CN206876839U - 一种锂离子电池性能检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池性能检测领域，公开了一种锂离子电池性能检测系统。包括上位机和下位机，下位机包括微控制器、充放电控制模块、信号采集模块和锂离子电池；上位机远程控制下位机，下位机控制和检测锂离子电池的充放电过程；微控制器接收上位机和信号采集模块的数据，向上位机和充放电控制模块发送数据；充放电控制模块接收微控制器数据并对锂离子电池充放电过程进行控制；信号采集模块采集锂离子电池参数并向微控制器发送参数数据；上位机和下位机组成PID闭环反馈控制回路。本系统能够同时对多块锂离子电池进行检测，远程且精确地控制电池充放电过程，实施展示电池各项参数检测值，检测过程结束后自动生成检测报告。

Description

一种锂离子电池性能检测系统

技术领域

本实用新型涉及电池性能检测领域，尤其涉及了一种锂离子电池性能检测系统的设计。

背景技术

电子及化学产业的高速发展使得锂离子电池行业发展十分迅速。锂离子的容量、性能参数是电源行业以及电子产品的更新的关键。锂离子电池是一个高品质要求、高安全性能的产品、使用者在使用时往往不清楚电池的性能，导致在使用时电池的效率往往达不到理想目标，有时甚至盲目使用还会引起电池爆炸事件的发生，人生安全也会受到损伤，因此检测电池的性能是至关重要的。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中缺少对锂电池性能进行可靠检测的系统的缺点，提供了一种锂离子电池性能检测系统。

本实用新型满足了锂电池模块化和批量化的检测需求，能同步实现检测过程的远程控制。本实用新型采用了模块化的设计思想构建了系统，包含上位机部分、以微控制器为核心的控制模块、锂电池的充放电控制模块、信号采集模块等。通过上位机的远程操作，实现恒压充电、恒流充电、恒流放电、极限充电、极限放电等多种检测方式。本系统可最多满足8个相同模块的锂离子电池同时检测。上位机完成锂电池的参数配置后即可进行对全过程的实时控制，当测试过程中出现故障时，可以自动进行终止或暂停其进程。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

一种锂离子电池性能检测系统，包括上位机和下位机，下位机包括微控制器、充放电控制模块、信号采集模块和锂离子电池；上位机远程控制下位机，下位机控制和检测锂离子电池的充放电过程；微控制器接收上位机和信号采集模块的数据，向上位机和充放电控制模块发送数据；充放电控制模块接收微控制器数据并对锂离子电池充放电过程进行控制；信号采集模块采集锂离子电池参数并向微控制器发送参数数据；上位机和下位机组成PID闭环反馈控制回路。采用PID闭环反馈控制，对电池进行充放电管理，确保了充放电的精度和可靠性。

作为优选，充放电控制模块包括信号输出电路、能量转换电路和保护电路；其中，能量转换电路包括PWM控制器；能量转换电路根据来自微控制器的数据调制PWM信号，对锂离子电池充放电过程进行控制。信号输出电路能够对信号进行格式转换，能量转换电路完成了高低压信号之间的转换，保护电路保护下位机正常运行。

作为优选，信号采集模块包括信号采样和处理电路、A/D转换电路和温度测量电路；温度测量电路包括8个并联的数字型温度传感器，温度传感器通过数据线与微控制器连接。8个数字型温度传感器的三个端口分别连接电源、接地端和同一条数据线，该数据线直接连接到微控制器进行测量，采用并联方式能够提高测量精度，也能同时测量多点温度，实现组网多点测量功能。

作为优选，保护电路包括过电压检测电路和过电流检测电路；过电压检测电路包括运算放大器构成的比较器，输入过电压检测电路的电压通过比较器和比较器反相输入端的参考电压进行比较，比较器将比较结果传输至微控制器；过电流检测电路包括霍尔电流检测芯片和跟随电路，霍尔电流检测芯片根据磁场感应出线性电压信号并通过跟随电路传输至微控制器。

