專(zhuān)利名稱(chēng)：智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、精確的應(yīng)用于電池循環(huán)充放電測(cè)試的裝置，可
對(duì)鉛酸蓄電池、鋰電池、鎳氫電池等二次電池進(jìn)行恒電流、恒電壓、恒電阻、恒功率等多種模
式的自動(dòng)循環(huán)充放電測(cè)試。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展，可以方便的實(shí)現(xiàn)多路(最多到4路) 測(cè)量，進(jìn)行多個(gè)電池同時(shí)進(jìn)行循環(huán)充放電測(cè)試。
二背景技術(shù)：
二次電池(可充電電池)自發(fā)明以來(lái)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其種類(lèi)也是多種多樣，按 其化學(xué)類(lèi)型主要可以分為鉛酸(Lead-Acid)、鎳鎘(NiCd)、鎳氫(NiMH)和鋰離子(Li+)電池 這幾大類(lèi)。二次電池相比于一次電池具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此越來(lái)越多地被應(yīng)用在能源 儲(chǔ)備、計(jì)算機(jī)、電子通訊、動(dòng)力設(shè)備等領(lǐng)域。隨著二次電池開(kāi)發(fā)研究的深入和應(yīng)用領(lǐng)域的不 斷拓廣，二次電池性能參數(shù)的測(cè)試顯得十分重要。在各種二次電池性能參數(shù)當(dāng)中循環(huán)壽命、 放電容量、充放電效率、放電倍率性能等充放電特征參數(shù)都可以通過(guò)循環(huán)充放電測(cè)試獲得， 是評(píng)價(jià)電池性能重要指標(biāo)。 在二次電池的測(cè)試中，最常見(jiàn)的就是循環(huán)充放電測(cè)試，充放電特性可以反映電池 在實(shí)際應(yīng)用中的性能差異，充放電模式主要可以分為恒流、恒壓、恒阻和恒功率充放電。 電池在不同模式下進(jìn)行充放電測(cè)試對(duì)電池的容量也有較大的影響，同時(shí)也可以反映出電池 的不同特性。目前市場(chǎng)上有很多種電池測(cè)試系統(tǒng)，如Arbin公司的16通道電池測(cè)試系統(tǒng)、 Hioki公司生產(chǎn)的手持式測(cè)量?jī)x、Keithley Instruments公司的可編程電池仿真器等都能 完成電池性能的測(cè)試，但其價(jià)格都非常昂貴，使用和維護(hù)費(fèi)用也很高，限制了它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室 研究電池方面的應(yīng)用。國(guó)內(nèi) 一些電池測(cè)試儀器主要用于檢測(cè)電池的當(dāng)前狀態(tài)，存在功能單 一、測(cè)試精度不高、穩(wěn)定性不好等缺點(diǎn)。如中國(guó)專(zhuān)利CN200520060665. 8所公開(kāi)的一種數(shù)字 式蓄電池檢測(cè)儀，包括蓄電池、電源等，還包含微處理電路、脈沖電路、采樣放大電路、A/D轉(zhuǎn) 換電路、顯示和鍵盤(pán)。通過(guò)微處理電路控制脈沖電路發(fā)送脈沖信號(hào)，發(fā)送至蓄電池，采樣放 大電路對(duì)交流信號(hào)放大處理，讀取蓄電池上交流電壓值，輸出至微處理電路，最后顯示數(shù)據(jù) 并自動(dòng)判斷蓄電池當(dāng)前狀況，同時(shí)也能測(cè)試汽車(chē)蓄電池啟動(dòng)能力。專(zhuān)用的電池循環(huán)充放電 測(cè)試儀器的缺乏，迫使國(guó)內(nèi)大量研究人員使用電化學(xué)工作站對(duì)電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)，造成 了專(zhuān)業(yè)儀器設(shè)備的低效率使用。尋求價(jià)格適中而又準(zhǔn)確的電池循環(huán)充放電測(cè)試儀器無(wú)疑是 目前研究的目標(biāo)。鑒于所存在的這些問(wèn)題，本發(fā)明研制了一種新型的電池自動(dòng)充放電測(cè)試 裝置，可以很好地完成對(duì)二次電池主要性能參數(shù)的測(cè)試工作。
三
