CN100460890C

CN100460890C - 多通道精密二次电池测试***

Info

Publication number: CN100460890C
Application number: CNB2007100350471A
Authority: CN
Inventors: 仇洁婷; 陈儒军; 唐波; 韦洪兰; 尤天博
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2027-06-04
Also published as: CN101063706A

Abstract

本发明公开了一种多通道精密二次电池测试***。包括由与单片机电路连接的看门狗电路和串口通信电路构成的单片机控制电路，DAC控制电路，充放电切换电路，电压和电流测量电路和过压过流保护电路。由单片机控制电路发送控制命令，由DAC控制电路传送至充放电切换电路，电压电流测量电路对二次电池上的电压和电流信号放大，通过电压和电流采集电路读取二次电池上的电压和电流信号，再输出送回单片机控制电路，由单片机控制电路的输出送到上位机，由上位机进行数据处理和绘制充放电特性曲线。本发明可大大提高测量的精确度和准确度，大大降低温漂系数，即使在工作时间较长，温度变化大时，也能保证测试的精确度和准确度，大大减小了测量误差。

Description

多通道精密二次电池测试***

技术领域

本发明涉及一种电池测试电路，特别是适用于锂离子、镍氢、镍镉等二次电池的测试***。

背景技术

在测试二次电池的充放电特性时，必须测量二次电池充放电时的电压和电流信号，由于二次电池在充放电时，其电压和电流信号的变化速度相对较慢，因此对这两个信号进行监视需要准确、高精度模数转换器(ADC)，但是，在当前的二次电池测试仪中，通常是采用16位以下的ADC。如中国专利CN200520060665.8所公开的一种数字式蓄电池检测仪，包括蓄电池、电源电路，外壳、夹子，其特征在于：还有微处理电路、脉冲发生电路、交流采样放大电路、A/D转换电路、显示电路、操作键盘，微处理电路控制脉冲发生电路产生流信号，送到蓄电池上，交流采样放大电路对蓄电池上微弱的交流信号采样放大，通过A/D转换电路读取蓄电池上的交流电压值，A/D转换电路的输出送回微处理电路，微处理电路的输出送到显示电路。这种数字式蓄电池检测仪当电流信号要转换为电压信号时，其放大倍数是确定值，则测量误差就相当大。现有其它检测仪还存在温漂系数较大，在工作时间较长，温度变化大时，测试的精度和准确度比较低，误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述电池测试仪的不足之处，提供一种可大大提高测量的精确度和准确度，大大降低温漂系数的多通道、高精度、智能化的二次电池测试***。

本发明的技术方案是：包括由与单片机电路连接的看门狗电路和串口通信电路构成的单片机控制电路，DAC控制电路，充放电切换电路，电压和电流测量电路和过压过流保护电路，其特征在于，所述DAC控制电路包括D/A转换电路、基准电压电源电路、移位逻辑控制电路以及带有若干个测试通道的采样保持电路，每一个采样保持电路分别与充放电电路相连接；所述电压和电流采集电路包括A/D转换电路以及分别与A/D转换电路连接的两个缓冲电路，所述单片机控制电路中的单片机电路分别与D/A转换电路和A/D转换电路相连接；所述充放电切换电路与电压、电流测量电路和过压过流保护电路连接，所述充放电切换电路、电压、电流测量电路和过压过流保护电路均与待测电池相相连，所述电压、电流测量电路与A/D转换电路相连接，所述基准电压源电路与D/A转换电路和A/D转换电路连接。

所述D/A转换电路包括D/A转换芯片U6以及运算放大器U8，D/A转换芯片U6选用16位转换器；D/A转换芯片U6的DIN、SCLK和CS管脚分别与单片机芯片U1的P11、P16和P14相连接，D/A转换芯片U6的1脚与运算放大器U8的3脚相连接。

