本發(fā)明涉及電池性能檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及了一種鋰離子電池性能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

電子及化學(xué)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展使得鋰離子電池行業(yè)發(fā)展十分迅速。鋰離子的容量、性能參數(shù)是電源行業(yè)以及電子產(chǎn)品的更新的關(guān)鍵。鋰離子電池是一個(gè)高品質(zhì)要求、高安全性能的產(chǎn)品、使用者在使用時(shí)往往不清楚電池的性能，導(dǎo)致在使用時(shí)電池的效率往往達(dá)不到理想目標(biāo)，有時(shí)甚至盲目使用還會(huì)引起電池爆炸事件的發(fā)生，人生安全也會(huì)受到損傷，因此檢測(cè)電池的性能是至關(guān)重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中缺少對(duì)鋰電池性能進(jìn)行可靠檢測(cè)的系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提供了一種鋰離子電池性能檢測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明滿足了鋰電池模塊化和批量化的檢測(cè)需求，能同步實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程的遠(yuǎn)程控制。本發(fā)明采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想構(gòu)建了系統(tǒng)，包含上位機(jī)部分、以微控制器為核心的控制模塊、鋰電池的充放電控制模塊、信號(hào)采集模塊等。通過(guò)上位機(jī)的遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)恒壓充電、恒流充電、恒流放電、極限充電、極限放電等多種檢測(cè)方式。本系統(tǒng)可最多滿足8個(gè)相同模塊的鋰離子電池同時(shí)檢測(cè)。上位機(jī)完成鋰電池的參數(shù)配置后即可進(jìn)行對(duì)全過(guò)程的實(shí)時(shí)控制，當(dāng)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)進(jìn)行終止或暫停其進(jìn)程。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決：

一種鋰離子電池性能檢測(cè)系統(tǒng)，包括上位機(jī)和下位機(jī)，下位機(jī)包括微控制器、充放電控制模塊、信號(hào)采集模塊和鋰離子電池；上位機(jī)遠(yuǎn)程控制下位機(jī)，下位機(jī)控制和檢測(cè)鋰離子電池的充放電過(guò)程；微控制器接收上位機(jī)和信號(hào)采集模塊的數(shù)據(jù)，向上位機(jī)和充放電控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；充放電控制模塊接收微控制器數(shù)據(jù)并對(duì)鋰離子電池充放電過(guò)程進(jìn)行控制；信號(hào)采集模塊采集鋰離子電池參數(shù)并向微控制器發(fā)送參數(shù)數(shù)據(jù)；上位機(jī)和下位機(jī)組成pid閉環(huán)反饋控制回路，通過(guò)can總線進(jìn)行通信。采用pid閉環(huán)反饋控制，對(duì)電池進(jìn)行充放電管理，確保了充放電的精度和可靠性。上位機(jī)和下位機(jī)采用can總線進(jìn)行通信，可以擴(kuò)展到“一對(duì)多”的管理。

作為優(yōu)選，充放電控制模塊包括信號(hào)輸出電路、能量轉(zhuǎn)換電路和保護(hù)電路；其中，能量轉(zhuǎn)換電路包括pwm控制器；能量轉(zhuǎn)換電路根據(jù)來(lái)自微控制器的數(shù)據(jù)調(diào)制pwm信號(hào)，對(duì)鋰離子電池充放電過(guò)程進(jìn)行控制。信號(hào)輸出電路能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換電路完成了高低壓信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，保護(hù)電路保護(hù)下位機(jī)正常運(yùn)行。

作為優(yōu)選，信號(hào)采集模塊包括信號(hào)采樣和處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路和溫度測(cè)量電路；溫度測(cè)量電路包括8個(gè)并聯(lián)的數(shù)字型溫度傳感器，溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與微控制器連接。8個(gè)數(shù)字型溫度傳感器的三個(gè)端口分別連接電源、接地端和同一條數(shù)據(jù)線，該數(shù)據(jù)線直接連接到微控制器進(jìn)行測(cè)量，采用并聯(lián)方式能夠提高測(cè)量精度，也能同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)溫度，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)量功能。

