一种单体电池测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种单体电池测试系统，此系统可以测试多种电池，在手动方式下，可实现对电池充电或者放电设置、电池充放电电流设置、串口参数设置、继电器组设置、充电上限电压设置、放电截止电压设置。在自动方式下，在设置时序负载文件后，可自动对电池进行充电或者放电测试，无需人工干预，此系统属于获得锂离子电池特性数据技术领域。
【背景技术】
[0002]通常电池测试仪监测电压等参数，在电池容量不足时精度会下降。常用的电池测试仪操作人员能设定的参数很少，比较简陋，而工业上使用的电池测试仪成本高，体积大，不易携带，并且工业中使用PTC陶瓷电阻，温度漂移较大，适合测试规模比较大的电池。在这种情况下，限于成本和便携性，需要体积适中，适应性好的电池测试系统。
[0003]本设计使用康铜电阻，温漂小，体积重量适中，方便携带，测试出的电池曲线比较准确，并且有自动与手动两种模式，可靠性比较高，可以适应不同的需求。基于FPGA技术，功能丰富。
【实用新型内容】
[0004]单体电池测试系统主要是为获得锂离子电池特性数据而设计的。测试方式有两种，分别是手动和自动。在手动方式下，可实现对电池充电或者放电设置、电池充放电电流设置、串口参数设置、继电器组设置、充电上限电压设置、放电截止电压设置，但是电池充放电开始后，需要手动停止电池充放电。在自动方式下，在设置时序负载文件后，可自动对电池进行充电或者放电测试，无需人工干预。无论在哪种工作方式，电池充放电开始后，测试系统会自动记录时标、电流、电压和温度数据并在图形显示界面显示电压电流图形。充放电完成后，可以把记录的数据保存成EXCEL文件格式。
[0005]本实用新型一种单体电池测试系统，它包括硬件和软件两部分。
[0006]硬件部分:包括计算机、数据采集设备、电子负载仪、直流稳压电源和恒温箱，彼此之间相互连接，对锂离子电池进行测试。该计算机负责控制显示设备，实现图形显示、数据存储和功能控制；该数据采集设备包括两个子模块，分别是主卡和子卡，主卡对整个系统实施控制，包括与上位机的通信，主卡主要包含低功耗、低电压和小电流元件，子卡实现具体功能，实现对子卡上的具体模块的控制，子卡包括大功率，大电流的元件，包括温度采集模块，电子负载仪，直流稳压电源和恒温箱；该电子负载仪有比较完善的保护功能，对锂离子电池进行充放电并设定电压与电流参数，电子负载仪可以实现对锂离子电池恒流充电，其主体是恒流源电路，可以在上位机上设定电流电压参数，通过主卡与子卡控制电子负载仪，对锂离子电池进行测试；该直流稳压电源有三个分别负责给主卡供电的直流稳压电源I，为继电器供电的直流稳压电源2和为锂离子电池供电的直流稳压电源3，这些直流稳压电源比较稳定，保证系统的顺利运行；该恒温箱避免外界温度影响，在测试给定的锂离子电池时，避免了温度波动影响测试结果。
[0007]软件部分:包括上位机采集控制软件和N1s II控制软件；上位机控制软件可以进行参数的设置，系统的开始与关闭等设置并可以查看数据；N1s II控制软件下载到核心板，控制除上位机外的整个电路的运行，确保系统的正常运转。
[0008]图2是主卡和子卡实物图。
[0009]图3是主卡和子卡结构框图。附图4，5，6，7，8是子卡的分割细化，是实际运用的几个模块的电路图，最后使用串口进行通信。
[0010]根据图2中电路引入的端口符号，它们之间的位置连接关系是:
[0011]在系统工作时:J1的功能是继电器供电电源接插件，J2功能是核心设备供电电源接插件，J3功能是主卡和子卡信号接插件，J4是主卡和子卡信号接插件，J5是串口 1DB9接插件，J6是串口 2DB9接插件，J7是电子负载仪接入接插件，J8是温度传感器接入接插件，J9是被测电池接入接插件，JlO是电池充电电源接入接插件。主卡与子卡的连接关系如下:主卡的J3插座对应于子卡的J3插针。主卡的J4插座对应于子卡的J4插针。子卡J3插针对应主卡的J3插座。子卡J4插针对应主卡的J4插座。子卡J2接插件，低电压核心元件供电电源。子卡J2接插件，继电器供电电源子卡JlO接插件，电池充电供电电源子卡J9接插件，电池子卡J7接插件，电子负载。
