專利名稱：一種二次電池測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池測(cè)試系統(tǒng)，特別是涉及一種適用于鋰離子電池、 鎳氫電池、鎳鎘電池等二次電池的測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
二次電池，如鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池，尤其是鋰離子電池，在各 個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，由于技術(shù)問(wèn)題與生產(chǎn)工藝限制，生產(chǎn)過(guò)程中，常 常出現(xiàn)一些不合格產(chǎn)品。劣質(zhì)電池的使用，特別是鋰離子電池的使用，存在安 全隱患，可能造成過(guò)熱起火，甚至爆炸。最近惠普公司因?yàn)殇囯姵剡^(guò)熱主動(dòng)召
回7萬(wàn)塊筆記本鋰電池。
鑒于二次電池安全問(wèn)題與性能測(cè)試需要，二次電池測(cè)試儀得到快速發(fā)展， 例如，采用16位模數(shù)轉(zhuǎn)換的二次電池測(cè)試儀對(duì)二次電池進(jìn)行檢測(cè)，但一般精度 都不高，且溫漂影響較大。中國(guó)專利200710035047. l公開(kāi)了一種利用24位ADC 提高二次電池充放電過(guò)程中對(duì)緩慢變化的電壓和電流信號(hào)監(jiān)視準(zhǔn)確度和精確度 的方法，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度和精確度，低溫漂系數(shù)元器件的采用使溫度變化 較大時(shí)仍可以保證較高的準(zhǔn)確度和精確度。然而，對(duì)高分辨的測(cè)試系統(tǒng)，較低 的溫漂也會(huì)產(chǎn)生較大的影響，例如，假設(shè)溫度變化為l(TC，對(duì)于200710035047. 1 號(hào)專利申請(qǐng)所采用的溫漂為7ppm/'C的基準(zhǔn)電壓源，其基準(zhǔn)源電壓產(chǎn)生的漂移 7卯m/。02. 5*10°O175W， 24位ADC的作用就會(huì)喪失了 。
另外，為了得到較高的電壓，二次電池經(jīng)常配組使用，其性能保持一致才能更好地發(fā)揮每個(gè)單體電池的作用，因此二次電池的匹配是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。 通常進(jìn)行匹配時(shí)采用容量分選的方法，但這種方法只能保證初始容量一致。比 較好的方法是根據(jù)電池的充放電電壓特性曲線再結(jié)合內(nèi)阻變化曲線進(jìn)行分選， 可以使電池組中單體電池在整個(gè)使用過(guò)程中保持較好的一致性。內(nèi)阻作為二次 電池的一個(gè)重要指標(biāo)，在判斷二次電池性能和分選匹配時(shí)發(fā)揮著重要作用。而 現(xiàn)有二次電池測(cè)試儀一般不同時(shí)具有內(nèi)阻測(cè)試功能，或者具有內(nèi)阻測(cè)試功能但 只能單獨(dú)進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試而不能在充放電過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行，不能滿足電池材料研 究的多參數(shù)及參數(shù)高精度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有電池測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試準(zhǔn)確度和精確度受溫度影響 較大的缺陷，提供一種具有溫漂校準(zhǔn)功能的智能二次電池測(cè)試系統(tǒng)，以進(jìn)一步 提高電池檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精確度。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于克服現(xiàn)有電池測(cè)試系統(tǒng)缺乏在充放電過(guò)程中同時(shí) 進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試的缺陷，提供一種在充放電過(guò)程中不影響電壓電流高精度測(cè)量的 同時(shí)進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試的智能二次電池測(cè)試系統(tǒng)，以為二次電池分選匹配提供內(nèi)阻 參數(shù)，提高匹配分選的可靠性，進(jìn)一步滿足電池材料研究的多參數(shù)要求。