一種新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，包括上位機上位機分兩路接出，一路為充電測試回路，另一路為放電測試回路，兩回路共用一單片機與上位機雙向連接；充電測試回路連接電池測試儀，電池測試儀連接被測電池組；放電測試回路連接大功率DC-DC轉換器及散熱箱，大功率DC-DC轉換器及散熱箱連接被測電池組；電池組連接數據采集卡；數據采集卡連接多路轉換開關，多路轉換開關與單片機連接。本發(fā)明集系統(tǒng)數據采集、數據處理、充放電控制、數據顯示、打印于一體，可實時檢測電壓、充放電電流、電池殼體溫度、估計電池容量及剩余電量等性能。解決了電動自行車、電動汽車用動力電池檢測及老化的難題。
【專利說明】一種新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及動力電池電池測試【技術領域】，具體涉及一種動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]動力電池是一個新興的新能源領域，其產品特點是電壓高，容量大，并且能持續(xù)大電流放電；對于普通的測試設備基于以上特點沒有辦法檢測電池的功能及電量。近年來，由于環(huán)境污染和石油資源日益枯竭，電動自行車、電動汽車、電動工具等已成為世界新能源領域研究和發(fā)展的熱點，電動自行車、電動汽車的一些關鍵技術也相繼取得突破，如鋰電池技術、能源管理系統(tǒng)、電力驅動及其控制技術和車體技術等關鍵技術已經開始進入實際應用階段。相對其它關鍵技術，鋰電池技術仍不是十分成熟且成本較高，是當前制約電動自行車、電動汽車應用的主要瓶頸技術。因此，選擇合適的鋰電池并加以合理的使用對電動自行車，電動汽車來說是十分重要的。
[0003]為了正確地評價、選擇和合理地使用鋰電池，有必要在電動自行車、電動汽車的實際應用條件下對鋰電池進行試驗和研究。由于鋰電池車載試驗成本高、測試手段受限等因素，導致目前還沒有可實時有效檢測動力電池的單體(或模塊)電壓、充放電電流、電池殼體溫度、估計電池容量及剩余電量等性能指標的檢測設備。
[0004]另外，現有測試設備還存在以下技術缺點:簡單的充放，沒有聯機、沒有溫度管理、沒有電池容量顯示及充電電量控制功能、另外老化出來的數據也不能打印及長久保存，做不到智能控制；

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可實時檢測動力電池的單體(或模塊)電壓、充放電電流、電池殼體溫度、估計電池容量及剩余電量等性能指標的測試及老化循環(huán)系統(tǒng)。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:一種新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機、電池測試儀、大功率DC-DC轉換器及大功率DC-DC轉換器及大功率散熱箱，上位機作為工控機，上位機分兩路接出，其中一路為充電測試回路，另一路為放電測試回路，兩回路共用一單片機與上位機雙向連接；充電測試回路連接電池測試儀，電池測試儀連接被測電池組；其中一電池用于內阻及剩余電量測試并連接數據采集卡，另一電池用于充電電壓電流信號測試并連接數據采集卡；放電測試回路連接大功率DC-DC轉換器及散熱箱，大功率DC-DC轉換器及散熱箱連接被測電池組；其中一電池用于內阻及剩余電量測試并連接數據采集卡，另一電池用于放電電壓電流信號測試并連接數據采集卡；數據采集卡連接多路轉換開關，多路轉換開關與單片機連接。
[0007]進一步地，電池組與數據采集卡之間連接有溫度傳感器。
[0008]進一步地，多路轉換開關與單片機之間設置有A/D轉換器。
[0009]進一步地，所述電池測試儀包括機架，機架正面安裝有前擋板，側面安裝有側擋板，上面安裝有上擋板，下面安裝有下擋板，后面安裝有后擋板，機架和各擋板構成機箱；在前擋板上設有顯示屏、撥動開關、功能按鈕、放電端口正極和放電端口負極，在后擋板上設有通訊接口(RS232接口)；在機箱內設有控制板、散熱器、PCB板和電源，電源連接控制板、散熱器和PCB板，PCB板上設有功率管和水泥電阻，散熱器設于兩側，控制板、PCB板和電源設于散熱器之間，其中電源包括130W電源和30W電源，大功率DC-DC轉換器；顯示屏、撥動開關、功能按鈕、放電端口及通訊接口連接控制板。
[0010]進一步地，在機箱內設有中擋板，電源安裝于中擋板上，電源下面安裝有電源隔板。
[0011 ] 進一步地，在上擋板上安裝有風扇，側擋板上設有對流孔，后擋板和下擋板上設有通風孔。
[0012]所述系統(tǒng)包括256個單元,每個單元包括8個測試及老化通道(或點);每一單元內8個測試及老化通道內實現電量轉移的具體實現過程為:
0.8個待測電池和測試系統(tǒng)的其中某一個單元連接好；
2).用4A的快速充電器給單元的第一個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)；
3).當單元第一個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將其通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)；
4).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大小(系統(tǒng)上位機軟件設置參數，可是任意值)；
