專利名稱：電池測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于測(cè)試系統(tǒng)，特別地關(guān)于一種電池測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
電池的充電性能，對(duì)于電池的使用壽命具有重要的影響。
當(dāng)電池經(jīng)一定的充電過程充滿電后，再繼續(xù)充電，如果充電電流過大，或充電時(shí)間過長(zhǎng)，電池內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗，就可能造成內(nèi)壓升高，電池變形、漏液等不良現(xiàn)象。同時(shí)，其電學(xué)性能也會(huì)顯著降低。
而對(duì)于鋰離子電池，充電的要求更加嚴(yán)格。鋰離子電池在充電時(shí)，鋰離子會(huì)從層狀結(jié)構(gòu)中溶出，進(jìn)入負(fù)極。如果過充電，則正極中的鋰離子溶出太多，層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就受到破壞，晶型出現(xiàn)坍塌。這會(huì)堵塞電池放電時(shí)鋰離子回填到正極的通道。宏觀上就表現(xiàn)為電池充不充電，造成永久性損壞。
另外，由于電池在生產(chǎn)過程中，從涂膜開始到成為成品要經(jīng)過很多道工序。即使經(jīng)過嚴(yán)格的檢測(cè)程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，但使用一段時(shí)間，也會(huì)產(chǎn)生一些差異。初始使用階段由于電池一致性很好，因此出現(xiàn)問題也較少。但是，在使用一段時(shí)間以后電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動(dòng)，形成不一致的狀態(tài)。此時(shí)，如果仍然使用整體電壓控制是不能達(dá)到其目的。
現(xiàn)有技術(shù)中，在電池充電過程中，不能準(zhǔn)確的掌握電池的動(dòng)態(tài)變化，不能用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的顯示出來，造成電池過充電，而引發(fā)電池性能大幅下降、甚至電池?fù)p壞的后果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中在電池充電過程中存在的不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的缺陷，本發(fā)明提供了一種對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)、確保鋰離子電池的安全充電的電池測(cè)試系統(tǒng)本發(fā)明提供的電池測(cè)試系統(tǒng)，包括充電單元、電池，其中，還包括控制單元、感測(cè)單元，其中控制單元用于接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)以及向充電單元發(fā)送充電/停止充電指令，所述控制單元與感測(cè)單元和充電單元電連接；感測(cè)單元用于采集電池特性數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還提供的電池測(cè)試方法，包括通過感測(cè)單元感測(cè)電池特性數(shù)據(jù)；控制單元接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)；所述電池特性數(shù)據(jù)中的電壓、電流或溫度高于設(shè)定值，則控制單元向充電單元發(fā)出停止充電指令。其中，電池特性數(shù)據(jù)低于設(shè)定值，則控制單元向充電單元發(fā)出繼續(xù)充電指令。
在電池充電系統(tǒng)中，采用了對(duì)電池組在進(jìn)行充電工作特性進(jìn)行檢測(cè)的電池測(cè)試系統(tǒng)，采取故障保護(hù)，并且能準(zhǔn)確的將采集的數(shù)據(jù)顯示出來，并為進(jìn)一步可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)電池組充電特性、電池組一致性及充電電容量等，確保鋰離子電池組在充電過程安全可靠。


圖1是本發(fā)明的電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行充電的原理圖；圖2是本發(fā)明的電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行充電的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的電池測(cè)試方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的電池測(cè)試系統(tǒng)，包括充電單元、電池，其中，還包括控制單元、感測(cè)單元，其中控制單元用于接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)以及向充電單元發(fā)送充電/停止充電指令，所述控制單元與感測(cè)單元和充電單元電連接；感測(cè)單元用于采集電池特性數(shù)據(jù)。