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種價(jià)格低廉、精度高、穩(wěn)定性好的的二次電池自 動(dòng)充放電測(cè)試裝置，該裝置可對(duì)二次電池的主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，性能安全可靠，具有廣泛的 應(yīng)用前景。 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)的
智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括電源模塊、電子負(fù)載、 采集控制模塊、PC機(jī)、充放電模塊五部分， 其中電源模塊的輸出連接電子負(fù)載(IT8511直流電子負(fù)載)和充放電模塊，待測(cè) 電池經(jīng)充放電模塊與電子負(fù)載連接；采集控制模塊的信號(hào)采集端接待測(cè)電池，控制端連接 充放電模塊，采集控制模塊并通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與PC聯(lián)機(jī)連接，由PC機(jī)對(duì)采集控制模塊實(shí)現(xiàn) 控制，并采集記錄相應(yīng)采樣數(shù)據(jù)。 采集控制模塊主要包括(USB2. O-Verl. 0)A/D轉(zhuǎn)換電壓采集板、二極管和三極管， 充放電模塊主要由電磁繼電器矩陣組成，電壓采集板電壓采集端CH1與GND端分別與待測(cè) 電池正、負(fù)極相連，采集電池端電壓V， I/O控制輸出端D01串聯(lián)二極管Dl和電阻Rl后再接 三極管Tl的b極，三極管Tl的e極接地，c極連接電磁繼電器矩陣中各電磁繼電器線圈的 負(fù)端，各電磁繼電器線圈的正端連接電源模塊的輸出端，電壓采集板與PC機(jī)之間通過(guò)USB 數(shù)據(jù)線進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)反饋電池端電壓V; 充放電模塊通過(guò)繼電器的切換達(dá)到改變電路工作狀態(tài)的目的。繼電器為 DS2Y-S-DC5V型電磁繼電器，繼電器矩陣通過(guò)對(duì)采集控制模塊的信號(hào)響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)充電和放 電子電路的切換。通過(guò)電磁線圈中電流的改變來(lái)切換電路。當(dāng)線圈中無(wú)電流通過(guò)時(shí)，常閉端 閉合，常開(kāi)端斷開(kāi)，當(dāng)有一定大小電流(100mA)通過(guò)時(shí)常閉端斷開(kāi)，常開(kāi)端閉合。繼電器組 的線圈端相互并聯(lián)，并且正端和電源模塊輸出端連接，負(fù)端與三極管T1的c極相連。通過(guò) 繼電器矩陣將電子負(fù)載、電源模塊和待測(cè)電池相連接，達(dá)到對(duì)待測(cè)電池充電和放電的目的。
電磁繼電器矩陣包括兩個(gè)電磁繼電器，兩個(gè)電磁繼電器并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)繼電器矩 陣。如需要多組測(cè)量則需要增加電磁繼電器的組數(shù)，并按照并行的方式進(jìn)行連接即可。
采集控制模塊的電壓采集板有四路采集輸入端CH1 CH4，采集控制模塊的電壓 采集板有設(shè)有四路采集輸入端，如CH1 CH4，可分別采集四組待測(cè)電池信號(hào)，繼電器矩陣 對(duì)應(yīng)設(shè)有四組繼電器(每?jī)芍粸橐唤M)，待測(cè)電池分別經(jīng)一組繼電器與各自的電子負(fù)載連。
并且測(cè)試時(shí)待測(cè)電池和電子負(fù)載始終串聯(lián)，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多路電池同時(shí)進(jìn)行測(cè) 量，只需將多個(gè)待測(cè)電池分別接采集板的多個(gè)采集端，通過(guò)增加繼電器矩陣來(lái)分別對(duì)各個(gè) 測(cè)量子電路進(jìn)行切換，PC機(jī)用USB數(shù)據(jù)線采集不同待測(cè)電池的端電壓即可實(shí)現(xiàn)。