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)其包括單片機(jī)控制模塊、測(cè)試狀 態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)釆集模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、充放電模塊和環(huán)境溫度測(cè)量模塊； 所述單片機(jī)控制模塊輸出端與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸入端連接，單片機(jī)控制模塊 并與數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線雙向連接，還與環(huán)境溫度測(cè)量模塊雙向連接；所述 基準(zhǔn)電壓模塊輸出端分別與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸入端 數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連 接，測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸出端與充放電模塊輸入端連接，充放電模塊輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ) 上，增設(shè)內(nèi)阻測(cè)試模塊，所述內(nèi)阻測(cè)試模塊輸入端與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸出端 連接，內(nèi)阻測(cè)試模塊輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接。
所述單片機(jī)控制模塊由單片機(jī)電路、看門(mén)狗電路和串口通信電路組成；所 述測(cè)試狀態(tài)控制模塊由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、緩沖電路、采樣保持電路、開(kāi)環(huán)比較電 路和移位邏輯控制電路組成；所述數(shù)據(jù)采集模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和多路模擬開(kāi) 關(guān)電路組成；所述基準(zhǔn)電壓模塊由基準(zhǔn)電壓源電路組成；所述充放電模塊由充 放電電路、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路和電壓電流測(cè)量電路組成；所述內(nèi)阻測(cè)試模塊由 RC振蕩電路、濾波電路I、恒流源電路、交流放大電路、濾波電路II和真有效 值測(cè)量電路組成；所述環(huán)境溫度測(cè)量模塊由測(cè)溫電路組成；
所述看門(mén)狗電路、串口通信電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、移位邏輯控制電路、模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路、多路模擬開(kāi)關(guān)電路、測(cè)溫電路均與單片機(jī)電路連接；所述緩沖電 路與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和采樣保持器連接；釆樣保持電路與開(kāi)環(huán)比較電路連接；開(kāi) 環(huán)比較電路與充放電電路連接；所述基準(zhǔn)電壓源電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn) 換電路連接；所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路和電壓電流測(cè)量電路與充放電電路連接； 所述濾波電路和RC振蕩電路連接，所述恒流源電路與濾波電路I連接，所述交 流放大電路與濾波電路II連接，所述濾波電路II與真有效值測(cè)量電路連接，所 述電壓電流測(cè)量電路、真有效值測(cè)量電路與多路模擬開(kāi)關(guān)電路連接。
進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所述充放電電路、電壓電流測(cè)量電路、恒流源電路和交流放大 電路均與待測(cè)電池連接。
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括A/D轉(zhuǎn)換芯片U1，芯片U1選用24位高精度、寬動(dòng)態(tài)特性的A-2型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211;模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211的AVDD管腳接+5V模 擬電源，AGND管腳接模擬地，AVDD管腳通過(guò)10MF電容與104電容并聯(lián)與AGND 管腳連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211的DVDD管腳接+5V數(shù)字電源，DGND管腳接數(shù)字 地，DVDD管腳通過(guò)104電容與DGND管腳連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211的A頂1P、 AIN2P、 AIN3P管腳均與多路模擬開(kāi)頭電路的輸出連接，AIN1N、 AIN2N、 AIN3N、 AIN4P、 AIN4N管腳均接模擬地；XIN、 X0UT管腳接入10M晶振，分別通過(guò)12pF 電容接數(shù)字地；^^管腳接+5V數(shù)字電源，M0DE、 5管腳均接數(shù)字地； SD0UT、 SDIN、 SCLK管腳分別接單片機(jī)的I/O接口 P2. 3、 P2. 4、 P2. 5、 P2. 7管 腳。