所述A/D转换电路包括A/D转换芯片U61，A/D转换芯片U61选用24位△-∑ADC LTC2498型转换器，A/D转换芯片U61的CH0接电压和电流测量电路中的运算放大器U46的输出端CH1CM，CH1接运算放大器U45的输出端CH1VM；A/D转换芯片U61的1、2、3、4、5、6、7、30、31、32、32脚接地，A/D转换芯片U61的SDO脚接单片机芯片U1的P10，电源VCC+5V通过电阻R61接入SDO脚，SDO脚和Fo脚之间接20pF电容，Fo脚接地，A/D转换芯片U61的SCLK、CS、SDI脚接单片机芯片U1的P16、P17、P11脚。

所述基准电压源电路包括基准电压电源芯片U7，基准电压源芯片U7选用低温度漂移、低噪声基准电压源MAX6033型，基准电压源芯片U7的输入端IN与电源VCC5连接，并通过104电容接地，5、6管脚相连接，2管脚接地，在5、6管脚与模拟地之间接入去耦电容0.1uF和10uF。

所述电压和电流测量电路包括运算放大器U45和运算放大器U46，运算放大器U45和运算放大器U46都是选用低漂移运算放大器LTC1012型，运算放大器U45通过电阻R110和电阻R112接入到待测电池两端，运算放大器U46的3脚通过电阻R132接到采样电阻R103，采样电阻R103接地。

本发明的单片机控制电路，过压过流保护电路，移位逻辑控制电路均与已有技术相同。

工作时由单片机控制电路发送控制命令，由DAC控制电路传送至充放电切换电路，控制二次电池在恒流放电、恒流充电、恒压充电或静置四种工作状态，电压电流测量电路对二次电池上的电压和电流信号放大，通过电压和电流采集电路读取二次电池上的电压和电流信号，电压和电流采集电路的输出送回单片机控制电路，单片机控制电路的输出送到上位机，由上位机进行数据处理和绘制充放电特性曲线。

本发明具有以下优点：可大大提高测量的精确度和准确度，大大降低温漂系数，即使在工作时间较长，温度变化大时，也能保证测试的精度和准确度，大大减小了测量误差。

附图说明

图1为本发明结构方框图；

图2为DAC控制电路图；

图3为电压和电流采集电路图；

图4为充放电电路、电压和电流测量电路图；

图5为本发明单片机工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照附图1：

本实施例包括单片机控制电路，DAC控制电路，充放电电路，电压、电流测量电路和过压过流保护电路以及电压、电流采集电路。其中单片机控制电路包括与单片机电路1-2连接的看门狗电路1-1和串口通信电路1-3。DAC控制电路包括顺次连接的D/A转换电路2-1，基准电压源电路2-2，移位逻辑控制电路2-3以及8个测试通道的采样保持电路(2-4-1、------2-4-8)。其中D/A转换电路中的D/A转换器选用16位MAX541；基准电压源选用超高精度、串联型电压基准MAX6033，它具有7ppm/℃的低温漂系数和低压差(200mV，最大值)特性。所述充放电电路3-1、电压和电流测量电路和过压过流保护电路5-1均与待测电池相连，所述电压和电流测量电路和过压过流保护电路5-1都反馈到充放电电路3-1，形成闭环控制***；所述电压和电流采集电路包括A/D转换电路6-1和二个缓冲电路6-2和6-3，二个缓冲电路的电路结构相同，并均与A/D转换电路6-1相连接。A/D转换电路中的A/D转换器选用16通道△-∑ADC(24位)LTC2498。单片机电路1-2分别与D/A转换电路2-1和A/D转换电路6-1相连接；采样保持电路2-4-1、------2-4-8分别与充放电电路3-1、3-2----3-8相连接；每个电压和电流测量电路均与A/D转换电路6-1相连接。

本实施例单片机电路1-2与已有技术相同，电池测试***的仪器编号以及8个测试通道的校准系数存储放在看门狗电路中。单片机控制电路主要负责从上位机传送的测试参数(包括恒流放电、恒流充电、恒压充电、静置等工测试参数)、数据处理并发送测试指令。上电工作时，初始化串口以及初始化各个通道状态，并监听串口有无数据，如果有数据则处理串口数据，否则控制各个通道的工作状态。