電源模塊包括變壓器、整流橋、濾波電容和三端穩(wěn)壓管組成，穩(wěn)壓管腳1為輸入， 腳2為輸出(+5V)，腳3接地，腳2分別連接電磁繼電器矩陣中各電磁繼電器線圈的正端和 電子負(fù)載的正端。 一方面為二次電池充電時(shí)提供充電電源，另外一方面作為繼電器線圈的 驅(qū)動(dòng)電源。電源模塊通過(guò)IT8511直流電子負(fù)載與待測(cè)電池連接。電子負(fù)載用于改變電路 的工作模式(恒流、恒阻、恒功率)，如在恒流充放電模式下時(shí)，保證在對(duì)電池進(jìn)行充電/放 電過(guò)程中電路中電流恒定。該型號(hào)直流電子負(fù)載額定輸入電壓為0 120V，額定輸入電流 0 30A，額定輸入功率為0 150W，還可以選用該系列其他型號(hào)的電子負(fù)載以滿(mǎn)足不同要 求。 PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線讀取采集板采集的電池端電壓V，并與Labview程序預(yù)先設(shè)
定的電壓閾值進(jìn)行比較，以控制采集板1/0端輸出電位達(dá)到充電和放電的切換。 電路在工作時(shí)，先調(diào)節(jié)電子負(fù)載設(shè)定電路工作模式，在Labview程序中設(shè)定參數(shù)，
采集控制模塊通過(guò)采集二次電池端電壓，并與Labview程序預(yù)先設(shè)定的電壓閾值比較，再
通過(guò)i/o端給出控制信號(hào)來(lái)控制繼電器，達(dá)到充電和放電電路的切換功能，在電池充放電
4的過(guò)程中，PC機(jī)將自動(dòng)記錄電池端電壓并作圖(V-t曲線)，得到電池充放電特性曲線。另 外，在Labview程序?qū)υ捒騼?nèi)還可以設(shè)定電壓采樣精度，以滿(mǎn)足不同的測(cè)試需要。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明的智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置可以測(cè)電池充放電過(guò)程中的電池端電 壓，并通過(guò)電子負(fù)載讀取或隨時(shí)調(diào)控充放電電流I，進(jìn)而得出待測(cè)電池的充放電特性曲線、 庫(kù)侖效率、0CV(開(kāi)路電壓)、電池內(nèi)阻、循環(huán)壽命等重要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄、作 圖，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)功能，減少人工干預(yù)，降低了運(yùn)行成本，安全可靠并通過(guò)USB電壓采集板 與PC聯(lián)機(jī)，使用Labview程序，通過(guò)電壓采集板輸出信號(hào)來(lái)控制繼電器矩陣以改變切換放 電電路和充電電路，智能化、穩(wěn)定可靠且效率高。電源模塊和其他模塊集成在一起，方便組 裝的同時(shí)也節(jié)省了空間。該測(cè)試裝置具有在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的前景，可廣泛用在對(duì)二次電池測(cè) 試研究領(lǐng)域。 本裝置也可用于超級(jí)電容器的測(cè)試，通過(guò)并行設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)多通道測(cè)試，拓展空 間大，功能多樣化，免維護(hù)，減少人工干預(yù)，可節(jié)約大量時(shí)間，電壓采樣精度高，結(jié)果準(zhǔn)確可 靠，大大減少了測(cè)量誤差。
四

圖l為本發(fā)明的原理框圖。 圖2為本發(fā)明的電源理圖。 圖3為采集控制模塊的工作流程圖。 圖4為采集控制模塊的原理框圖。 圖5為測(cè)得電池恒流充放電圖形。
五具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本裝置作進(jìn)一步說(shuō)明。
參照?qǐng)D1 : 按照其功能和作用，該系統(tǒng)電路主要由電源模塊、IT8511直流電子負(fù)載、采集控制 模塊、充放電模塊、PC機(jī)五部分組成。其中電源模塊作為待測(cè)電池的充電電源并為充放電 模塊提供驅(qū)動(dòng)電源。電子負(fù)載則用以改變電池充放電模式，采集控制模塊主要包括USB A/ D轉(zhuǎn)換電壓采集板、二極管、三極管，通過(guò)USB電壓采集板采集電池端電壓，采集板I/O控制 輸出端輸出控制信號(hào)來(lái)控制充放電模塊，并使用USB數(shù)據(jù)線與PC機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄數(shù) 據(jù)、作圖等功能，充放電模塊主要由繼電器矩陣構(gòu)成。充放電模塊與待測(cè)電池相連接，通過(guò) 繼電器響應(yīng)信號(hào)來(lái)切換充電電路和放電電路。
