时间，提高测试效率；能够节省测试时电能，优化电能配置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例基于阶梯波输入的电池功率测试方法的流程图；

图2为本实用新型另一实施例基于阶梯波输入的电池功率测试方法的流程图；

图3为本实用新型一实施例基于阶梯波输入的电池功率测试装置的模块方框图；

图4为本实用新型另一实施例基于阶梯波输入的电池功率测试装置的模块方框图；

图5为本实用新型基于阶梯波输入的电池功率测试装置测试待测电池的波形图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前，测试电池功率方案通常采用高倍率充放电的方法，即，使用高倍率大电流对电池充满电，然后再使用高倍率大电流对电池放电至终止电压，测量电池的温度，评价电池的功率性能，造成耗时耗能的问题，考虑测试效率和节能的问题，本实用新型提出了一种基于阶梯波输入的电池功率测试方法，具体方案请参照下述实施例。

请参照图1，在本实用新型实施例中，该基于阶梯波输入的电池功率测试方法，包括如下步骤：

步骤S10、获取供测试电池功率的阶梯波电压信号；

步骤S20、将所述阶梯波电压信号转换成阶梯波电流数据，并将阶梯波电流数据输入待测电池的输入端，以对待测电池进行激励；

步骤S30、采集待测电池响应激励输出的测试电压数据；以及

步骤S40、根据输入待测电池的阶梯波电流数据以及待测电池输出的阶梯波电压数据，计算出待测电池的功率。

电池作为一种电化学体系，当有不同的信号输入时，电池内部都会产生不同的电化学反应，从而输出不用的输出信号。不同特征的输出信号代表了电池的不同特性，因而其可以在很大程度上反映电池内部的多种特性参数。因此以不同电流的信号对电池进行激励，可以得到不同的电池响应参数，达到测试电池性能的目的。采用梯形波电流信号可以实现一个波形测试不同倍率的电池响应性能，测试更准确，更具有实用意义。因此，本实用新型通过以阶梯波电流数据激励待测电池获取激励响应的方式测量待测电池的功率，能够快速、节能的完成电池功率的测试。

本实施例中，阶梯波电压信号的阶梯波个数为一个或一个以上，该阶梯波电压信号中单个阶梯波的持续时间可以根据实际的要求来设置。该阶梯波电压信号经过转换处理后可以得到的一个或一个以上的阶梯波电流数据。利用该阶梯波电流数据可以为待测电池提供激励；在测量待测电池的激励响应后，可根据阶梯波电流数据及对应的阶梯波电压数据，计算待测电池的功率。具体的计算的方法，可以是加、减、乘、除、比例、乘方、开方、微分、积分等数学运算，也可以采用自动控制领域的最小二乘法、相关分析法、梯度法等优化算法来确定电池的功率性能。请参照图5，我们定义功率损失Pg1＝(Ud1-Ud0)*Ig1，Pg2＝(Ud2-Ud0)*Ig2，Pg3＝(Ud3-Ud0)*Ig3。这里(Ud1-Ud0)、(Ud2-Ud0)、(Ud3-Ud0)分别是对应于工作电流Ig1、Ig2、Ig3的电压降，Pg1、Pg2、Pg3即代表了被测电池对应于工作电流Ig1、Ig2、Ig3的功率损失。进一步，Pg＝(Pg1+Pg2+Pg3)/3代表了被测电池对应于工作电流Ig1、Ig2、Ig3的平均功率损失，达到了测量电池功率性能的目的。

本实用新型的技术方案通过获取供测试电池功率的阶梯波电压信号并转换成阶梯波电流数据，然后将阶梯波电流数据输入待测电池的输入端，以对待测电池进行激励；进而采集待测电池响应激励输出的测试电压数据；最后根据输入待测电池的阶梯波电流数据以及待测电池输出的阶梯波电压数据，计算出待测电池的功率，通过以阶梯波电流数据激励待测电池获取激励响应的方式测量待测电池的功率，无需对待测电池进行大电流、长时间充放电的功率测试，能够缩短待测电池的测试时间，提高测试效率；能够节省测试时电能，优化电能配置。

请参照图2，在一具体的实施例中，所述根据输入待测电池的阶梯波电流数据以及待测电池输出的阶梯波电压数据，计算出待测电池的功率性能的步骤S40之后，还包括：

步骤S50、对计算出的待测电池的功率进行输出显示。

为了更方便查看，本实施例中，可以通过显示终端对对计算出的待测电池的功率进行输出显示。当然，为了更直观的查看待测电池功率性能，还可以继续对计算出的待测电池的功率与预设的功率阈值进行判断，来测试电池功率性能的优劣，当计算出的待测电池的功率低于预设的功率阈值，表示待测电池的功率较差，判断为不合格产品；当计算出的待测电池的功率高于预设的功率阈值，表示待测电池的功率较好，可判断为合格产品，该判断结果和计算结果可通过显示终端输出显示。