[0012]图4，图5，图6，图7，图8电路工作说明如下。
[0013]温度采集模块:见图4。本测量系统的温度采集模块采用热电阻式温度传感器，利用金属材料的电阻随温度的变化而变化的特性来实现温度测量。本模块采用Pt10铂电阻金属测温电阻器和信号调理电路把温度信号转换成电压信号，把温度变化范围(-50°C，50°C )转换成电压变化范围(0v，+2.5v)，查PT100分度表不同温度阻值。考虑到数据采集传感器和锂离子电池之间有一定距离，PtlOO温度电阻器采用三线制接入信号调理模块电流米集模块电路。
[0014]电流采集模块见图5，采用茶花公司利用霍尔效应生产的具有闭环补偿作用的电流型霍尔传感器CSM015NPT。为了提高传感器的线性度、精度，减少温度漂移，优化响应时间，提高频率效应带宽，传感器利用反馈方法。CSM015NPT的原边线圈电阻是0.18πιΩ，若在信号通路中流过1A电流时，其造成的压降是1.8mv，相对于电池电压可以忽略。当CSM015NPT原边线圈通过同相电流15A时，其副边线圈输出电压3.125v ;原边线圈流过反向15A电流时，其副边线圈输出电压1.875v ;原边线圈无电流流过时，其副边线圈输出电压2.5v。为了与模数转换器的动态范围更接近，故在其后加入信号调理电路，使电压幅度衰减一半。在这种情况下，当被采集电流范围[_15A，15A]时，经信号调理电路输出电压为[0.9375，1.5625v]。
[0015]继电器通路模块电路:见图6。继电器Kl到K7选择汇科电器公司高容量型单刀双掷直流5V继电器ΗΚ14Π1与欧姆龙继电器G2R-1-E相兼容。继电器通路由继电器驱动器FZT705和继电器ΗΚ14??构成。控制线圈额定电压直流5V，额定电流106mA，线圈电阻47 Ω。触点，在直流30V情况下，额定电流16A，接触电阻ΙΟΟπιΩ。继电器驱动器:FZT705，是一个PNP型高电压、高电流达林顿三极管，输入可接低电压逻辑电路，输出可接功率负载(最大2A)。
[0016]电池充放电电流控制电路:见图7。对电池充电与放电时电流的控制，可采用两种方法，其一由电子负载仪直接控制，其二由数据采集板上的电子负载控制。下面对方法二进行详细说明，板载电子负载模块由隔离、DA、运放、MOSFET管和康铜丝电阻构成。功率MOSFET管:IRF540N，开启电压2.0?4.0V,在态电阻44m Ω，最大功率50W。通过数模转换器，数字量输入范围[0，4096]转变成[0v，2.048v]电压，经过电压电流变换电路转变成[0A，20A]电流，因此经过上面的电路，负载电流可控制。
[0017]电池电压隔离模块电路:见图8。为了提高系统稳定性，故对模拟量电池电压进行模拟量隔离，隔离后送入AD转换模块。差分运放把电池带有共模电压的差分电压转成单端对地电压后，送入线性光耦隔离电路，经过隔离后直接融入ADC采集通道。
[0018]模数转换模块:模数转换器:AD7938-6，625KSPS，8通道采样，并行接口的模数转换器。
[0019]图9是上位机采集控制软件界面。上位机采集控制软件是在MATLAB的⑶I环境下设计的，主要包括文件操作、控件的使用、对话框的使用、定时器的使用和串口编程等。
[0020]优点与功效:在手动方式下，可实现人工干预，功能丰富。在自动方式下，在设置时序负载文件后，可自动对电池进行充电或者放电测试，无需人工操作。手动与自动方式下，测试系统会自动记录时标、电流、电压和温度数据并在图形显示界面显示电压电流图形并保存。
【附图说明】
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[0021]图1总体结构框图。
[0022]图2主卡与子卡实物图。