參照?qǐng)D2: 圖中a為電源模塊，通過(guò)變壓器Ul將220v交流電變?yōu)?v交流電，經(jīng)過(guò)整流橋U2 整流、電容濾波、三端穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后輸出DC+5v，連接充放電模塊里繼電器線包和采集控制 模塊的三極管Tl的c端，讓其工作在放大區(qū)，通過(guò)三極管的導(dǎo)通截止?fàn)顟B(tài)來(lái)控制繼電器線 包，進(jìn)而控制充放電模塊，其中電容C1、 C2、 C3、 C4為濾波電容，穩(wěn)壓管l腳輸入，2腳輸出 +5乂，3腳接地。電源模塊通過(guò)IT8511直流電子負(fù)載與待測(cè)電池C0連接。在充放電過(guò)程中， 電子負(fù)載有三種不同工作模式，可保持外電路電流恒定(電阻恒定或功率恒定)，可以通過(guò)設(shè)置電子負(fù)載的不同工作模式來(lái)實(shí)現(xiàn)電池的恒流、恒阻、恒功率充放實(shí)驗(yàn)，以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室對(duì) 電池不同狀態(tài)下的性能指標(biāo)的測(cè)試，在充放電過(guò)程中需要保證電路中電流方向從電子負(fù)載 正端流進(jìn)，負(fù)端流出。 b為采集控制模塊，主要由電壓采集板(型號(hào)SB2. 0-Verl. 0)組成。采集板輸出 端與三極管T1的b極之間串聯(lián)一只電阻Rl，另加一只二極管Dl防止電流倒灌，破壞電壓 采集設(shè)備。采集板輸入端通過(guò)采集電池/電容器兩端電壓后輸出高低電平響應(yīng)信號(hào)，使用 Labview編程，控制USB電壓采集板，并設(shè)置閾值電壓Vmin和Vmax，并比較采集的電池端電壓 與閾值電壓，從而在三極管b極給出高低電平控制信號(hào)，通過(guò)三極管將基極電流放大來(lái)控 制繼電器線圈的響應(yīng)。當(dāng)電池兩端電壓V。小于所設(shè)置的電壓下限Vmin時(shí)，采集板輸出低電平 信號(hào)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器不響應(yīng)，電源對(duì)電池進(jìn)行充電，相反，當(dāng)電池兩端電壓Vc 大于所設(shè)置的電壓上限Vmax時(shí)，采集板輸出高電平信號(hào)時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器響應(yīng)吸合，電 池開(kāi)始放電，如此循環(huán)工作。在電池充放電的過(guò)程中，電壓采集板采集電池端電壓并自動(dòng)記 錄數(shù)據(jù)、作圖，達(dá)到自動(dòng)采集、響應(yīng)、記錄的自動(dòng)充放電功能。 c為充放電模塊，主要由繼電器矩陣組成。繼電器(DS2Y-S-DC5V型)起了充電/ 放電電路自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)的作用，默認(rèn)狀態(tài)為常閉狀態(tài)，即采集板輸出端給出低電平信號(hào)時(shí)， 電池處于充電狀態(tài)，當(dāng)采集板輸出端給出高電平信號(hào)時(shí)，繼電器吸合，響應(yīng)電流約為100mA, 常閉端斷開(kāi)，常開(kāi)端閉合，切換至放電電路，電池處于放電狀態(tài)。繼電器矩陣一般設(shè)置四組 并聯(lián)的繼電器，對(duì)應(yīng)四個(gè)電子負(fù)載，分別控制四個(gè)待測(cè)電池的充放電，并由采集控制模塊的 四個(gè)I/O控制輸出端輸分別控制。 兩個(gè)電磁繼電器為一組，兩個(gè)電磁繼電器正端與正端、負(fù)端與負(fù)端相并聯(lián)，構(gòu)成一 個(gè)繼電器矩陣，并由該矩陣控制一組待測(cè)電池進(jìn)行充放電測(cè)試，要實(shí)現(xiàn)多路測(cè)量時(shí)則需要 有多路繼電器矩陣，每個(gè)矩陣對(duì)應(yīng)于一組待測(cè)電池，電池端電壓則由采集控制模塊不同的 采集端CHI CH4采集，經(jīng)不同的I/O控制輸出端D01 D04分別加以控制。具體連接方 式如下 電源+5V輸出接繼電器矩陣(1 4)正端，電壓采集板電壓采集端CHI CH4分 別接待測(cè)電池1 4的正極，電壓采集板控制輸出端D01 D04分別串聯(lián)二極管Dl D4， 電阻Rl R4后分別接三極管Tl T4的b極，各三極管的c極分別接電磁繼電器線圈負(fù) 端。各待測(cè)電池負(fù)極和采集板GND端連接，對(duì)于每一組待測(cè)電池而言，均有一電子負(fù)載來(lái)保 證電路的工作模式，如在恒流充放電模式下保證電路中電流恒定。圖2中只有一組繼電器 矩陣，可用來(lái)測(cè)試一組待測(cè)電池。(對(duì)于多組情況四個(gè)繼電器矩陣、四個(gè)三極管Tl T4， 四個(gè)控制輸出端DOl D04，四個(gè)二極管D1 D4，四個(gè)電子負(fù)載的圖中未畫(huà)出。)