在一具体的实施例中，所述获取供测试电池功率的阶梯波电压信号的步骤S10中，所述阶梯波电压信号中阶梯波的数量为多个。

为了实现以一个梯形波电路波形测试不同倍率的待测电池响应性能，本实施例中，该阶梯波电压信号中阶梯波的数量为多个，通过对阶梯波电压信号的处理可以得到多个阶梯波的电流数据，从而可以提高对待测电池功率测试的精度。

进一步的，所述获取供测试电池功率的阶梯波电压信号的步骤S10中，所述阶梯波电压信号中阶梯波形为二阶或二阶以上波形。

本实施例中，阶梯波电压信号中阶梯波形可为二阶、三阶或三阶以上波形，阶梯波电流数据及阶梯波电压数据的阶梯波均与阶梯波电压信号中阶梯波形的阶数相同。

进一步的，所述将所述阶梯波电压信号转换成阶梯波电流数据，并将阶梯波电流数据输入待测电池的输入端的步骤S20中，所述待测电池为单个电池或两个电池的串接组合或多个电池的串接组合。

本实施例中，该待测电池可以是任意基于化学电源技术的电池，如锂电池等。

请参照图3和图5，本实用新型的实施例中，该基于阶梯波输入的电池功率测试装置，包括：信号产生模块10、信号转换模块20、信号采集模块30以及信号处理模块40；

所述信号产生模块10，用于生成供测试电池功率的阶梯波电压信号Uf；

所述信号转换模块20与信号产生模块10电连接，用于将所述阶梯波电压信号Uf转换成阶梯波电流数据Ig，并将阶梯波电流数据Ig输入待测电池的输入端，以对待测电池50进行激励；

所述信号采集模块30与信号转换模块20电连接，用于采集待测电池50响应激励输出的阶梯波电压数据Ud；以及

所述信号处理模块40分别与信号采集模块30及信号转换模块20电连接，用于根据输入待测电池50的阶梯波电流数据Ig以及待测电池50输出的阶梯波电压数据Ud，计算出待测电池50的功率。

本实施例中，信号产生模块10为DDS(Direct Digital Syn-thesis，直接数字合成)任意波形双路信号发生器，同传统的直接频率合成、锁相环间接频率合成方法相比，DDS合成方法具有切换时间短、分辨率高的优点。阶梯波电压信号Uf并不能直接加载在待测电池50的正负极，而应该通过信号转换模块20，将阶梯波电压信号Uf转换成梯形波电流数据才能加载到待测电池50的正负极。信号转换模块20具体为功率放大器，例如698E功率放大器。功率放大器不仅能将阶梯波电压信号Uf转换为阶梯波电流信号，还具有功率放大的作用，是一种优选的方案。可以理解的，该信号转换模块20还可以选用其他具有信号转换功能的器件或电路。将阶梯波电流数据Ig加载到电池的正负极，电池开始放电，通过信号采集模块30可以测量出阶梯波电压数据Ud。信号采集模块30采用AD7606数据采集器，其具有16位精度200Hz采样频率，可以采集待测电池50的阶梯波电压信号Uf并转换成数字信号输出。可以理解的，其他具有信号采集功能的器件或电路也是可行方案。该信号处理模块40可以为数字信号处理器DSP。数字信号处理器由大规模或超大规模集成电路心片组成、用来完成某种信号处理任务的处理器。本实施例中，数字信号处理器采用了TMS320F2812DSP应用系统板，TMS320F2812DSP应用系统板带有数模转换器与模数转换器，可以接收阶梯波电路数据和待测电池50的阶梯波电压数据Ud，并分析、计算出电池功率性能。可以理解的，其他具有信号处理功能的其他装置也是可以被应用于本实用新型中的也是可以实现的，例如欧姆龙可编程序控制器和数字计算机。