所述測(cè)溫電路包括芯片U3，芯片U3選用單總線器件數(shù)字溫度計(jì)DS18B20。 U3管腳1接VCC5V，管腳3接地，DQ管腳接入單片機(jī)的PO. 7管腳并通過(guò)4. 7K 上拉電阻連接+5V模擬電源。
所述充放電電路中，用來(lái)連接待測(cè)電池的四腳接線端子的3、 4端引線接到 用于控制充放電時(shí)恒流源電流接入點(diǎn)的單刀單擲型繼電器的2、 3管腳，四腳接 線端子的l、 2端引線用來(lái)測(cè)量電池兩端電壓和交流壓降；7.5V充電電源通過(guò)電 容C103接地，充放電回路中壓敏電阻與場(chǎng)效管漏極間接有電感。
本發(fā)明之二次電池測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)電路接收上位機(jī)的控制命令或數(shù) 據(jù)采集命令，由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換輸出各通道的控制變量，并通過(guò)相應(yīng)通道的 采樣保持器采樣保持；移位邏輯控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)各通道充放電狀態(tài)、反饋狀態(tài) 和內(nèi)阻測(cè)試狀態(tài)的控制；RC振蕩電路、濾波電路I和恒流源電路產(chǎn)生精密交流 恒流源；真有效值測(cè)量電路對(duì)內(nèi)阻壓降進(jìn)行轉(zhuǎn)換；電壓電流測(cè)量電路對(duì)電壓和 電流信號(hào)進(jìn)行放大；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)各通道的電池電壓、充放電電流和內(nèi)阻產(chǎn)生的交流壓降進(jìn)行轉(zhuǎn)換；測(cè)溫電路在單片機(jī)的控制下進(jìn)行測(cè)量；單片機(jī)根據(jù)測(cè) 量溫度從看門(mén)狗電路讀入溫漂校準(zhǔn)系統(tǒng)，并對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)；單片機(jī) 將校準(zhǔn)結(jié)果和測(cè)量溫度值傳送到上位機(jī)，由上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)結(jié)合低溫漂元器件的應(yīng)用，通過(guò)測(cè)量環(huán)境溫度，對(duì) 環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的溫漂進(jìn)行校正，大大減小了由于溫漂對(duì)測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)的影 響，顯著提高了二次電池測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度、精確度和可靠性；具有內(nèi)阻測(cè)試 功能，可以單獨(dú)對(duì)二次電池內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)試，也可以在測(cè)試充放電性能的同時(shí)， 進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試，且對(duì)充放電性能測(cè)試沒(méi)有影響，對(duì)分析二次電池的性能提供更 多的參數(shù)，提高性能分析的準(zhǔn)確性和匹配分選的可靠性。本發(fā)明非常適合二次 電池綜合性能測(cè)試與電池材料研究。


圖1為本發(fā)明二次電池測(cè)試系統(tǒng)一實(shí)施例的方框圖2為圖1所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖3為圖2中的基準(zhǔn)電壓源電路結(jié)構(gòu)圖4為圖2中的測(cè)溫電路結(jié)構(gòu)圖5為圖2中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)圖6為圖2中的內(nèi)阻測(cè)試模塊電路結(jié)構(gòu)圖7為圖2中的單片機(jī)工作流程框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括單片機(jī)控制模塊l、測(cè)試狀態(tài)控制模塊2、數(shù)據(jù)采集模塊3、基準(zhǔn)電壓模塊4、充放電模塊5、內(nèi)阻測(cè)試模塊6和環(huán)境溫度測(cè)量模塊 7;所述單片機(jī)控制模塊1輸出端與測(cè)試狀態(tài)控制模塊2輸入端連接，單片機(jī)控 制模塊1并與數(shù)據(jù)采集模塊3通過(guò)數(shù)據(jù)線雙向連接，還與環(huán)境溫度測(cè)量模塊7雙 向連接；所述基準(zhǔn)電壓模塊4輸出端分別與測(cè)試狀態(tài)控制模塊2輸入端和數(shù)據(jù) 采集模塊3輸入端連接，測(cè)試狀態(tài)控制模塊2輸出端分別與充放電模塊5輸入 端和內(nèi)阻測(cè)試模塊6輸入端連接，充放電模塊5輸出端和內(nèi)阻測(cè)試模塊6輸出 端分別與數(shù)據(jù)采集模塊3輸入端連接。
