一种恒压恒流充电老化测试系统的制作方法

本实用新型涉及老化测试技术领域，具体地，涉及一种恒压恒流充电老化测试系统。

背景技术：

锂电池、蓄电池在许多用电设备中得到了广泛的应用，而针对锂电池，蓄电池等负载的老化测试，现有技术却缺乏灵活性和效率，可操作性不强，比如现有技术对锂电池的充电老化测试，基本采用充电器进行对电池的充电，这样无法检测和实时监控记录电池的充电电压和充电电流的变化，无法自动检测和判断电池是否不良；同时如果将在测试的锂电池更换为另一款额定充电电压不同的电池，往往需要更换另一款充电器来与新电池匹配，十分不方便且要大大增加购买充电器的成本和更换充电器的人工成本。针对电池老化测试领域的这些缺点，非常有必要设计一种适用范围广、自动化程度高、数据监测实时全面的恒压恒流充电老化测试系统。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种恒压恒流充电老化测试系统，能够随时根据需要改变充电电压和\或充电电流，可通用于具有不同的额定充电电压或额定充电电流的产品，针对不同的充电产品，不需更换不同型号的充电器，减少设备成本并且方便实用，自动化程度高，数据监测实时全面。

本实用新型的技术方案如下：

一种恒压恒流充电老化测试系统，包括供电系统、上位机监控系统、PLC控制系统、充电供电系统及产品接口模块，

所述供电系统，用于为上位机监控系统提供AC工作电源；

上位机监控系统，用于设定不同的充电电压；

PLC控制系统，用于接收上位机监控系统发出的充电电压命令并将该充电电压命令发送给充电供电系统；

充电供电系统的输出端连接至产品接口模块的输入端，产品接口模块的输出端连接至充电负载，充电供电系统为充电负载提供设定的充电电压。

其中，该老化测试系统还包括恒压恒流充电控制模块和恒压DC电源模块，

一方面，所述恒压恒流充电控制模块通过RS232转RS485通信模块与上位机监控系统建立通信连接；另一方面，恒压恒流充电控制模块与产品接口模块相连，恒压恒流充电控制模块为充电负载提供恒压恒流的充电。

所述恒压DC电源模块的输入端连接至供电系统的输出端，恒压DC电源模块的输出端连接至恒压恒流充电控制模块的输入端，恒压DC电源模块用于为恒压恒流充电控制模块提供DC工作电源。

其中，所述恒压恒流充电控制模块包括微控芯片单元、充电电流采集单元、充电电压采集单元和恒压恒流控制MOS管单元，

微控芯片单元是型号为STM8S003F3的芯片，STM8S003F3的芯片的PC4脚和PC3脚分别连接至上位机监控系统；PD2脚连接至充电电流采集单元，完成电流采集；UART1_—RX脚连接至充电电压采集单元，完成充电电压采集；PC6脚连接至恒压恒流控制MOS管单元的输入端。

充电电流采集单元包括电阻R101、电阻R102、放大器U101和放大器U102；

充电电压采集单元包括电阻R2、电阻R3；

恒压恒流控制MOS管单元包括R109，C108和R110，C109以及R111，C110、运放U103A、电阻R113、电阻R115、电阻R116、MOS管Q101；

一方面：STM8S003F3芯片的PC6脚连接至电阻R109的一端，电阻R109的另一端连接至并联的电阻R110和电容C108的一端，电阻R110的另一端连接至并联的电阻R111和电容C109的一端，电阻R111的另一端连接至电容C1110的一端及运放U103A同相输入端，电容C108、C109、C110的另一端接地，另一方面：充电电流信号经过电阻R113后连接至运放U103A的反相输入端，运放U103A的输出端经过串联的电阻R115、电阻R116后连接至MOS管Q101的栅极；

MOS管Q101的源极一方面连接至电阻R102后与放大器U101的输入端的3引脚连接，另一方面经过串联的取样电阻R126、电阻R127后连接至电阻R101后与放大器U101的输入端的2引脚连接，放大器U101的输出脚6脚连接至放大器U102的输入端3脚，放大器U102的输出脚6脚连接至STM8S003F3的芯片的PD2脚；

充电电压的正极经过电阻R2后一方面连接至STM8S003F3芯片的UART1_—RX引脚，另一方面经过电阻R3后接地。

其中，所述恒压恒流充电控制模块还包括负载电压采集单元，负载电压采集单元包括电阻R120、电阻R129、运放U103B；其中充电负载的正极经过电阻R120连接至运放U103B的输入端5脚，充电负载的负极经过电阻R119连接至运放U103B的输入端6脚，运放U103B的输出端7脚连接至STM8S003F3芯片的UART1_—TX引脚。

