广东鸿宝科技有限公司
摘要：锂离子电池在电动电子领域应用广泛，为了研究电池的使用情况，确定电池的使用寿命，需要电池进行定期检测，目前我国的锂离子电池测试设备较少，需要对锂离子电池测试系统进行设计和研发。本文设计了一种新的锂离子电池测试系统，主要包括了系统硬件和系统软件的设计。希望为锂离子电池的性能测试与分析提供了可靠的研究平台和数据支持。
关键词：锂离子电池；测试系统；设计
前言：锂离子电池已经广泛被应用于手机、笔记本电脑和电动车等的电源系统中。由于不能对锂离子电池进行定期测试，导致出现了电池提前报废或者应该报废的仍被继续使用的问题。这样就会造成资源浪费，且会造成安全问题的发生。目前我国的锂离子电池测试设备较少，并且测试能力参差不齐。本文介绍一种锂离子电池的自动测试系统的设计，并通过实验得出了锂离子电池测试装备能测试电池内阻和绘制工作曲线，为电池组的性能测试与分析提供了可靠的研究平台和数据支持。
1 锂离子电池测试系统的结构组成
锂离子电池测试系统的工作主要包括对电池系统的电压、电流及温度进行检测分析，实时显示锂离子电池的电压、电流、温度、剩余电量、故障、报警等状态。并将获得的数据保存到数据库中，为后期对电池的状况进行评估提供方便。锂离子电池测试系统的结构主要包括硬件系统和软件系统两部分组成。通信采用CAN总线完成，实现对锂离子的电池的测试。软件系统是通过电脑进行控制的中央处理模块，采用LabVIEW平台下运行。硬件系统主要是指电池的检测部分，主控制器是采用的是在CCStudio v3.3平台下开发的DSP处理器芯片TMS320F2812软件。采用CAN总线和USB进行通信转换和连接，实现通信数据的接收和分析。
2 锂离子电池测试系统硬件的设计
锂离子电池测试硬件系统指的是电池检测单元，关于电池检测单元的设计主要是包括电压信号采集硬件设计、电压信号采集硬件设计和温度信号采集硬件及通讯硬件设计四个方面，下面对于这四方面的设计进行逐一介绍。
2.1 电压信号采集硬件的设计
将电池进行串联以后通常会产生共模电压，所以串联的电池的总电压并不是将每一个电池的单独的电压的总和。即便如此，串联的电池组的电压往往要远大于检测系统能承受的最大电压值，通常采用在检测电路中引入一个反馈电路的方法，将电路输出电压衰减90%，从而对检测系统起到了保护作用，且得到的输出电压乘以比例系数即可得到电池总电压值。串联的电池的总电压采集电路中用到了一个具有高精密读的高共模差分放大器的集成芯片，该集成芯片输入电压范围比较广泛，可以在存在较大的共模电压的情况下，也会获得高精确度的微弱差分电压测量值。该集成芯片内部包括两大部分，一个是一个精密运算放大器，另一个是集成的薄膜电阻网络。因此该集成芯片能够代替隔离放大器，将纹波、噪声和静电电流的影响消除。采用的精密运算放大器是一个超低噪声的高精度运算放大器OPA27，高精度运算放大器作为反馈输入与集成芯片联合使用，可以将集成芯片输出信号接收并进行反馈，从而使得电压信号衰减。
2.2 电流信号采集硬件的设计
串联的电池组的工作电流往往会远远超出在使用分流器时采样电阻能承受的电流范围，造成电阻的选型困难增大，增加电池测试系统的设计成本。在电流信号采集硬件的设计中，采用了霍尔型电流传感器采集电池的电流。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该电流传感器具有高的测量精度，输出的电流值范围要低于20 mA，能满足检测系统的电流要求。通过在测试的电路中引入精密的采样电阻，将输出的电流信号向电压信号转换，再与AD采样端口连接，霍尔传感器的输出端口与精密采样电阻串联，将电流信号转换为电压信号，滤波之后再通过集成芯片的电压跟随作用，连接至设备的A/D转换引脚，实现对电压信号的采集，最后利用电路电阻比例关系以及欧姆定律求得所测电流值。
2.3 温度信号采集硬件的设计
关于温度信号采集硬件的设计采用在串联电池组安装一个集成电路温度传感器，也就是温敏电阻，采用的采样温敏电阻具有很高的精密度，采样的温度范围很广，可达到-30℃到150℃范围。且在如此广泛的温度范围内也能获得高的测量精度，在温度检测工作中得到了广泛的应用。该温度传感器输出的信号与所测量的温度值线性相关，通过温敏电阻传感器输出信号与温度的线性关系，便可计算出温度值，从而实现待测电池温度信号的采集，并可以通过长时间监测，获得电池温度的变化过程。
2.4通讯硬件的设计
对于采样硬件的设计，采用的是 RS422接口实现单片机与上位机之间的通信过程。RS-422接口具有抗干扰能力强、工作性能稳定等优点，在通信行业中获得广泛的应用。虽然RS-422接口只能连接两个通信设备，在总线上可以扩展到32个接口。该通讯接口具有高的传输功率，最大可达到10Mbps，并且两条通讯线之间的电压差较低，与其他型号的接口相比，RS-422接口更加耐用。RS422可以兼容单片机的输出系统。单片机与上位机转换电路也是通过RS-422进行连接，使用集成芯片是用于对RS-422传输的信号进行收发的低功耗器件。该芯片拥有最大为 2.5Mbps 传输速率，能有效限制短路电流以至于限制功率过高。当接受端没有输入时，发送端保持高电平输出。使用的隔离芯片也具有传输速率快、耐用程度和稳定性强的优点。单片机的耐压能力差，会引起电压波动，从而可能会导致单片机中电器元件的损坏，使用该集成芯片是实现单片机和通信电路的隔离。
3. 锂离子电池测试系统软件的设计
设计的锂离子电池测试系统软件的组成主要包括上位机的管理软件和中位机的控制软件和下位机的执行软件。上位机的管理软件的模块主要包括显示模块、数据处理模块、编辑模块、通讯模块和打印模块等。中位机的控制软件的模块主要包括初始化模块、查键模块、液晶显示模块、数据分析存储模块、与上位机通讯模块和与下位机通讯模块等。中位机控制软件主程序流程依次是开始上电、单片机初始化、与上位机通讯、与下位机通讯、分析数据并储存、查键和显示、其他功能，最后进行反馈循环。下位机控制软件的模块主要包括数据采集模块、执行充放电模块、自检自诊断模块、故障自保护模块、与中位机通讯模块等。下位机控制软件主程序流程依次是开始上电、单片机初始化、单片机外围设备自检、与中位机通讯、电池数据采集处理、控制充放电、故障检测、故障自保、故障自恢复和其他功能，最后进行反馈循环。
4结语：锂离子电池应用广泛，需要定期对电池进行测试，从而确定电池的使用情况和报废情况。因此，需要设计和研发锂离子电池测试设备。本文设计了一种新的锂离子电池测试系统，主要包括了系统硬件和系统软件的设计。为锂离子电池的性能测试与分析提供了可靠的研究平台和数据支持。
参考文献：
[1] 谭晓军. 电动汽车动力电池管理系统设计 [M]. 广州: 中山大学出版社, 2011.11.
[2] 于智龙.锂离子容量快速预测及检测系统的实现 [D] .哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2007
论文作者:郭云龙
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
标签：电压论文; 锂离子电池论文; 电池论文; 测试论文; 模块论文; 系统论文; 信号论文; 《科技新时代》2019年3期论文;