參照?qǐng)D3: PC機(jī)上控制電壓采集板的Labview程序工作流程如下 在手動(dòng)設(shè)置好電子負(fù)載的工作模式后，開(kāi)始l，再選擇兩種工作模式，即先充后放 2和先放后充2'。對(duì)先充后放而言，先對(duì)電池充電3，采集電池端電壓V與預(yù)先設(shè)定的電池 充電電壓上限Vmax進(jìn)行比較4，若電池端電壓高于Vmax則切換電路，電池放電5，反之則電 池繼續(xù)充電3，電池在放電過(guò)程則比較V與Vmin大小6，若V低于Vmin則切換電路，電池進(jìn) 入充電3，反之則繼續(xù)放電5，直至結(jié)束測(cè)試7 ;而對(duì)先放后充來(lái)說(shuō)，電池先處于放電狀態(tài)3'， 比較V與Vmin 4'，若V小于Vmin則進(jìn)行充電5'，反之則繼續(xù)放電3'，電池在充電過(guò)程中則比較V與Vmax大小6'，如果V大于Vmax則電池放電3'，如果V小于Vmax則繼續(xù)充電5'，
直到結(jié)束測(cè)試7'。 參照?qǐng)D4: 數(shù)據(jù)采集板各個(gè)模塊工作原理如下 上位機(jī)采集卡的指令發(fā)出者，所有指令均由上位機(jī)發(fā)送，然后采集卡接收后按指 令動(dòng)作，并將動(dòng)作的結(jié)果上傳回PC機(jī)(即為圖1中的PC，以下同)，利用PC機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算 功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； USB接口 現(xiàn)代通信系統(tǒng)中非常普遍而且通用的即插即用的一種總線形式；幾乎 所有計(jì)算機(jī)及便攜設(shè)備中均具備的接口 ，使用方便，接口小巧，在通信的同時(shí)提供了設(shè)備使 用的電源； USB控制器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸管理； CPU中央處理器核心負(fù)責(zé)管理所有外設(shè)，數(shù)據(jù)的處理分析；以及將數(shù)據(jù)在各外設(shè) 間進(jìn)行傳輸協(xié)調(diào)； A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊上位機(jī)通過(guò)USB總線發(fā)送過(guò)來(lái)的指令數(shù)據(jù)，經(jīng)由USB控制器 傳送到CPU中央處理器后，中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，判斷上位機(jī)的指令的意義以及動(dòng)作 的參數(shù)，并將參數(shù)值轉(zhuǎn)發(fā)給A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器按指令里面指定的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 (以參考源為參考)，并將采集最初的二進(jìn)制的碼傳輸給CPU, CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼以后，重新 打包發(fā)送給USB控制器，指控制其將數(shù)據(jù)回傳給PC機(jī)，PC機(jī)接收到信息再作相應(yīng)分析；