參照?qǐng)D2，本實(shí)施例單片控制模塊1包括單片機(jī)電路1-1、看門(mén)狗電路1-2 和串口通信電路1-3;測(cè)試狀態(tài)控制模塊2包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路2-1 、緩沖電路2-2、 對(duì)應(yīng)八個(gè)通道的采樣保持電路(2-3-1、、 2-3-8)、對(duì)應(yīng)八個(gè)通道的開(kāi)環(huán)比較 電路(2-4-1、…、2-4-8)和移位邏輯控制電路2-5;數(shù)據(jù)采集模塊3包括模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路3-1和多路模擬開(kāi)關(guān)電路3-2;基準(zhǔn)電壓模塊4包括基準(zhǔn)電壓源電路 4-1;充放電電路模塊5設(shè)有八個(gè)通道，包括充放電電路(5-1-1、、 5-1-8)、 過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路(5-2-1、…、5-2-8)和電壓電流測(cè)量電路(5-3-1、…、5-3-8); 內(nèi)阻測(cè)試模塊6也設(shè)有八個(gè)通道，包括RC振蕩電路(6-1-1、、 6-1-8)、濾 波電路I (6-2-1、…、6-2-8)、恒流源電路(6-3-1、、 6-3-8)、交流放大 電路(6-4-1、、 6-4-8)、濾波電路II (6-5-1、…、6-5-8)和真有效值測(cè)量 電路(6-6-1、…、6-6-8);環(huán)境溫度測(cè)量模塊7包括測(cè)溫電路7-1。
所述看門(mén)狗電路1-2、串口通信電路1-3、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路2-1、移位邏輯控制 電路2-4、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-l、多路模擬開(kāi)關(guān)電路3-2、測(cè)溫電路7-l均與單片 機(jī)電路1-1連接；所述緩沖電路2-2與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路2-1和采樣保持電路 (2-3-1、…、2-3-8)連接；采樣保持電路(2-3-1、、 2-3-8)與對(duì)應(yīng)通道的開(kāi)環(huán)比較電路(2-4-1、…、2-4-8)連接；開(kāi)環(huán)比較電路(2-4-1、…、2-4-8) 與對(duì)應(yīng)通道的充放電電路(5-1-1、…5-l-8)連接；所述基準(zhǔn)電壓源電路4-1 與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路2-1連接；所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路
(5-2-l、…5-2-8)和電壓電流測(cè)量電路(5-3-1、…、5-3-8)與對(duì)應(yīng)通道的 充放電電路(5-1-1、…5-1-8)連接；所述濾波電路I (6-2-1、…、6-2-8) 和對(duì)應(yīng)通道的RC振蕩電路(6-l-l、…、6-l-8)連接，所述恒流源電路(6-3-1、…、 6-3-8)與對(duì)應(yīng)通道的濾波電路I (6-2-1、…、6-2-8)連接，所述交流放大電 路(6-4-1、…、6-4-8)與濾波電路II (6-5-1、、 6-5-8)連接，所述濾波 電路II (6-5-1、…、6-5-8)與對(duì)應(yīng)通道的真有效值測(cè)量電路(6-6-1、…、6-6-8) 連接，所述真有效值測(cè)量電路(6-6-1、…、6-6-8)和電壓電流測(cè)量電路
(5-3-1、…、5-3-8)均與多路模擬開(kāi)關(guān)電路(3-2)連接；
進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所述充放電電路(5-1-1、…5-1-8)、電壓電流測(cè)量電路 (5-3-1、…、5-3-8)、恒流源電路(6-3-1、…、6-3-8)和交流放大電路(6-4-1、…、 6-4-8)均與對(duì)應(yīng)通道的待測(cè)電池連接。
本實(shí)施例之單片機(jī)電路l-l、看門(mén)狗電路l-2、串口通信電路1-3、數(shù)模轉(zhuǎn) 換電路2-1、緩沖電路2-2、采樣保持電路(2-3-1、…、2-3-8)、開(kāi)環(huán)比較電 路(2-4-1、…、2-4-8)、移位邏輯控制電路2-5、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路(5-2-1、… 5-2-8)和電壓電流測(cè)量電路(5-3-1、…5-3-8)均可從現(xiàn)有同類電路中選用。 參照?qǐng)D3，本實(shí)施例之基準(zhǔn)電壓源電路4-1包括基準(zhǔn)電壓源芯片U2，芯片U2 選用超高精度帶隙電壓基準(zhǔn)源AD780, AD780采用激光微調(diào)和精密薄膜電阻技 術(shù)，具有低誤差的初始精度(±0.04% max)和超低溫漂(3ppm/°C max)的特 點(diǎn)，用于產(chǎn)生高精度2.5V的基準(zhǔn)電壓；芯片U2的輸入端+Vin與電源VCC5V連接，并通過(guò)1W旁路電容接地，接地端4接地；芯片U2的TEMP端通過(guò)補(bǔ)償電 容104接地，輸出端Vout通過(guò)一個(gè)100nF負(fù)載電容接地，補(bǔ)償電容104和負(fù) 載電容100uF的使用，可以顯著改善超高精度帶隙電壓基準(zhǔn)源AD780芯片U2 的噪聲性能。