充電單元可以是將交流電能轉(zhuǎn)換為一定輸出電壓、電流的直流電能并且加載到電池兩端的設(shè)備，在本發(fā)明中，優(yōu)選地使用具有多個(gè)充電端口的充電站作為充電單元。
多個(gè)電池可以組成電池組，多個(gè)電池之間串聯(lián)連接，其中在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述電池為鋰電池。
控制單元是電池測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理部分，可以采用臺(tái)式計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等數(shù)據(jù)處理設(shè)備，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，采用工控機(jī)作為控制單元。
感測(cè)單元是對(duì)電池的參數(shù)進(jìn)行采集的部分，采集電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，所述感測(cè)單元優(yōu)選地采用信號(hào)采集卡和各種傳感器。
圖1是本發(fā)明的電池測(cè)試系統(tǒng)的原理圖。該測(cè)試系統(tǒng)包括電池、充電單元，還包括控制單元、感測(cè)單元。
在本實(shí)施方式中，對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，并且采用充電站作為充電單元。所述控制單元可以是普通PC機(jī)、工控機(jī)、單片機(jī)或是專門的硬件邏輯單元，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集的電池特性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理。在本優(yōu)選實(shí)施方式中，使用工控機(jī)作為控制計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)還包括數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡作為所采集的模擬信號(hào)(例如電壓信號(hào)、電流信號(hào)、溫度信號(hào)等等)的輸入通道，在本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)采集卡采用差分模擬信號(hào)采集卡。所述計(jì)算機(jī)還包括相應(yīng)的信號(hào)存儲(chǔ)、處理程序。所述信號(hào)存儲(chǔ)、處理程序用于根據(jù)電壓、電流、溫度值的大小來控制對(duì)電池進(jìn)行充電，可以根據(jù)電池參數(shù)，在程序中設(shè)定報(bào)警或控制的上下限。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，對(duì)電池充電的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)為16路控制信號(hào)。其中輸出的16路控制信號(hào)為16路TTL(OC門)電平(包括直流電流變送器切換信號(hào)和報(bào)警輸出控制信號(hào))。
所述感測(cè)單元包括電壓感測(cè)單元、電流感測(cè)單元、溫度感測(cè)單元，其中電壓感測(cè)單元與電池并聯(lián)，電流感測(cè)單元與電池串聯(lián)，溫度感測(cè)單元與電池串聯(lián)。
所述電壓感測(cè)單元可以通過多種電壓采集裝置實(shí)現(xiàn)，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電壓采集裝置可以采用差分模擬信號(hào)采集卡，其具有采集128路0-5V(即最大采集電壓值為5V)信號(hào)的能力，在采集到電壓信號(hào)以后，所述電壓信號(hào)通過采集卡上模擬信號(hào)輸入通道的電壓通道輸入到控制單元。所述電壓的采集包括對(duì)單個(gè)電池的電壓的采集和對(duì)整個(gè)電池組系統(tǒng)電壓的采集。
所述電流感測(cè)單元可以通過多種的傳感器或電流采集裝置實(shí)現(xiàn)，例如霍爾元件、電流變送器等等。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，采用霍爾電流變送器作為電流采集單元，所采集的電流信號(hào)通過差分模擬信號(hào)采集卡的電流通道輸入到控制單元。所采集的電流是每個(gè)電池或整個(gè)電池組系統(tǒng)的電流。電池及負(fù)載回路的電源線從所述霍爾電流變送器的原邊線孔中穿過，利用電磁效應(yīng)，在霍爾電流變送器的副邊中產(chǎn)生電流，再通過采樣電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，傳送到計(jì)算機(jī)的差分模擬信號(hào)采集卡?；魻栯娏髯兯推鞯闹饕獌?yōu)點(diǎn)是能夠更好地保護(hù)電路。由于霍爾電流變送器的響應(yīng)時(shí)間短于1μs，因此，出現(xiàn)過載短路時(shí)，可以在元件未達(dá)到極限溫度之前即可切斷電源，從而使元件得到可靠的保護(hù)。