作為優(yōu)選，保護(hù)電路包括過(guò)電壓檢測(cè)電路和過(guò)電流檢測(cè)電路；過(guò)電壓檢測(cè)電路包括運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器，輸入過(guò)電壓檢測(cè)電路的電壓通過(guò)比較器和比較器反相輸入端的參考電壓進(jìn)行比較，比較器將比較結(jié)果傳輸至微控制器；過(guò)電流檢測(cè)電路包括霍爾電流檢測(cè)芯片和跟隨電路，霍爾電流檢測(cè)芯片根據(jù)磁場(chǎng)感應(yīng)出線性電壓信號(hào)并通過(guò)跟隨電路傳輸至微控制器。

保護(hù)電路用于保護(hù)電路中的元器件在受到過(guò)壓、過(guò)流等情況下不受損壞，過(guò)電壓檢測(cè)電路原理是將測(cè)得的電壓值與參考電壓進(jìn)行比較，若超過(guò)參考電壓則發(fā)送信號(hào)給微控制器，由微控制器做出反應(yīng)，調(diào)整電壓。過(guò)電流檢測(cè)電路檢測(cè)電路電流，并將檢測(cè)值發(fā)送給微控制器，微控制器判定電流是否過(guò)大，并作出反應(yīng)調(diào)整電流大小?；魻栐鶕?jù)磁場(chǎng)感應(yīng)出一個(gè)線性的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的放大、濾波、斬波和修正電路，輸出電壓信號(hào)。

作為優(yōu)選，信號(hào)采樣與處理電路包括信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路前級(jí)為包括電容和電感的低通濾波電路，中間級(jí)為包括運(yùn)算放大器的差分放大電路，后級(jí)為包括運(yùn)算放大器的反相放大電路。電路前級(jí)除卻干擾信號(hào)，電路中間級(jí)和后級(jí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。

作為優(yōu)選，微控制器、信號(hào)采樣與處理電路由同一電源供電；控制器、信號(hào)采樣與處理電路和供電電源之間設(shè)有電源電路，電源電路包括兩個(gè)集成電源芯片，其中一個(gè)芯片與微控制器連接，另一個(gè)芯片與信號(hào)采樣與處理電路連接，兩個(gè)芯片并聯(lián)后與供電電源連接。本系統(tǒng)中電源采用開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓和微控制器工作電壓、信號(hào)采樣與處理電路工作電壓都不匹配，因此需要集成電源芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

作為優(yōu)選，上位機(jī)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)在顯示界面繪制電池充放電參數(shù)實(shí)時(shí)曲線；上位機(jī)分析鋰離子電池參數(shù)檢測(cè)結(jié)果并自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告和記錄文件。更加直觀的為使用者展示電池的各項(xiàng)參數(shù)，便于研究，提高工作效率，節(jié)省時(shí)間精力。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果：同時(shí)對(duì)多塊鋰離子電池進(jìn)行檢測(cè)，遠(yuǎn)程且精確地控制電池充放電過(guò)程，實(shí)時(shí)展示電池各項(xiàng)參數(shù)檢測(cè)值，檢測(cè)過(guò)程結(jié)束后自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告。本系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)故障，自動(dòng)排除故障以及終止或暫停檢測(cè)過(guò)程。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1供電電源電路圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1控制過(guò)程示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1過(guò)電壓檢測(cè)電路圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1過(guò)電流檢測(cè)電路圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1信號(hào)放大電路圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1溫度測(cè)量電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種鋰離子電池性能檢測(cè)系統(tǒng)，包括上位機(jī)和下位機(jī)，下位機(jī)包括微控制器、充放電控制模塊、信號(hào)采集模塊和鋰離子電池；上位機(jī)遠(yuǎn)程控制下位機(jī)，下位機(jī)控制和檢測(cè)鋰離子電池的充放電過(guò)程；微控制器接收上位機(jī)和信號(hào)采集模塊的數(shù)據(jù)，向上位機(jī)和充放電控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；充放電控制模塊接收微控制器數(shù)據(jù)并對(duì)鋰離子電池充放電過(guò)程進(jìn)行控制；信號(hào)采集模塊采集鋰離子電池參數(shù)并向微控制器發(fā)送參數(shù)數(shù)據(jù)；上位機(jī)和下位機(jī)組成pid閉環(huán)反饋控制回路，通過(guò)can總線進(jìn)行通信。充放電控制模塊包括信號(hào)輸出電路、能量轉(zhuǎn)換電路和保護(hù)電路；信號(hào)采集模塊包括信號(hào)采樣和處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路和溫度測(cè)量電路。本實(shí)施例中微控制器采用stm32系列單片機(jī)。