參照?qǐng)D4，本實(shí)施例之測(cè)溫電路7-1包括芯片U3，芯片U3選用單總線器件 數(shù)字溫度計(jì)DS18B20,其測(cè)溫電路線路簡(jiǎn)單、體積小，測(cè)量溫度范圍在一55'C到 十125。C之間，且可實(shí)現(xiàn)可編程的上下限警告；單總線器件數(shù)字溫度計(jì)DS18B20 管腳1接VCC5V，管腳3接地，DQ管腳通過(guò)4. 7K上拉電阻接入單片機(jī)PO. 7管 腳。
由于二次電池在長(zhǎng)時(shí)間充放電測(cè)試過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使環(huán)境溫度升 高，或氣溫變化，使工作芯片產(chǎn)生較大的溫飄，大大影響了測(cè)量精度。通過(guò)測(cè) 試環(huán)境溫度，能夠?qū)ο到y(tǒng)工作環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的溫飄進(jìn)行校正，提高系統(tǒng)的 準(zhǔn)確度，保證24位模數(shù)轉(zhuǎn)換高分辨性能的發(fā)揮，提高測(cè)試的可靠度。
參照?qǐng)D5，本實(shí)施例模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1包括A/D轉(zhuǎn)換芯片Ul，芯片Ul選用 24位高精度、寬動(dòng)態(tài)特性的A-5:型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211。芯片U1具有四組差 動(dòng)輸入端，差分輸入方式可以減小共模干擾，可以直接與傳感器或微小的電壓 信號(hào)相連，配合多路模擬開(kāi)關(guān)很適合具有多通道多測(cè)量參數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211 AVDD接VCC5V， AGDN接模擬地，AVDD與AGND之間通過(guò)IOHF 電容與104電容并聯(lián)去耦，提高抗干擾能力;模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211 DVDD接VCC5V， DGND接數(shù)字地，DVDD與DGND之間通過(guò)104電容去耦；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211 AIN1P、 AIN2P、 AIN3P分別用來(lái)接入三個(gè)八路模擬開(kāi)關(guān)的輸出，AIN1N、 AIN2N、 AIN3N 均接模擬地，實(shí)現(xiàn)對(duì)八個(gè)通道電壓、電流和內(nèi)阻交流壓降經(jīng)轉(zhuǎn)換的直流電壓的
11輸入；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211第四組差分輸出端AIN4P和AIN4N未用，均接模擬 地；REFIN接基準(zhǔn)電壓源U2的輸出端Vout; XIN、 X0UT接入10M晶振，并分別 通過(guò)12pF電容接數(shù)字地；^^接VCC5V， M0DE、 5端均接數(shù)字地；^ 、 SD0UT、 SDIN、 SCLK分別接單片機(jī)的P2. 3、 P2. 4、 P2. 5、 P2. 7。
參照附圖6，本實(shí)施例內(nèi)阻測(cè)試模塊6設(shè)有八個(gè)通道，以第一通道為例進(jìn)行 說(shuō)明，包括依次連接的RC振蕩電路6-1-1、濾波電路16-2-1、恒流源電路6-3-1、 交流放大電路6-4-1、濾波電路II6-5-l和真有效值測(cè)量電路6-6-1; RC振蕩電 路6-1-1、濾波電路16-2-1、恒流源電路6-3-1、交流放大電路6-4-1、濾波電 路II6-5-l和真有效值測(cè)量電路6-6-1均從現(xiàn)有同類電路中選用；RC振蕩電路 6-卜l用來(lái)產(chǎn)生交流信號(hào)源，頻率約為lkHz， Ull的2腳和6腳之間接入負(fù)反饋 電阻，由R109和Rwl01組成，R109兩端反向并聯(lián)兩個(gè)二極管進(jìn)行限幅，Rwl01 調(diào)節(jié)輸出正弦波交流信號(hào)的幅值，2腳通過(guò)R107接地，3腳通過(guò)R106和C104 并聯(lián)接地，3腳與6腳之間通過(guò)R108和C105連接，引入正反饋，其6腳輸出接 到濾波電路6-2-1電阻R110 —端；濾波電路I 6-2-1用于濾除RC振蕩電路產(chǎn)生 的正弦波中的多次諧波，矯正失真，得到較好正弦波信號(hào)，其輸出接入恒流源 電路6-3-1;恒流源電路6-3-1包括集成運(yùn)算放大器U13、 U14，電阻R108-R111 分別與電阻Rwl03-Rw106配合，作為增益調(diào)節(jié)電阻，通過(guò)可變電阻的調(diào)節(jié)可確 保電路的穩(wěn)定可靠；電阻R112采用精密電阻，保證電流輸出的恒定；恒流源電 