鋰電池的綜合測試系統(tǒng)的研究

摘要：隨著鋰電池的應(yīng)用越來越多，對生產(chǎn)的鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。與此同時(shí)，對鋰電池檢測系統(tǒng)也提出了更高的要求。本文主要介紹了一種基于單片機(jī)控制的鋰電池全面綜合測試系統(tǒng)。對其工作原理進(jìn)行了敘述。

關(guān)鍵詞：鋰電池；檢測系統(tǒng)；單片機(jī)；采集電路

1.引言

現(xiàn)在，使用的各種電池中，鋰電池是近幾十年發(fā)展起來的一種新型電源，具有很高的能量、沒有記憶性、無污染等優(yōu)點(diǎn)，成為首選的便攜式設(shè)備的電源。自90年代的時(shí)候，日本的索尼公司成功開發(fā)了鋰電池開始，鋰電池一直是各個(gè)國家研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。隨著快速發(fā)展的電子設(shè)備，鋰電池需求越來越多。對鋰電池測試設(shè)備的需要變得也越來越多。在我國許多的電池制造商引入外國電池的測試設(shè)備，但是非常的昂貴。國內(nèi)的檢測設(shè)備的測量精度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、設(shè)備的利用率和自動(dòng)化程序等都非常的低。

因此，研制開發(fā)一套成本合理，并可以滿足需求的大規(guī)模生產(chǎn)的自動(dòng)化的鋰電池化成、測量、分選系統(tǒng)，是眾多的鋰電池制造商非常需要的。

2.鋰電池檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

在電池充電和放電的過程中電流、電壓的精度確?？刂圃谝?guī)定范圍內(nèi)是系統(tǒng)的核心控制方法。系統(tǒng)采用恒定電流電壓的方法，即在恒流充電狀態(tài)，不斷檢測每節(jié)電池的電壓，當(dāng)檢測到充電電池電壓達(dá)到飽和值時(shí)，充電狀態(tài)從恒流充電狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)。恒壓充電狀態(tài)下，保持恒定的充電電壓，當(dāng)充電電流下降到規(guī)定值時(shí)，恒壓充電狀態(tài)終止。還設(shè)置最大恒壓充電狀態(tài)下時(shí)間值，一旦方式轉(zhuǎn)換在恒壓充電狀態(tài)下，充電的時(shí)間過長，立即停止充電，是鋰電池安全充放電的保證。

該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使設(shè)備安裝簡單易于維護(hù)。共有512個(gè)檢測點(diǎn)在每一臺設(shè)備中，分為8個(gè)部分，有64個(gè)檢測點(diǎn)在每一部分中，配置單獨(dú)的恒流源在每個(gè)檢測點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)獨(dú)立控制和彼此互不影響的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用DSP控制器作為主控器控制，8位單片機(jī)作為分控制器來控制，一個(gè)分控制器控制一個(gè)部分。因此使用DSP、單片機(jī)、開關(guān)恒流源相結(jié)合，形成智能的鋰電池綜合測試系統(tǒng)。如圖1所示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。主要組成由

2.1.上位機(jī)

上位機(jī)通過串行總線發(fā)送數(shù)據(jù)到DSP主控制器，控制器控制系統(tǒng)操作啟動(dòng)、停止、分類的信息等，并實(shí)時(shí)接收主控制器電池測試數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，并繪制曲線圖。我們選用PC機(jī)作為上位機(jī)。

2.2.主控制器

負(fù)責(zé)操作整體的運(yùn)行主控制器，與上位機(jī)通信、控制分控制器、收集數(shù)據(jù)、控制算法、液晶顯示器、鍵盤處理等等。我們選擇DSP作為主控制器來完成控制。

2.3.采集電路

DSP內(nèi)置16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊，系統(tǒng)通過使用控制器對電池（512節(jié)）電壓電流采樣，每個(gè)部分占用兩路的A / D采樣通道。因?yàn)樾盘杺鬏斁嚯x長，加上一些干涉等，采用電壓傳輸將會影響設(shè)備測量精度。本系統(tǒng)的采樣信號采用V / I，I / V轉(zhuǎn)換信號方法傳輸。

2.4.分控制器

接受主控制器的命令和對電池的檢測點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立的控制是分控制器主要任務(wù)。（其中包括電流的大小、充電和放電狀態(tài)、開關(guān)量等）。

2.5.組件

電池夾、功率板、恒流源等組成。

3.鋰電池檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

我們設(shè)計(jì)了采集電路根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)據(jù)采集是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中普遍存在的。在電池測試采集系統(tǒng)中，一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)是對電壓電流的采集，系統(tǒng)的檢測精度和靈敏度受它的采樣精度直接影響。主控制器選擇DSP控制器自帶A/D。系統(tǒng)采樣信號以電壓電流轉(zhuǎn)換的方式傳輸，電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳輸，進(jìn)入DSP采樣通道之后把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，在傳輸過程中產(chǎn)生的干擾問題已經(jīng)被有效地避免。確保測量精度。組件的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖如圖2。

.4.鋰電池應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)的主程序主要包括：初始化程序、中斷服務(wù)程序、通信程序、數(shù)據(jù)采集程序、充放電控制程序、控制算法程序、顯示程序等組成，主控制器程序流程圖如下圖7所示。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程當(dāng)中，根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)與實(shí)時(shí)檢測的數(shù)據(jù)比較看是否停止對電池充放電。

5.結(jié)論

本文就鋰電池的綜合測試系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，完成了主控制器的程序流程。再設(shè)計(jì)的過程中，充分考慮了鋰電池廠家的需求，大規(guī)模的檢測能力及自動(dòng)化等因素，為鋰電池綜合測試系統(tǒng)的研究提供了參考。

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