如圖2所示，微控制器、信號(hào)采樣與處理電路由同一電源供電；控制器、信號(hào)采樣與處理電路和供電電源之間設(shè)有電源電路，電源電路包括兩個(gè)集成電源芯片，其中一個(gè)芯片與微控制器連接，另一個(gè)芯片與信號(hào)采樣與處理電路連接，兩個(gè)芯片并聯(lián)后與供電電源連接。本系統(tǒng)中電源采用開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓為12v，微控制器工作電壓為3.3v，信號(hào)采樣與處理電路工作電壓為5v，因此需要集成電源芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例中集成電源芯片采用lm7805型號(hào)芯片將電源電壓轉(zhuǎn)換為信號(hào)采樣與處理電路工作電壓，采用as1117型號(hào)芯片將電源電壓轉(zhuǎn)換為微控制器工作電壓。

如圖3所示，微控制器對(duì)上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把控制指令和電壓、電流輸出信號(hào)傳送到能量轉(zhuǎn)換電路的pwm控制器，pwm控制器控制鋰離子電池的充放電過(guò)程。信號(hào)采集模塊將采樣的反饋信號(hào)送入微控制器，與給定值進(jìn)行比較，由內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)pid算法調(diào)節(jié)的恒壓、恒流充放電閉環(huán)控制。

如圖4所示，過(guò)電壓檢測(cè)電路包括運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器，輸入過(guò)電壓檢測(cè)電路的電壓u1通過(guò)比較器，和比較器反相輸入端的參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)過(guò)高時(shí)，比較器輸出高電平，二極管指示燈d1亮，d4為限壓二極管，起到保護(hù)作用。微控制器接收來(lái)自比較器的信號(hào)，根據(jù)內(nèi)部程序輸出指令對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。

如圖5所示，過(guò)電流檢測(cè)電路包括霍爾電流檢測(cè)芯片和跟隨電路，電路核心是基于霍爾感應(yīng)原理的acs712型號(hào)電流檢測(cè)芯片，霍爾元件根據(jù)磁場(chǎng)感應(yīng)出一個(gè)線性的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的放大、濾波、斬波和修正電路，輸出一個(gè)電壓信號(hào)，該信號(hào)從芯片的第7引腳輸出，通過(guò)運(yùn)放構(gòu)成的跟隨電路，連接至控制器進(jìn)行檢測(cè)。

如圖6所示，信號(hào)放大電路兩端連接至一個(gè)微小的電阻端，前級(jí)的輸入部分采用了l1、c9、l2、c10構(gòu)成低通電路，除卻干擾信號(hào)，中間級(jí)由運(yùn)放u6、u7、u8構(gòu)成差分放大電路，其放大倍數(shù)為后級(jí)輸出由u9構(gòu)成的反相放大電路，放大倍數(shù)為d5為限壓二極管。

如圖7所示，溫度測(cè)量電路包括8個(gè)并聯(lián)的數(shù)字型溫度傳感器，溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與微控制器連接。本實(shí)施例中，溫度傳感器選用ds18b20型號(hào)，ds18b20型號(hào)為單總線控制的溫度傳感器。8個(gè)ds18b20型溫度傳感器的三個(gè)端口分別連接到電源、接地端和數(shù)據(jù)線dq，數(shù)據(jù)線dq可直接連接到微控制器進(jìn)行測(cè)量。8個(gè)數(shù)字型溫度傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)8個(gè)鋰電子電池的溫度。r16為上拉電阻。

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。