路6-3-1電流輸出接到連接待測(cè)電池的模擬回路連接端，從電壓檢測(cè)端引出交 流壓降，通過(guò)耦合電容接入交流放大電路6-4-1進(jìn)行適當(dāng)放大，經(jīng)放大后通過(guò) 濾波電路II6-5-l去噪，然后通過(guò)耦合電容C124接入真有效值測(cè)量電路6-6-1， 即真有效值測(cè)量芯片U16;芯片U16選用精密真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器AD736;精密真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器芯片AD736的Cc端通過(guò)1(￥輸入耦合電容接地，+Vs 和-Vs端分別接VCC12V和VEE12V，并通過(guò)旁路電容接地；Cav通過(guò)33l^F平均電 容接VEE12V，該電容不可缺少，決定輸入信號(hào)是否被轉(zhuǎn)換和建立時(shí)間；Cf通過(guò) IOPF電容接輸出端，與內(nèi)部電路構(gòu)成低通濾波器，濾除平均電容沒(méi)有濾除的輸 出紋波。
充放電電路與己有技術(shù)相同，不同的是電池連接模擬回路的3、 4端引線到 一單刀單擲型繼電器的2、 3端，用來(lái)控制充放電時(shí)恒流源電流的接入點(diǎn)。電池 連接的1、 2端引線用來(lái)測(cè)量電池兩端電壓和交流壓降。在繼電器KIOO的管腳4 處接入VCC7.5V電源，并通過(guò)電容C103接地，作為VCC7.5V的旁路電容，避免 在充電過(guò)程中測(cè)量電池內(nèi)阻時(shí)7. 5V電源模塊內(nèi)阻的影響。在壓敏電阻F100與 場(chǎng)效應(yīng)管QIOO漏極間接有電感LIOO，阻止交流信號(hào)流經(jīng)該支路，避免交流信號(hào) 對(duì)充放電電流測(cè)量的影響，同時(shí)避免本支路對(duì)電池內(nèi)阻的影響。這種處理方式 實(shí)現(xiàn)在充放電過(guò)程中對(duì)電池內(nèi)阻的有效準(zhǔn)確測(cè)量，且不影響電池電壓和充放電 電流的測(cè)量；兩繼電器K100和K101采用相同的控制信號(hào)控制，保證恒流源同 步準(zhǔn)確接入；如果需要在充放電過(guò)程中同時(shí)測(cè)量?jī)?nèi)阻，則當(dāng)繼電器K100的3、 6 端分別打在2、 7端時(shí)，繼電器K101的1端打在2端上，當(dāng)繼電器K100的3、 6 端分別打在4、 5端，繼電器K101的1端打在3端上；如果需要單獨(dú)測(cè)量電池 內(nèi)阻，只需通過(guò)上位機(jī)設(shè)定即可；如果只進(jìn)行充放電測(cè)試，只需關(guān)閉內(nèi)阻測(cè)試 功能開(kāi)關(guān)即可。
本實(shí)施例單片機(jī)工作流程如下(參照?qǐng)D7): (1)系統(tǒng)上電開(kāi)始101后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置102，設(shè)置狀態(tài)初值， 初始化串口，檢測(cè)各通道指示燈是否正常，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)和滿度校準(zhǔn)，測(cè)量初始溫度值賦給全局變量TValue等；初始化完畢，等待控制命令；
(2) 監(jiān)聽(tīng)有無(wú)中斷3，如果有，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序105;如果沒(méi)有，則進(jìn) 入主程序；
(3) 進(jìn)入主程序，設(shè)置一個(gè)數(shù)組DAdata[8]，用于保存8個(gè)通道的控制值。 進(jìn)入采樣保持刷新程序104，設(shè)置循環(huán)變量1=0，啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換107，刷新通道 i的采樣保持器保持的控制值；
(4) i自增1，判斷i是否大于7，如果不大于，循環(huán)執(zhí)行107，如果大于7， 則返回主程序執(zhí)行103;
(5) 如果有串口中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序105，接收上位機(jī)命令lll，存 入命令數(shù)組，判斷命令是否接收完畢U2，沒(méi)有接收完則返回等待串口中斷繼續(xù) 接收。接收完畢，則判斷接收的命令是數(shù)據(jù)采集113還是控制命令133;如果是 數(shù)據(jù)采集命令113，則進(jìn)入數(shù)據(jù)采集程序；如果是控制命令133，則設(shè)置或變更 相應(yīng)通道的工作狀態(tài)；如果既不是數(shù)據(jù)采集命令也不是控制命令，則接收命令 有誤，丟棄137并返回主程序；