请参照图5，信号产生模块10在t1时刻产生阶梯波电压Uf1，信号转换模块20输出变为Ig1，输入待测电池50后，待测电池50输出的阶梯波电压由Ud0变化为Ud1。信号产生模块10在t2时刻产生阶梯波电压Uf2，信号转换模块20输出变为Ig2，输入待测电池50后，待测电池50输出的阶梯波电压由Ud1变化为Ud2。信号产生模块10在t3时刻产生阶梯波电压Uf3，信号转换模块20输出变为Ig3，输入待测电池50后，待测电池50输出的阶梯波电压由Ud2变化为Ud3。信号产生模块10在t4时刻产生电压0，信号转换模块20输出变为0，输入待测电池50后，待测电池50输出的阶梯波电压由Ud3恢复为Ud0。由于待测电池50的输出功率P等于电池的电流I与电压U的乘积，因此，P1＝Ud1XIg1，P2＝Ud2XIg2，P3＝Ud3XIg3。P1、P2、P3即代表了被测电池对应于工作电流Ig1、Ig2、Ig3的功率性能选取不同的t1-t4，Ig1-Ig4，可以测得电池不同用途的功率性能。进一步分析可知，对应于电流的变化，电池输出电压的变化曲线的形状，也代表了不同的功率性能。

请参照图4，在一具体的实施例中，所述基于阶梯波输入的电池功率测试装置还包括通信接口60及显示模块70，所述通信接口60的一端与信号处理模块40电连接，所述通信接口60模块的另一端连接有显示模块70；所述显示模块70，用于对计算出的待测电池50的功率进行输出显示。

本实施例中，通过显示模块70可以方便查看待测电池50的功率，当然，根据具体的需求，该显示模块70还可以显示待测电池50功率测试的结果，如合格与不合格等。该显示模块70可以为液晶显示器、CRT显示器以及LED显示器。

进一步的，所述通信接口60为CAN接口，所述显示模块70通过CAN总线与信号处理模块40电连接。

在一并列的方案中，该通信接口60还可以为RS232接口，所述显示模块70通过RS232总线与信号处理模块40电连接。

在一并列的方案中，该通信接口60还可以为485接口，所述显示模块70通过485总线与信号处理模块40电连接。

本实施例中，通信接口60可以采用CAN接口、RS232接口及485接口中的任一一种，显示模块70与信号处理模块40可以通过CAN总线、RS232总线及485总线的方式中的任一种接线方式进行通讯连接。

请参照图4，在一具体的实施例中，所述基于阶梯波输入的电池功率测试装置还包括输入模块80，所述输入模块80与通信接口60电连接，用于向信号处理模块40输入控制参数数据。进一步的，所述输入模块80为输入键盘或具有输入功能的触摸屏。

本实施例中，通过输入模块80可以方便向信号处理模块40输入控制参数，以便于信号处理模块40对待测电池50的测试。该输入模块80可以是输入键盘，也可以是其他带有键盘输入功能的终端，如触摸屏。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述基于阶梯波输入的电池功率测试装置包括：信号产生模块、信号转换模块、信号采集模块以及信号处理模块；

所述信号产生模块，用于生成供测试电池功率的阶梯波电压信号；

所述信号转换模块与信号产生模块电连接，用于将所述阶梯波电压信号转换成阶梯波电流数据，并将阶梯波电流数据输入待测电池的输入端，以对待测电池进行激励；

所述信号采集模块与信号转换模块电连接，用于采集待测电池响应激励输出的阶梯波电压数据；以及

所述信号处理模块分别与信号采集模块及信号转换模块电连接，用于根据输入待测电池的阶梯波电流数据以及待测电池输出的阶梯波电压数据，计算出待测电池的功率。

2.如权利要求1所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述基于阶梯波输入的电池功率测试装置还包括通信接口及显示模块，所述通信接口的一端与信号处理模块电连接，所述通信接口模块的另一端连接有显示模块；所述显示模块，用于对计算出的待测电池的功率进行输出显示。

3.如权利要求2所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述通信接口为CAN接口，所述显示模块通过CAN总线与信号处理模块电连接；或

通信接口为RS232接口，所述显示模块通过RS232总线与信号处理模块电连接；或

通信接口为485接口，所述显示模块通过485总线与信号处理模块电连接。

4.如权利要求3所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述基于阶梯波输入的电池功率测试装置还包括输入模块，所述输入模块与通信接口电连接，用于向信号处理模块输入控制参数数据。

5.如权利要求4所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述输入模块为输入键盘或具有输入功能的触摸屏。

6.如权利要求1至5任一项所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述阶梯波电压信号中阶梯波的数量为多个。

7.如权利要求1至5任一项所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述阶梯波电压信号中阶梯波形为二阶或二阶以上波形。

8.如权利要求1至5任一项所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述待测电池为单个电池或两个电池的串接组合或多个电池的串接组合。

9.如权利要求8所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述信号产生模块为双路信号发生器。

10.如权利要求8所述的基于阶梯波输入的电池功率测试装置，其特征在于，所述信号转换模块为功率放大器。