保护电路用于保护电路中的元器件在受到过压、过流等情况下不受损坏，过电压检测电路原理是将测得的电压值与参考电压进行比较，若超过参考电压则发送信号给微控制器，由微控制器做出反应，调整电压。过电流检测电路检测电路电流，并将检测值发送给微控制器，微控制器判定电流是否过大，并作出反应调整电流大小。霍尔元件根据磁场感应出一个线性的电压信号，经过内部的放大、滤波、斩波和修正电路，输出电压信号。

作为优选，信号采样与处理电路包括信号放大电路，信号放大电路前级为包括电容和电感的低通滤波电路，中间级为包括运算放大器的差分放大电路，后级为包括运算放大器的反相放大电路。电路前级除却干扰信号，电路中间级和后级对信号进行放大。

作为优选，微控制器、信号采样与处理电路由同一电源供电；控制器、信号采样与处理电路和供电电源之间设有电源电路，电源电路包括两个集成电源芯片，其中一个芯片与微控制器连接，另一个芯片与信号采样与处理电路连接，两个芯片并联后与供电电源连接。本系统中电源采用开关电源，开关电源输出电压和微控制器工作电压、信号采样与处理电路工作电压都不匹配，因此需要集成电源芯片进行电压转换。

作为优选，上位机根据接收到的数据在显示界面绘制电池充放电参数实时曲线；上位机分析锂离子电池参数检测结果并自动生成检测报告和记录文件。更加直观的为使用者展示电池的各项参数，便于研究，提高工作效率，节省时间精力。

作为优选，微控制器包括STM32F103ZET6型号单片机。该芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种功能。运算速度快，具有最多19个中断输入接口，符合系统使用要求。

作为优选，数字型温度传感器为DS18B20型号。该型号精度0.5度，与单片机的接口简单，测温的范围在-55至155摄氏度左右。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：同时对多块锂离子电池进行检测，远程且精确地控制电池充放电过程，实时展示电池各项参数检测值，检测过程结束后自动生成检测报告。本系统能够自动检测故障，自动排除故障以及终止或暂停检测过程。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构框图。

图2为本实用新型实施例1供电电源电路图。

图3为本实用新型实施例1控制过程示意图。

图4为本实用新型实施例1过电压检测电路图。

图5为本实用新型实施例1过电流检测电路图。

图6为本实用新型实施例1信号放大电路图。

图7为本实用新型实施例1温度测量电路图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，一种锂离子电池性能检测系统，包括上位机和下位机，下位机包括微控制器、充放电控制模块、信号采集模块和锂离子电池；上位机远程控制下位机，下位机控制和检测锂离子电池的充放电过程；微控制器接收上位机和信号采集模块的数据，向上位机和充放电控制模块发送数据；充放电控制模块接收微控制器数据并对锂离子电池充放电过程进行控制；信号采集模块采集锂离子电池参数并向微控制器发送参数数据；上位机和下位机组成PID闭环反馈控制回路。充放电控制模块包括信号输出电路、能量转换电路和保护电路；信号采集模块包括信号采样和处理电路、A/D转换电路和温度测量电路。微控制器包括STM32F103ZET6型号单片机。

如图2所示，微控制器、信号采样与处理电路由同一电源供电；控制器、信号采样与处理电路和供电电源之间设有电源电路，电源电路包括两个集成电源芯片，其中一个芯片与微控制器连接，另一个芯片与信号采样与处理电路连接，两个芯片并联后与供电电源连接。本系统中电源采用开关电源，开关电源输出电压为12V，微控制器中单片机工作电压为3.3V，信号采样与处理电路工作电压为5V，因此需要集成电源芯片进行电压转换。本实施例中集成电源芯片采用LM7805型号芯片将电源电压转换为信号采样与处理电路工作电压，采用AS1117型号芯片将电源电压转换为微控制器工作电压。