(6) 如果是數(shù)據(jù)采集命令，設(shè)置變量CHi為0，選擇采樣通道CHi，判斷CHi 是小于等于3還是大于3，若小于等于3則執(zhí)行117，啟動(dòng)A/D通道1進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 若大于3，則啟動(dòng)A/D通道2進(jìn)行轉(zhuǎn)換118。 CHi自增l，判斷是否大于7，若不 大于7則循環(huán)執(zhí)行115-119，若大于7則進(jìn)行一次采樣保持刷新程序104，保證 控制變量的準(zhǔn)確可靠，避免采樣保持電容放電使控制變量減?。?br> (7) 采樣保持刷新程序104執(zhí)行后，判斷是否要測(cè)內(nèi)阻121，若不需要測(cè)內(nèi) 阻則轉(zhuǎn)入下一次采樣保持刷新程序，若需要測(cè)內(nèi)阻則設(shè)置變量CHi-O，選擇測(cè)量 通道CHi，啟動(dòng)A/D通道3進(jìn)行轉(zhuǎn)換124，判斷是否大于7，若不大于7則循環(huán)
14執(zhí)行123-125，若大于7則進(jìn)行一次采樣保持刷新程序104;
(8) 采樣保持刷新程序104執(zhí)行后，判斷是否要測(cè)溫127，若不需要?jiǎng)t讀入 上一次溫度值的溫漂校準(zhǔn)系數(shù)130，若要進(jìn)行測(cè)溫則啟動(dòng)測(cè)溫128，刷新溫度值 29，變量Tvalue保存新的溫度值，然后讀入溫漂校準(zhǔn)系數(shù)130;
(9) 讀入校準(zhǔn)系數(shù)后，校準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果131，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī)132， 將校準(zhǔn)結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)。返回主程序；
(10) 如果是控制命令133，刷新各通道的工作狀態(tài)，設(shè)置通道反饋狀態(tài)134， 通過(guò)移位邏輯控制電路實(shí)現(xiàn)各通道反饋狀態(tài)的設(shè)置或變更；設(shè)置通道控制變量 135，改變數(shù)組DAdata[8]的值；設(shè)置通道的充放電狀態(tài)136，通過(guò)移位邏輯控 制電路實(shí)現(xiàn)各通道充放電狀態(tài)的設(shè)置或變更；設(shè)置結(jié)束后，返回主程序。
權(quán)利要求
1、一種二次電池測(cè)試系統(tǒng)，包括單片機(jī)控制模塊、測(cè)試狀態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、充放電模塊，其特征在于，還設(shè)有環(huán)境溫度測(cè)量模塊，所述單片機(jī)控制模塊輸出端與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸入端連接，單片機(jī)控制模塊并與數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線雙向連接，還與環(huán)境溫度測(cè)量模塊雙向連接；所述基準(zhǔn)電壓模塊輸出端分別與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸入端和數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接，測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸出端與充放電模塊輸入端連接，充放電模塊輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)有內(nèi)阻測(cè) 試模塊，所述內(nèi)阻測(cè)試模塊輸入端與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸出端連接，內(nèi)阻測(cè)試 模塊輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)控 制模塊由單片機(jī)電路、看門(mén)狗電路和串口通信電路組成；所述測(cè)試狀態(tài)控制模 塊由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、緩沖電路、采樣保持電路、開(kāi)環(huán)比較電路和移位邏輯控制 電路組成；所述數(shù)據(jù)采集模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和多路模擬幵關(guān)電路組成；所述 基準(zhǔn)電壓模塊由基準(zhǔn)電壓源電路組成；所述充放電模塊由充放電電路、過(guò)壓過(guò) 流保護(hù)電路和電壓電流測(cè)量電路組成；所述內(nèi)阻測(cè)試模塊由RC振蕩電路、濾波電路I、恒流源電路、交流放大電路、濾波電路n和真有效值測(cè)量電路組成；所述環(huán)境溫度測(cè)量模塊由測(cè)溫電路組成；所述看門(mén)狗電路、串口通信電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、移位邏輯控制電路、模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路、多路模擬開(kāi)關(guān)電路、測(cè)溫電路均與單片機(jī)電路連接；所述緩沖電 路與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和采樣保持器連接；采樣保持電路與對(duì)應(yīng)通道的開(kāi)環(huán)比較電 