鋰電池自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

萬(wàn)松峰

（東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 東莞 523808）

引言

隨著綠色能源和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，客戶對(duì)鋰電池生產(chǎn)制造的質(zhì)量要求越來(lái)越高。性能測(cè)試是產(chǎn)品質(zhì)量的必要條件，測(cè)試過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息反饋是實(shí)現(xiàn)性能測(cè)試可信度的保證。目前鋰離子電池電性能測(cè)試一般利用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量?jī)x器儀表人工手動(dòng)檢測(cè)，沒(méi)有形成適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需要的自動(dòng)化生產(chǎn)測(cè)試和智能化的測(cè)試信息管理，這種測(cè)試效率低、成本高，對(duì)不良品無(wú)法有效實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用現(xiàn)有測(cè)試儀器與嵌入式系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和分析、產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及良好的人機(jī)界面［1］。鑒于大規(guī)模生產(chǎn)的成本等因素的考慮，我們研發(fā)一種性能可靠?jī)r(jià)格合理能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人操作并能實(shí)時(shí)反饋測(cè)試信息的鋰電池測(cè)試設(shè)備，該設(shè)備采用單片機(jī)控制測(cè)試儀器對(duì)電池電性能參數(shù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)電池電性能的自動(dòng)化測(cè)試。

1 測(cè)試功能分析

實(shí)踐驗(yàn)證表明，鋰電池的容量、壽命、安全等主要性能指標(biāo)都能從鋰電池內(nèi)阻表現(xiàn)出來(lái)，鋰電池內(nèi)阻越小容量越大，內(nèi)阻值的變化可以預(yù)測(cè)電池的壽命和安全性能，因此鋰電池內(nèi)阻是衡量電池性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。鋰電池電性能測(cè)試主要集中在內(nèi)阻測(cè)試和電壓測(cè)試［2］。該測(cè)試系統(tǒng)主要是通過(guò)單片機(jī)控制測(cè)試儀表實(shí)現(xiàn)鋰電池內(nèi)阻和電壓的測(cè)量、數(shù)據(jù)分析以及測(cè)試信息的實(shí)時(shí)顯示與傳輸?shù)龋?］。

2 硬件系統(tǒng)

該系統(tǒng)以S3C2410芯片作為核心處理器，該芯片是三星公司一款高性價(jià)比的32位微控制器，內(nèi)含32位ARM920T內(nèi)核，主頻高達(dá)203MHz，內(nèi)置16KB程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、三通道的UART、四通道的DMA等。擴(kuò)展64M的Flash用于存儲(chǔ)Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序的代碼等。通過(guò)以太網(wǎng)控制器CS8900A擴(kuò)展一個(gè)10M的以太網(wǎng)端口將系統(tǒng)接入Internet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了鍵盤和LCD顯示實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面。

鋰電池電性能測(cè)試系統(tǒng)框圖如下頁(yè)圖1所示，S3C2410通過(guò)串口總線控制安捷倫34401萬(wàn)用表實(shí)現(xiàn)內(nèi)阻和電壓的測(cè)量。單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后根據(jù)設(shè)定測(cè)試范圍對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、顯示，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，單片機(jī)同時(shí)根據(jù)程序自動(dòng)控制繼電器實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的運(yùn)行，配合儀表完成自動(dòng)化測(cè)試。該系統(tǒng)也可以通過(guò)按鍵手動(dòng)設(shè)置控制測(cè)試系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 Windows CE平臺(tái)搭建

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

在S3C2410芯片上移植WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)首先根據(jù)實(shí)際硬件配置操作系統(tǒng)和創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)程序制作映像文件，然后通過(guò)串口下載映像文件。具體系統(tǒng)平臺(tái)搭建流程見(jiàn)圖2。操作系統(tǒng)移植后創(chuàng)建應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，軟件開(kāi)發(fā)工具包SDK推出了eVC應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，簡(jiǎn)化了平臺(tái)搭建，可以直接在eVC上進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行。

圖2 系統(tǒng)平臺(tái)搭建流程圖

3.2 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)鋰電池電性能測(cè)試要求設(shè)計(jì)了如圖3所示的軟件流程圖，該系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，整個(gè)測(cè)試程序有初始化模塊、繼電器控制模塊、串口通訊模塊、測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊以及遠(yuǎn)程通訊模塊等［4］。系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入初始化模塊讀取鋰電池測(cè)試配置文件設(shè)定測(cè)量范圍，程序調(diào)用繼電器控制模塊程序完成執(zhí)行元件控制，然后通過(guò)串口控制測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量，單片機(jī)得到測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊完成數(shù)據(jù)處理信息，顯示并通過(guò)以太網(wǎng)傳輸信息給上位機(jī)。

圖3 軟件系統(tǒng)流程圖

該系統(tǒng)軟件的核心是測(cè)量數(shù)據(jù)的采集即單片機(jī)通過(guò)串口控制儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如下僅以Windows CE下串行通信控制儀表為例介紹應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程。Windows CE下串行通信的任務(wù)通過(guò)調(diào)用讀寫文件函數(shù)完成，主要有打開(kāi)串口函數(shù)CreateFile（）、讀數(shù)據(jù)串口函數(shù) ReadFile（）、寫數(shù)據(jù)串口函數(shù) WriteFile（）和等待串口函數(shù) Wait－CommEvent（）。等待指定通信設(shè)備的事件的發(fā)生，該函數(shù)監(jiān)視的事件包含在與設(shè)備句柄相關(guān)聯(lián)的事件掩碼中。

單片機(jī)通過(guò)串口控制儀表程序如下：

4 結(jié)語(yǔ)

本文以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀器與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合開(kāi)發(fā)的鋰電池電性能測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量與遠(yuǎn)程監(jiān)控，避免了人為測(cè)量誤差，提高了生產(chǎn)效率和信息化管理水平。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了鋰電池電性能的自動(dòng)化測(cè)量，為鋰電池大規(guī)模生產(chǎn)提供可靠的測(cè)量平臺(tái)［5］。

［1］ 余進(jìn)，劉奇鲙.測(cè)試自動(dòng)化通用支持平臺(tái)建模與設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2014，22（22）：134－137.

［2］ 王宏志，武俊峰.基于LabVIEW 的鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻測(cè)試系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28（4）：80－82.

［3］ 楊德甫，宋蓓.電池內(nèi)阻測(cè)量方法分析［J］.延安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，22（1）：47－49.

［4］ 樂(lè)浪，安愛(ài)民.現(xiàn)場(chǎng)總線在鋰離子電池檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，11（1）：5－7.

［5］ 華紅艷，宋偉.基于AT89C52的蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中州大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，32（1）：113－116.