其中，所述产品接口模块设置有USB接口、DC母座接口和\或音响夹。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的提供了一种恒压恒流充电老化测试系统，能够随时根据需要改变充电电压和\或充电电流，可通用于具有不同的额定充电电压或额定充电电流的产品，针对不同的充电产品，不需更换不同型号的充电器，减少设备及人工成本并且方便实用。

附图说明

图1是本实用新型一种恒压恒流充电老化测试系统的原理框图。

图2是本实用新型一种恒压恒流充电老化测试系统的微控芯片的引脚图。

图3是本实用新型一种恒压恒流充电老化测试系统的充电电流采集单元的电路图。

图4是本实用新型一种恒压恒流充电老化测试系统的充电电压采集单元的电路图。

图5是本实用新型一种恒压恒流充电老化测试系统的恒压恒流控制MOS管单元的电路图。

图6是本实用新型一种恒压恒流充电老化测试系统的负载电压采集单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，一种恒压恒流充电老化测试系统，包括供电系统、上位机监控系统、PLC控制系统、充电供电系统及产品接口模块，

所述供电系统，用于为上位机监控系统提供AC工作电源；

上位机监控系统，用于设定不同的充电电压；

PLC控制系统，用于接收上位机监控系统发出的充电电压命令并将该充电电压命令发送给充电供电系统；

充电供电系统的输出端连接至产品接口模块的输入端，产品接口模块的输出端连接至充电负载，充电供电系统为充电负载提供设定的充电电压。

用户在上位机监控系统中设置好充电电压，与上位机监控系统连接的PLC控制系统将电压转化为设定的充电电压传输给充电供电系统，并由充电供电系统为充电负载提供设定的充电电压，用户可以在上位机监控系统中设定需要的充电电压，由此实现充电电压的实时变化，方便对不同的负载进行充电。

其中，该老化测试系统还包括恒压恒流充电控制模块和恒压DC电源模块，

一方面，所述恒压恒流充电控制模块通过RS232转RS485通信模块与上位机监控系统建立通信连接；另一方面，恒压恒流充电控制模块与产品接口模块相连，恒压恒流充电控制模块为充电负载提供恒压恒流的充电。

所述恒压DC电源模块的输入端连接至供电系统的输出端，恒压DC电源模块的输出端连接至恒压恒流充电控制模块的输入端，恒压DC电源模块用于为恒压恒流充电控制模块提供DC工作电源。

其中，如图2-图6所示，恒压恒流充电控制模块包括微控芯片单元、充电电流采集单元、充电电压采集单元和恒压恒流控制MOS管单元。微控芯片单元主要用于与上位机监控系统的通信，完成电压数据的采集，电流数据的采集，以及恒压恒流控制信号的调节和输出等功能。本实用新型的一种恒压恒流充电老化测试系统，能在上位机监控系统中显示负载充电时的充电电压、充电电流等信息，以便用户对负载的充电数据进行实时监控和记录，为用户提供分析的数据依据。

其中，如图2所示微控芯片单元是型号为STM8S003F3的芯片，STM8S003F3的芯片的PC4脚和PC3脚分别连接至上位机监控系统；PD2脚连接至充电电流采集单元，完成电流采集；UART1_—RX脚连接至充电电压采集单元，完成充电电压采集；PC6脚连接至恒压恒流控制MOS管单元的输入端。

如图3所示，充电电流采集单元包括电阻R101、电阻R102、放大器U101和放大器U102；

如图4所示，充电电压采集单元包括电阻R2、电阻R3；

如图5所示，恒压恒流控制MOS管单元包括R109，C108和R110，C109以及R111，C110、运放U103A、电阻R113、电阻R115、电阻R116、MOS管Q101；

一方面：STM8S003F3芯片的PC6脚连接至电阻R109的一端，电阻R109的另一端连接至并联的电阻R110和电容C108的一端，电阻R110的另一端连接至并联的电阻R111和电容C109的一端，电阻R111的另一端连接至电容C1110的一端及运放U103A同相输入端，电容C108、C109、C110的另一端接地，另一方面：充电电流信号经过电阻R113后连接至运放U103A的反相输入端，运放U103A的输出端经过串联的电阻R115、电阻R116后连接至MOS管Q101的栅极。工作原理：STM8S003F3芯片发出的电压信号经过由R109，C108和R110，C109以及R111，C110构成的整流滤波电路之后，形成平滑稳定的直流电压控制信号，然后接入运放U103A的同相输入端3脚；充电电流信号I0-A则接入反相输入端2脚，电流信号I0-A通过比较之后决定运放U103A输出端1脚的信号的大小，U103A输出端1脚的输出信号在接入MOS管Q101的栅极即1脚用于控制MOS管的导通率，进而控制流经该MOS管的电流大小，实现充电电流大小的调节，最终形成恒流信号。