5).當單元第一通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)；
6).用4A的快速充電器給單元的第二個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)；
7).當單元第二個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將其通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)；
8).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大小(系統(tǒng)上位機軟件設置參數，可是任意值)；
9).當單元第二通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)；
10).用4A的快速充電器給單元的第三個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)；
11).當單元第三個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)；
12).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大小(系統(tǒng)上位機軟件設置參數，可是任意值)；
13).當單元第三通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)；
14).依照以上順序可以完成第四、五、六、七、八通道的節(jié)能老化測試；
15).重復以上第2-14的步操作以完成對單元八個通道的電池的節(jié)能老化循環(huán)測試。[0013]充電部分對原充電機進行調整和改進，利用原充電機硬件，改造相關部分軟硬件，并對原設備的電流和電壓信號進行采樣，采樣信號輸入單片機，從而對輸出的充電電壓和充電電流進行控制。使上位機(工控機)和單片機通過串行接口進行通訊，從而能夠控制充電系統(tǒng)，使充電機能夠完成可編程充電，能夠進行實現自動變電流充電。
[0014]加裝大功率DC-DC轉換器及大功率散熱箱，以消耗動力電池放電過程中放出的能量。
[0015]放電部分是通過上位機或面板的操作鍵設定放電電流的大小或放電模式，它將信號傳送給單片機，單片機將輸出脈寬調制信號送給驅動電路。在驅動電路中采用了高速光耦進行信號隔離，防止功率MOSFET的干擾信號進入單片機引起單片機死機或跑飛。
[0016]大功率DC-DC轉換器及大功率散熱箱可以實現多個回路手動控制放電。為了實現放電的電子控制，放電部分選用了多只大功率場效應管來控制放電的多個回路，使之與手動控制的多個回路并聯，即可以實現放電的手動和自動切換。并在放電主回路上加裝了電流傳感器，從而實現對放電電流的采樣。采樣信號送給放電部分的單片機，經過處理后，實現多個放電回路的自動控制。
[0017]為保證測試響應時間和減少系統(tǒng)故障率，八個充放電回路的檢測在硬件上相互獨立，因此測試軟件可實時采集過程參數，進行處理加工，反饋給上位機。每個回路設置數據檢測模塊，采集相應硬件線路上電池組或每一路電池單體模塊的溫度、電流、電壓、內阻等信號。其中單個電池的電壓、內阻和溫度都采用巡檢方式。
[0018]具體如下:充電部分的電流、電壓信號取自原設備的電流電壓采樣信號；放電部分加裝電流傳感器；配置了溫度傳感器，以采集溫度信號，信號直接送與單片機進行處理；
另外，電池內阻的檢測有兩種方式:一是通過對電池的電壓、電流信號的采樣，用編制的程序和特定算法進行計算而得出；二是通過電池內阻檢測儀進行直接的測量得出。這兩種方式得出的結果可以進行比較分析，并將數據存入系統(tǒng)數據庫中進行保存，以便以后的調用。
[0019]每組電池的各種檢測信號由充電部分和放電部分的單片機進行采樣，通過串口輸入到上位計算機，由上位計算機進行保存和處理。
[0020]具有獨立的數據顯示模塊，對于放電部分，在放電負載電阻箱的面板上加裝數據顯示模塊。實時顯示組電壓、電流、溫度(電池組平均溫度)、S0C、環(huán)境溫度。
[0021]系統(tǒng)能夠與電池硬件控制部分通過串口方式進行通信，接收測試數據存入數據庫，并且向下位機傳送各種控制命令，具有良好的用戶接口 ；可輸入編輯電池充放電制度；控制充放電裝置按給定的制度進行充放電，能同時對8個充放電回路進行管理；對處于測試狀態(tài)的電池的參數進行測試并顯示；具有管理被測電池和測試數據的數據庫；故障測試并診斷、保護硬件；打印測試結果等功能。
[0022]本發(fā)明以上位工控機作為系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)數據采集、數據處理、充放電控制、數據顯示、打印于一體，可實時檢測動力電池的單體(或模塊)電壓、充放電電流、電池殼體溫度、估計電池容量及剩余電量等性能。充放電過程可手動控制，也可自動控制。其可以滿足電動自行車、電動汽車用大容量動力電池和電池組的充放電性能檢測、容量檢測、能量測量和壽命實驗，解決了電動自行車、電動汽車用動力電池檢測及老化的難題?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構框圖；
圖2為本發(fā)明電池測試儀結構圖；
圖3為本發(fā)明電池測試儀后面結構圖；
圖4為本發(fā)明電池測試儀內部結構圖。