路連接；開(kāi)環(huán)比較電路與充放電電路連接；所述基準(zhǔn)電壓源電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路連接；所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路和電壓電流測(cè)量電路與充放電 電路連接；所述濾波電路I和RC振蕩電路連接，所述恒流源電路與濾波電路I連接，所述交流放大電路與濾波電路n連接，所述濾波電路II與真有效值測(cè)量電路連接，所述真有效值測(cè)量電路與多路模擬開(kāi)關(guān)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路包括A/D轉(zhuǎn)換芯片Ul, A/D轉(zhuǎn)換芯片Ul為24位高精度、寬動(dòng)態(tài)特性的A-2型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211;模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211的AVDD管腳接+5V模擬電源， AGND管腳接模擬地，AVDD管腳通過(guò)電容與104電容并聯(lián)與AGND管腳連接； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211的DVDD管腳接+5V數(shù)字電源，DGND管腳接數(shù)字地，DVDD管 腳通過(guò)104電容與DGND管腳連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1211的AIN1P、 AIN2P、 A頂3P 管腳均與多路模擬開(kāi)頭電路的輸出連接，AIN1N、 AIN2N、 AIN3N、 AIN4P、 AIN4N 管腳均接模擬地；XIN、 X0UT管腳接入10M晶振，分別通過(guò)12pF電容接數(shù)字地； ^^管腳接+5V數(shù)字電源，M0DE、 5管腳均接數(shù)字地；^ 、 SD0UT、 SDIN、 SCLK管腳分別接單片機(jī)的1/0接口 P2. 3、 P2.4、 P2. 5、 P2. 7管腳。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的二次電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)溫 電路包括芯片U3，芯片U3為單總線器件數(shù)字溫度計(jì)DS18B20;芯片U3管腳1 接VCC5V，管腳3接地，DQ管腳接入單片機(jī)的P0.7管腳并通過(guò)4.7K上拉電阻 連接+5V模擬電源。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的二次電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述充放 電電路中，用來(lái)連接待測(cè)電池的四腳接線端子的3、 4端引線接到用于控制充放 電時(shí)恒流源電流接入點(diǎn)的單刀單擲型繼電器的2、 3管腳，四腳接線端子的l、 2 端引線用來(lái)測(cè)量電池兩端電壓和交流壓降；7.5V充電電源通過(guò)電容C103接地， 充放電回路中壓敏電阻與場(chǎng)效管漏極間接有電感。
全文摘要
一種二次電池測(cè)試系統(tǒng)，其包括單片機(jī)控制模塊、測(cè)試狀態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、充放電模塊、內(nèi)阻測(cè)試模塊和環(huán)境溫度測(cè)量模塊；單片機(jī)控制模塊輸出端與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸入端連接，單片機(jī)控制模塊并與數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線雙向連接，還與環(huán)境溫度測(cè)量模塊雙向連接；基準(zhǔn)電壓模塊輸出端分別與測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸入端和數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接，測(cè)試狀態(tài)控制模塊輸出端分別與充放電模塊輸入端和內(nèi)阻測(cè)試模塊輸入端連接，充放電模塊輸出端和內(nèi)阻測(cè)試模塊輸出端分別與數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接。本發(fā)明可顯著提高電池檢測(cè)準(zhǔn)確度和精確度，工作穩(wěn)定可靠；具有內(nèi)阻測(cè)試功能，可監(jiān)測(cè)二次電池充放電過(guò)程中內(nèi)阻變化，并為二次電池分選匹配提供內(nèi)阻參數(shù)。
文檔編號(hào)G01R1/00GK101587172SQ20091004371
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者申瑞杰, 肖明輝, 陳儒軍, 黃哲遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中南大學(xué)