D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊PC機(jī)通過(guò)USB總線發(fā)送過(guò)來(lái)的指令數(shù)據(jù)，經(jīng)由USB控制器傳 送到CPU中央處理器后，中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，判斷PC機(jī)的指令的意義以及動(dòng)作的參 數(shù)，并將參數(shù)值轉(zhuǎn)換成芯片識(shí)別的二進(jìn)制碼，轉(zhuǎn)發(fā)給D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器再按指令的二 進(jìn)制碼，參照參考源輸出電壓； DI數(shù)字輸入模塊PC機(jī)通過(guò)USB總線發(fā)送過(guò)來(lái)的指令數(shù)據(jù)，經(jīng)由USB控制器傳送 到CPU中央處理器后，中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，判斷PC機(jī)的指令的意義以及動(dòng)作的參數(shù)， 然后CPU并行一次性獲取8輸入DI上面的值，重新打包發(fā)送給USB控制器，指控制其將數(shù) 據(jù)回傳給PC機(jī)，PC機(jī)接收到信息再作相應(yīng)分析； DO數(shù)字輸出模塊PC機(jī)通過(guò)USB總線發(fā)送過(guò)來(lái)的指令數(shù)據(jù)，經(jīng)由USB控制器傳送 到CPU中央處理器后，中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，判斷PC機(jī)的指令的意義以及動(dòng)作的參數(shù)， 然后CPU并行一次性將8輸出DI值更新出去； P麗脈寬調(diào)制模塊PC機(jī)通過(guò)USB總線發(fā)送過(guò)來(lái)的指令數(shù)據(jù)，經(jīng)由USB控制器傳 送到CPU中央處理器后，中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，判斷PC機(jī)的指令的意義以及動(dòng)作的參 數(shù)，CPU將P麗的參數(shù)值(包括頻率，占空比，單邊沿還是雙邊沿等值更新到P麗的寄存器 里面)，P麗脈沖得以更新輸出； WDT看門(mén)狗模塊此模塊由CPU獨(dú)立操作，無(wú)須上位機(jī)干預(yù)，用以保障系統(tǒng)的安全
運(yùn)行；當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，此模塊能將系統(tǒng)重新復(fù)位到正常狀態(tài)。
參照?qǐng)D5: 該圖為L(zhǎng)abview主程序界面，對(duì)樣品電池進(jìn)行恒流充放電測(cè)試圖形，橫軸為充放 電時(shí)間，縱軸為電池電壓。在程序中可以設(shè)置電壓上下限、電壓采樣周期、循環(huán)次數(shù)、曲線樣 式等等參數(shù)，并且可以將記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin等軟件進(jìn)行進(jìn)一步處理。通過(guò)該恒流充放
7電圖形可以得到電池相關(guān)性能參數(shù)，如圖所示Vocv為電池開(kāi)路電壓，Vmax為設(shè)置的充電電壓上限，Vmin為設(shè)定的放電電壓下限，VI為放電起始電壓，t工為充電開(kāi)始時(shí)間，t2為充電終止時(shí)間，^為放電終止時(shí)間，有了這些參數(shù)就可以得到電池的內(nèi)阻r = (Vmax-Vl)/I，其中I(電流大小可以預(yù)先根據(jù)用戶(hù)要求通過(guò)電子負(fù)載進(jìn)行設(shè)定，在測(cè)試過(guò)程中也可進(jìn)行更改，其數(shù)值可以在IT8511電子負(fù)載的顯示屏中直接讀出，再通過(guò)將該電流大小代入計(jì)算公式，參與程序運(yùn)算，即可得到待測(cè)電池的相關(guān)參數(shù))為放電電流大??；電池的充電電量Qc和
放電電量Qd;電池的庫(kù)侖效率C五-^xl00Q/c^^xl00。/c^^fxl00。/。，以及電池循環(huán)
壽命等等一些表征電池性能的重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以隨時(shí)保存結(jié)果，如有突發(fā)情況還可以強(qiáng)制結(jié)束程序，使用簡(jiǎn)單方便，準(zhǔn)確度較高，安全可靠，非常適合實(shí)驗(yàn)室測(cè)試使用。 本發(fā)明也可以采用PC機(jī)通過(guò)COM端口與每個(gè)電子負(fù)載的COM 口連接，通過(guò)PC機(jī)