[0024]圖中，I為機架,2為前擋板,3為側擋板,4為后擋板,5為腳輪,6為風扇，7為上擋板，8為顯示屏,9為撥動開關，10為通訊接口，11為功能按鈕，12為放電端口正極，13為放電端口負極，14為中擋板，15為下擋板，16為散熱器，17為控制板，18為對流孔，19為130W電源，20為電源隔板，21為30W電源，22為電源隔板，23為PCB板，24為水泥電阻，25為功率管,26為通風孔。
【具體實施方式】
[0025]本實施例中，參照圖1，所述新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，包括上位機、電池測試儀及大功率散熱，上位機作為工控機，上位機分兩路接出，其中一路為充電測試回路，另一路為放電測試回路，兩回路共用一單片機與上位機雙向連接；充電測試回路連接電池測試儀，電池測試儀連接被測電池組；其中一電池用于內阻及剩余電量測試并連接數據采集卡，另一電池用于充電電壓電流信號測試并連接數據采集卡；放電測試回路連接大功率DC-DC轉換器及散熱箱，大功率DC-DC轉換器及散熱箱連接被測電池組；其中一電池用于內阻及剩余電量測試并連接數據采集卡，另一電池用于放電電壓電流信號測試并連接數據采集卡；數據采集卡連接多路轉換開關，多路轉換開關與單片機連接。
[0026]電池組與數據采集卡之間連接有溫度傳感器。
[0027]多路轉換開關與單片機之間設置有A/D轉換器。
[0028]參照圖2、圖3和圖4，所述電池測試儀包括機架1，機架I正面安裝有前擋板2，側面安裝有側擋板3，上面安裝有上擋板7，下面安裝有下擋板15，后面安裝有后擋板4，底部有腳輪5，機架I和各擋板構成機箱；在前擋板2上設有顯示屏8、撥動開關9、功能按鈕11、放電端口正極12和放電端口負極13，在后擋板4上設有通訊接口 10(RS232接口);在機箱內設有控制板17、散熱器16、PCB板23和電源，電源連接控制板17、散熱器16和PCB板23，PCB板23上設有功率管25和水泥電阻24，散熱器16設于兩側，控制板17、PCB板23和電源設于散熱器16之間，其中電源包括130W電源19和30W電源，21、顯示屏8、撥動開關9、功能按鈕11、放電端口及通訊接口 10連接控制板17。
[0029]在機箱內設有中擋板14，電源安裝于中擋板14上，130W電源19下面安裝有電源隔板20，30W電源21下面安裝有電源隔板22。
[0030]在上擋板7上安裝有風扇6，側擋板3上設有對流孔18，后擋板4和下擋板15上設有通風孔26。
[0031]該系統(tǒng)包括256個單元,每個單元包括8個測試及老化通道(或點)；每一單元內8個測試及老化通道內實現電量轉移的具體實現過程為:
0.8個待測電池和測試系統(tǒng)的其中某一個單元連接好；
2).用4A的快速充電器給單元的第一個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)； 3).當單元第一個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將其通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)；
4).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大小(系統(tǒng)上位機軟件設置參數，可是任意值)；
5).當單元第一通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)；
6).用4A的快速充電器給單元的第二個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)；
7).當單元第二個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將其通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)；
8).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大小(系統(tǒng)上位機軟件設置參數，可是任意值)；
9).當單元第二通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)；
10).用4A的快速充電器給單元的第三個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)；
11).當單元第三個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)；
12).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大小(系統(tǒng)上位機軟件設置參數，可是任意值)；
13).當單元第三通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)；
14).依照以上順序可以完成第四、五、六、七、八通道的節(jié)能老化測試；
15).重復以上第2-14的步操作以完成對單元八個通道的電池的節(jié)能老化循環(huán)測試。
[0032]以上已將本發(fā)明做一詳細說明，以上所述，僅為本發(fā)明之較佳實施例而已，當不能限定本發(fā)明實施范圍，即凡依本申請范圍所作均等變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋范圍內。
【權利要求】