所述溫度感測(cè)單元可以包括熱敏電阻、熱電偶等測(cè)溫元件，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，采用熱電偶作為溫度感測(cè)單元。熱電偶將所采集的溫度模擬信號(hào)調(diào)理為0-5V信號(hào)，所采集的溫度信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后由RS232接口將數(shù)據(jù)包利用模擬信號(hào)采集卡傳送至控制單元。模擬信號(hào)采集卡提供有溫度測(cè)量通道，可匹配E，J，K及T型等各種熱電偶。本發(fā)明中所采用的熱電偶是J-02型熱電偶，精度可達(dá)0.1攝氏度。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一個(gè)示例的具體結(jié)構(gòu)圖。在該實(shí)施方式中，可以對(duì)最多含有128個(gè)鋰電池的電池組進(jìn)行測(cè)試。
系統(tǒng)的控制單元采用工控機(jī)，其中還包括差分模擬信號(hào)采集卡。所述工控機(jī)采用GPIB總線，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)1Mbps。為了減小環(huán)境對(duì)設(shè)備的干擾，電源線和信號(hào)線都采用屏蔽線纜。
所述感測(cè)單元采用高速矩陣交換器為電壓感測(cè)單元提供模擬信號(hào)的信號(hào)通道，待測(cè)試的電池組中單個(gè)電池的電壓信號(hào)通過高速矩陣交換器的電壓通道傳送到工控機(jī)的差分模擬信號(hào)采集卡，所述高速矩陣交換器提供50ns的通道切換能力，在本發(fā)明中使用的高速通道交換機(jī)共包括四個(gè)相同的模塊，每個(gè)模塊36路信號(hào)通道。
對(duì)于系統(tǒng)總電壓和總電流的檢測(cè)是通過電壓變送器和電流變送器來完成的。本實(shí)施方式中使用的變送器采用最大測(cè)量值為400V的電壓變送器和400A的電流變送器。所采集的電壓和電流信號(hào)傳送到工控機(jī)的差分模擬信號(hào)采集卡，然后再由工控機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行顯示、處理。
在本發(fā)明中，所述充電單元采用充電站，充電站具有多組充電接口，可以為多個(gè)電池同時(shí)充電，每個(gè)接口都有相應(yīng)的控制線路與控制單元連接，因此，可以在對(duì)每個(gè)充電電池的監(jiān)控的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電單元的控制。
充電時(shí)，需要對(duì)電池組中的單個(gè)電池的電壓、系統(tǒng)總電壓、系統(tǒng)總電流、溫度進(jìn)行檢測(cè)并且進(jìn)行控制。
在控制單元中，例如工控機(jī)的存儲(chǔ)器中，儲(chǔ)存有電池特性數(shù)據(jù)的設(shè)定值，所述設(shè)定值可以通過相應(yīng)的人機(jī)界面軟件進(jìn)行設(shè)定。包括充電電壓的設(shè)定值、充電電流的設(shè)定值以及溫度的設(shè)定值。
例如，當(dāng)電池的充電電流超過設(shè)定值的時(shí)候，控制單元發(fā)出電流控制指令調(diào)整充電站的輸出電流。在本實(shí)施方式中，充電站采用10A一檔的間隔以調(diào)整充電電流。另外，還可以通過聲音、發(fā)光等方式采用發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提示充電電流過大。
控制單元根據(jù)感測(cè)單元感測(cè)到的充電電流的數(shù)值，調(diào)整輸出電流，通常是通過向充電站的相應(yīng)部件發(fā)出控制信號(hào)的方式進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明的電池測(cè)試系統(tǒng)還可以包括顯示單元，所述顯示單元可以選用CRT顯示器、數(shù)碼管顯示屏等等。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電池測(cè)試方法的流程圖。該方法包括感測(cè)單元感測(cè)電池特性數(shù)據(jù)；控制單元接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)并與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，如果電池特性數(shù)據(jù)高于設(shè)定值，則控制單元向充電單元發(fā)出停止充電指令。其中，電池特性數(shù)據(jù)低于設(shè)定值，則控制單元向充電單元發(fā)出繼續(xù)充電指令。
通過所述電池檢測(cè)系統(tǒng)的感測(cè)單元感測(cè)電池特性數(shù)據(jù)，例如，通過電壓變送器，采集電池的電壓，通過電流變送器采集電池的充電電流，通過熱電偶采集電池表面的溫度。