自動(dòng)設(shè)置各電子負(fù)載的參數(shù)，直接參與程序運(yùn)算。 本發(fā)明的實(shí)施效果 該系統(tǒng)也可以用于測(cè)試超級(jí)電容器，通過(guò)調(diào)節(jié)高精度電子負(fù)載的不同工作模式，可以得到電池在不同運(yùn)行狀態(tài)下的性能，結(jié)果準(zhǔn)確。通過(guò)程序控制，本裝置可與電腦相互聯(lián)機(jī)，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、記錄、作圖等功能(參考附圖5)，電路簡(jiǎn)單方便，功能多樣化，減少人工干預(yù)，免維護(hù)，可節(jié)約大量時(shí)間，與市場(chǎng)上銷(xiāo)售的大型電池測(cè)試系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)組成元器件常見(jiàn)易得，價(jià)格低廉，節(jié)約大量成本，并且安全可靠，非常適合于實(shí)驗(yàn)室用來(lái)對(duì)二次電池進(jìn)行測(cè)試研究。
權(quán)利要求
智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括電源模塊、電子負(fù)載、采集控制模塊、PC機(jī)、充放電模塊五部分；其中電源模塊的輸出連接電子負(fù)載和充放電模塊，待測(cè)電池經(jīng)充放電模塊與電子負(fù)載連接，采集控制模塊的信號(hào)采集端連接待測(cè)電池，控制端連接充放電模塊，采集控制模塊并通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與PC機(jī)聯(lián)機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置，其特征在于 所述采集控制模塊主要包括電壓采集板、二極管和三極管，充放電模塊主要由繼電器矩陣組成；其中電壓采集板的電壓采集端CH1與GND端分別與待測(cè)電池正、負(fù)極相連，I/O 控制輸出端D01串聯(lián)二極管Dl和電阻Rl后再接三極管Tl的b極，三極管Tl的e極接地， c極連接電磁繼電器矩陣的負(fù)端，繼電器線圈的正端連接電源模塊的輸出端，電壓采集板與 PC機(jī)之間通過(guò)USB數(shù)據(jù)線進(jìn)行通訊；所述電源模塊包括變壓器、整流橋、濾波電容和三端穩(wěn) 壓管組成，穩(wěn)壓管腳1為輸入，腳2為輸出，腳3接地，腳2分別連接繼電器矩陣的正端和電 子負(fù)載的正端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置，其特征在于所述電磁繼 電器矩陣包括兩個(gè)電磁繼電器，兩個(gè)電磁繼電器并聯(lián)，構(gòu)成一組繼電器矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置，其特征在于所述采集控 制模塊的電壓采集板有四路采集輸入端CH1 CH4，分別控制四組繼電器矩陣和電子負(fù)載， 各組繼電器矩陣按照并行方式連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置，其特征在于所 述PC機(jī)的COM端口與電子負(fù)載的COM 口連接，通過(guò)PC機(jī)自動(dòng)設(shè)置電子負(fù)載的參數(shù)，直接參 與程序運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明提供一種智能化電池循環(huán)充放電測(cè)試裝置，該裝置價(jià)格低廉、精度高、穩(wěn)定性好的二次電池自動(dòng)充放電測(cè)試裝置，該裝置可對(duì)二次電池的主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，性能安全可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。該裝置包括電源模塊、電子負(fù)載、采集控制模塊、PC機(jī)、充放電模塊五部分；其中電源模塊的輸出連接電子負(fù)載和充放電模塊，待測(cè)電池經(jīng)充放電模塊與電子負(fù)載連接，采集控制模塊的信號(hào)采集端連接待測(cè)電池，控制端連接充放電模塊，采集控制模塊并通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與PC機(jī)聯(lián)機(jī)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101769995SQ20101010111
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者沈臨江, 王新生, 袁丕方, 謝志春, 顧大偉 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)