1.一種新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機、電池測試儀及大功率DC-DC轉換器及散熱箱，上位機作為工控機，上位機分兩路接出，一路為充電測試回路，另一路為放電測試回路，兩回路共用一單片機與上位機雙向連接；充電測試回路連接電池測試儀，電池測試儀連接被測電池組；其中一電池用于內阻及剩余電量測試并連接數據采集卡，另一電池用于充電電壓電流信號測試并連接數據采集卡；放電測試回路連接大功率DC-DC轉換器及散熱箱，大功率DC-DC轉換器及散熱箱連接被測電池組；其中一電池用于內阻及剩余電量測試并連接數據采集卡，另一電池用于放電電壓電流信號測試并連接數據采集卡；數據采集卡連接多路轉換開關，多路轉換開關與單片機連接。
2.根據權利要求1所述的新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:電池組與數據采集卡之間連接有溫度傳感器。
3.根據權利要求1所述的新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:多路轉換開關與單片機之間設置有A/D轉換器。
4.根據權利要求1所述的新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述電池測試儀包括機架，機架正面安裝有前擋板，側面安裝有側擋板，上面安裝有上擋板，下面安裝有下擋板，后面安裝有后擋板，機架和各擋板構成機箱；在前擋板上設有顯示屏、撥動開關、功能按鈕、放電端口正極和放電端口負極，在后擋板上設有通訊接口 ；在機箱內設有控制板、散熱器、PCB板和電源，電源連接控制板、散熱器和PCB板，PCB板上設有功率管和水泥電阻，散熱器設于兩側，控制板、PCB板和電源設于散熱器之間，其中電源包括130W電源和30W電源，大功率DC-DC轉換器；顯示屏、撥動開關、功能按鈕、放電端口及通訊接口連接控制板。
5.根據權利要求4所述的新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:在機箱內設有中擋板，電源安裝于中擋板上，電源下面安裝有電源隔板。
6.根據權利要求1所 述的新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:在上擋板上安裝有風扇，側擋板上設有對流孔，后擋板和下擋板上設有通風孔。
7.根據權利要求1所述的新型動力電池測試及老化循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括256個單元,每個單元包括8個測試及老化通道；每一單元內8個測試及老化通道內實現電量轉移的具體實現過程為: ， 0.8個待測電池和測試系統(tǒng)的其中某一個單元連接好； 2).用4A的快速充電器給單元的第一個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)； 3).當單元第一個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將其通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)； 4).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大?。? 5).當單元第一通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)； 6).用4A的快速充電器給單元的第二個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)； 7).當單元第二個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將其通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)； 8).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大??； 9).當單元第二通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)； 10).用4A的快速充電器給單元的第三個測試及老化通道的電池充電，單元其它7個通道的電池處于待機充電狀態(tài)； 11).當單元第三個通道的電池滿充后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至放電狀態(tài)，單元其它7個通道的電池切換至充電狀態(tài)； 12).系統(tǒng)通過分配及調節(jié)單元7個通道充電電流的大小，自動調整單元放電通道電流的大?。? 13).當單元第三通道的電池能量全部放完以后，系統(tǒng)將單元其它通道切換至待機充電狀態(tài)； 14).依照以上順序可以完成第四、五、六、七、八通道的節(jié)能老化測試； 15).重復以 上第2-14的步操作以完成對單元八個通道的電池的節(jié)能老化循環(huán)測試。
【文檔編號】G01R31/36GK103543409SQ201310449234
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月28日 優(yōu)先權日:2013年9月28日
【發(fā)明者】奉平, 李元, 李建林 申請人:東莞市海拓偉電子科技有限公司