然后，所述電池充電系統(tǒng)的控制單元接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)，例如，通過數(shù)據(jù)采集卡，工控機(jī)接收所述電壓變送器采集的電壓值、電流變送器采集電池的充電電流值，或熱電偶采集到的電池表面溫度值。所述采集到的電池特性數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，存儲(chǔ)在控制單元具有的存儲(chǔ)器中，所述存儲(chǔ)器可以是SRAM、DRAM等等。
在所述控制單元中，對(duì)所接收到的電池特性數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在控制單元的存儲(chǔ)器中存有預(yù)先的設(shè)定值，如電壓設(shè)定值、電流設(shè)定值和溫度設(shè)定值。當(dāng)所述感測(cè)單元采集到的電池特性數(shù)據(jù)中的電壓、電流或溫度數(shù)值高于相應(yīng)的設(shè)定值時(shí)，控制單元向充電單元發(fā)出終止指令，終止充電單元對(duì)電池的充電過程。當(dāng)所述感測(cè)單元采集到的電池特性數(shù)據(jù)中的電壓、電流或溫度數(shù)值小于或等于相應(yīng)的設(shè)定值時(shí)，充電單元繼續(xù)向電池供電。
權(quán)利要求
1.一種電池測(cè)試系統(tǒng)，包括充電單元、電池，其特征在于，該系統(tǒng)還包括控制單元、感測(cè)單元，其中控制單元用于接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)以及向充電單元發(fā)送充電/停止充電指令，所述控制單元與感測(cè)單元和充電單元電連接；感測(cè)單元用于采集電池特性數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，電池特性數(shù)據(jù)包括電池的充電電壓、充電電流、溫度中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，感測(cè)單元包括電壓感測(cè)單元、電流感測(cè)單元、溫度感測(cè)單元中的至少一種，其中電壓感測(cè)單元與電池并聯(lián)或電磁連接，電流感測(cè)單元與電池串聯(lián)或電磁連接，溫度感測(cè)單元與電池表面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述電壓感測(cè)單元是電壓變送器；所述電流感測(cè)單元包括電流變送器或霍爾器件；所述溫度感測(cè)單元是熱電偶、熱敏電阻或半導(dǎo)體溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元是包括數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)是工控機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，充電單元為充電站。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)還包括顯示單元，用于顯示電池特性數(shù)據(jù)，所述顯示單元與控制單元電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述顯示單元為CRT顯示器或數(shù)碼管顯示屏。
10.一種電池檢測(cè)方法，該方法包括感測(cè)單元感測(cè)電池特性數(shù)據(jù)；控制單元接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)并與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，如果電池特性數(shù)據(jù)高于設(shè)定值，則控制單元向充電單元發(fā)出停止充電指令。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，電池特性數(shù)據(jù)低于設(shè)定值，則控制單元向充電單元發(fā)出繼續(xù)充電指令。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所述電池特性數(shù)據(jù)為電壓、電流和溫度中的至少一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，感測(cè)單元包括電壓感測(cè)單元、電流感測(cè)單元、溫度感測(cè)單元中的至少一種，其中電壓感測(cè)單元與電池并聯(lián)或電磁連接，電流感測(cè)單元與電池串聯(lián)或電磁連接，溫度感測(cè)單元的感溫面與電池表面接觸。
全文摘要
一種電池測(cè)試系統(tǒng)，包括充電單元、電池，其中，該系統(tǒng)還包括控制單元、感測(cè)單元，其中控制單元用于接收來自感測(cè)單元的電池特性數(shù)據(jù)以及向充電單元發(fā)送充電/停止充電指令，所述控制單元與感測(cè)單元和充電單元電連接；感測(cè)單元用于采集電池特性數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1963553SQ20051011572
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者明林, 張建華 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司