MOS管Q101的源极一方面连接至电阻R102后与放大器U101的输入端的3引脚连接，另一方面经过串联的取样电阻R126、电阻R127后连接至电阻R101后与放大器U101的输入端的2引脚连接，放大器U101的输出脚6脚连接至放大器U102的输入端3脚，放大器U102的输出脚6脚连接至STM8S003F3芯片的PD2脚。工作原理：充电电流流经附图5中R126所示的20mR的取样电阻时，将在R126上产生一个信号电流，该信号电流分别经过附图3中的R102和R101接入放大器U101的输入端2脚和3脚，经输出脚6脚输出后进入放大器U102的输入端2脚和3脚，经过运放U102的信号放大之后由U102的输出脚6脚接入STM8S003F3芯片的PD2脚进行充电电流的数据采集。

如图4所示，充电电压的正极经过电阻R2后一方面连接至STM8S003F3芯片的UART1—RX引脚，另一方面经过电阻R3后接地。充电电压正极即VIN+,负极即GND，通过电阻R2和R3构成的分压电路衰减后再接入STM8S003F3芯片的UART1-RX脚进行充电电压的数据采集。

恒压恒流充电控制模块还包括负载电压采集单元，如图6所示，负载电压采集单元包括电阻R120、电阻R129、运放U103B；其中充电负载的正极经过电阻R120连接至运放U103B的输入端5脚，充电负载的负极经过电阻R119连接至运放U103B的输入端6脚，运放U103B的输出端7脚连接至STM8S003F3芯片的UART1—TX引脚。被测试负载的电压经过衰减后从U103B的输出端7脚输出然后接入微控制芯片的V-CH1脚进行电压信号的数据采集。本实用新型的一种恒压恒流充电老化测试系统，能在上位机监控系统中显示负载的电压信息，以便用户对负载的电压信号进行监控和分析。

其中，所述产品接口模块设置有USB接口、DC母座接口和\或音响夹等常用连接接口，方便客户将锂电池等负载产品连接到该老化测试系统。

各模块的工作原理：微控芯片实时的采集充电电压，负载电压和充电电流三个参数。被测试的负载产品接入产品接口之后，当微控芯片收到上位监控系统通过串口通信引脚PC4和PC3发出的控制命令后，将根据具体命令进行相应的操作。当微控芯片收到恒流充电命令和恒流充电设定的恒流电流值（比如1A电流）后，开始控制恒流信号从0V开始慢慢增加，随着控制信号的加大，MOS管Q101开始逐渐导通，此时，流经MOS管的电流将逐渐增大，直到电流的大小达到用户设置的电流大小（比如1A）之后，恒流控制信号将保持稳定不再变化，这样流经MOS管的电流也将保持稳定不再变化。由于负载与MOS管Q101之间是串联的关系，由于串联电路中电流处处相等，因此流经负载的充电电流与流经MOS管Q101的电流也是相等的，由此实现了负载的恒流充电功能。随着充电的进行，负载内的电量将会越来越高，当负载临近快充满电的时候，充电电流将会逐渐减小，这个时候微控芯片检测到电流变小且小于设定电流值（比如1A ），于是微控制芯片继续加大恒流控制信号，使MOS管的导通率进一步加大，此时充电电流又会加大直到恒定到设定电流值1A，实现维持恒流充电的效果。当恒流控制信号达到最大，MOS管完全导通之后，充电电流一旦减小将不能再通过调节恒流控制信号加大，电流将会一直减小下去，恒流充电过程结束。

当微控芯片收到恒压充电控制命令的时候，将执行恒压充电调节。由于充电电压是恒定不变的，比如用户选择了老化测试系统提供的4.2V充电电压,用户设定的电池恒压充电电压假设是4V，由于被测负载与MOS管Q101之间构成串联电路，则MOS管管Q101与负载之间形成一个串联分压的功能电路，可通过控制恒压控制信号的大小，来调节MOS管Q101的导通电阻，导通电阻越大则分压越多，导通电阻越小，则分压也越小，只要调节恒压控制信号使MOS管Q101达到一个合适的导通电阻值，使MOS管Q101刚好分压0.2V，则负载两端的充电电压就刚好恒定到4.2V-0.2V = 4V，如此则实现了用户设定的4V的恒压充电功能。

由于恒压充电的时候，对于一个预先未充电或者电量很低的负载，可能在恒压充电的初始阶段，出现过大的充电电流，可能烧坏负载产品。针对这个风险，设置了恒压限流充电功能，在恒压充电的同时，判断充电电流有没有超过用户设置的最大允许充电电流，如果超过设置的最大允许的充电电流，则恒压恒流充电控制模块会自动将电流限制在最大允许的充电电流，这样就有效避免了过大的充电电流对产品的损坏。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。