如图3所示，微控制器对上位机发送的数据进行处理，把控制指令和电压、电流输出信号传送到能量转换电路的PWM控制器，PWM控制器控制锂离子电池的充放电过程。信号采集模块将采样的反馈信号送入微控制器，与给定值进行比较，由内部程序实现PID算法调节的恒压、恒流充放电闭环控制。

如图4所示，过电压检测电路包括运算放大器构成的比较器，输入过电压检测电路的电压U1通过比较器，和比较器反相输入端的参考电压进行比较，当过高时，比较器输出高电平，二极管指示灯D1亮，D4为限压二极管，起到保护作用。微控制器接收来自比较器的信号，根据内部程序输出指令对电路进行调整。

如图5所示，过电流检测电路包括霍尔电流检测芯片和跟随电路，电路核心是基于霍尔感应原理的ACS712型号电流检测芯片，霍尔元件根据磁场感应出一个线性的电压信号，经过内部的放大、滤波、斩波和修正电路，输出一个电压信号，该信号从芯片的第7引脚输出，通过运放构成的跟随电路，连接至控制器进行检测。

如图6所示，信号放大电路两端连接至一个微小的电阻端，前级的输入部分采用了L1、C9、L2、C10构成低通电路，除却干扰信号，中间级由运放U6、U7、U8构成差分放大电路，其放大倍数为后级输出由U9构成的反相放大电路，放大倍数为D5为限压二极管。

如图7所示，温度测量电路包括8个并联的数字型温度传感器，温度传感器通过数据线与微控制器连接。数字温度传感器选用DS18B20型号，DS18B20型号为单总线控制的温度传感器。8个DS18B20型温度传感器的三个端口分别连接到电源、接地端和数据线DQ，数据线DQ可直接连接到微控制器进行测量。8个数字型温度传感器能够同时检测8个锂电子电池的温度。R16为上拉电阻。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：包括上位机和下位机，下位机包括微控制器、充放电控制模块、信号采集模块和锂离子电池；上位机远程控制下位机，下位机控制和检测锂离子电池的充放电过程；微控制器接收上位机和信号采集模块的数据，向上位机和充放电控制模块发送数据；充放电控制模块接收微控制器数据并对锂离子电池充放电过程进行控制；信号采集模块采集锂离子电池参数并向微控制器发送参数数据；上位机和下位机组成PID闭环反馈控制回路。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：充放电控制模块包括信号输出电路、能量转换电路和保护电路；其中，能量转换电路包括PWM控制器；能量转换电路根据来自微控制器的数据调制PWM信号，对锂离子电池充放电过程进行控制。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：信号采集模块包括信号采样和处理电路、A/D转换电路和温度测量电路；温度测量电路包括8个并联的数字型温度传感器，温度传感器通过数据线与微控制器连接。

4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：保护电路包括过电压检测电路和过电流检测电路；过电压检测电路包括运算放大器构成的比较器，输入过电压检测电路的电压通过比较器和比较器反相输入端的参考电压进行比较，比较器将比较结果传输至微控制器；过电流检测电路包括霍尔电流检测芯片和跟随电路，霍尔电流检测芯片根据磁场感应出线性电压信号并通过跟随电路传输至微控制器。

5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：信号采样与处理电路包括信号放大电路，信号放大电路前级为包括电容和电感的低通滤波电路，中间级为包括运算放大器的差分放大电路，后级为包括运算放大器的反相放大电路。

6.根据权利要求3所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：微控制器、信号采样与处理电路由同一电源供电；控制器、信号采样与处理电路和供电电源之间设有电源电路，电源电路包括两个集成电源芯片，其中一个芯片与微控制器连接，另一个芯片与信号采样与处理电路连接，两个芯片并联后与供电电源连接。

7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：上位机根据接收到的数据在显示界面绘制电池充放电参数实时曲线；上位机分析锂离子电池参数检测结果并自动生成检测报告和记录文件。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：微控制器包括STM32F103ZET6型号单片机。

9.根据权利要求3所述的一种锂离子电池性能检测系统，其特征在于：数字型温度传感器为DS18B20型号。