参照附图2：

本实施例D/A转换电路2-1包括D/A转换芯片U6以及缓冲器U8，D/A转换芯片U6采用MAX541型，D/A转换芯片U6是低功耗、串行输入、电压输出，用单+5V电源工作的串行16位数模转换器，D/A转换芯片U6的DIN、SCLK和CS管脚分别与单片机芯片U1的P11、P16和P14相连接，D/A转换芯片U6的1脚与缓冲器U8的3脚相连接，运算放大器U8用于增加D/A的驱动能力。

本实施例基准电压源电路2-2包括基准电压源芯片U7，基准电压源芯片U7采用精密基准电压源MAX6033型，基准电压源芯片U7用于产生高精度的+2.5V电压源。基准电压源芯片U7的输入端IN与电源VCC5连接，并通过104电容接地，5、6管脚相连接，2管脚接地，为了消除高频或低频干扰，在5、6管脚与模拟地之间接入去耦电容0.1uF和10uF。工作时，基准电压源芯片U7为D/A转换芯片U6提供高精度的+2.5V电压；D/A转换芯片U6的CS为片选端，用于启动D/A转换，SCLK为串行时钟，用于控制D/A转芯片U6的串行输入，DIN为串行数据输入，用于输入D/A转换芯片U6的输入控制值。

参照附图3：

本实施例A/D转换电路6-1包括A/D转换芯片U61，A/D转换芯片U61采用LTC2498型。LTC2498是24位Δ-∑ADC，可对16个单端通道、8个差分通道或两者的组合进行测量。本实施例提供了8个测试通道的电池测试***，每个通道都需要测量电池电压和充放电电流，所以使用A/D转换芯片U61的16个单端通道作为测量16个信号输入通道，不需要外接多路开关。A/D转换芯片U61的CHO接电压和电流测量电路中的运算放大器U46的输出端CH1CM，CH1接运算放大器U45的输出端CH1VM，其他通道与A/D转换芯片U61的连接结构相同。A/D转换芯片U61的1、2、3、4、5、6、7、30、31、32、32脚接地，单片机芯片U1的P10脚接A/D转换芯片U61的SDO脚，电源VCC+5V通过电阻R61接入SDO脚，SDO脚和Fo脚之间接20pF电容，Fo脚接地，单片机芯片U1的P16、P17、P11脚分别接A/D转换芯片U61的SCLK、CS、SDI脚；

A/D转换芯片U61的MUXOUTN脚通过缓冲电路U62接入ADCINN，MUXOUTP通过缓冲电路U63接入ADCINP，REF+接基准电压源芯片U7的+2.5V输出端。A/D转换芯片U61的SCLK为***时钟，用于控制A/D转换芯片U61的采样率及内部工作时序，采样率可高达7.5Hz或15Hz。SCLK为串行时钟，用于控制A/D转换芯片U61的串行输出。单片机芯片U1可以通过控制SCLK来实现对A/D转换芯片U61的数据读取。

参照附图4：

本实施例电压和电流测量电路中的充放电控制方式及电路与已有技术相同，不同的是运算放大器U44、运算放大器U45和运算放大器U46都是采用LTC1012型。运算放大器U45通过电阻R110和电阻R112接入到待测电池两端，用于测量电池两端电压。运算放大器U46的3脚通过电阻R132接到采样电阻R103，采样电阻R103接地，用于测量电池充放电的电流。

本发明的过压过流保护电路与已有技术相同。

本实施例移位逻辑控制电路与已有技术相同。工作时，可由单片机芯片U1向移位存储总线寄存器写入控制字，控制通道工作指示灯的打开或关闭，实现控制采样保持芯片的采样或保持状态；并对电压或电流测量值反馈控制，以及对充放电状态切换进行控制。

本实施例由于A/D转换电路中的A/D转换器使用精准的24位Δ-∑ADC，能够产生最佳的效果，非常适合于测量电池充电等应用中的微细变化，本发明设置了多个电池测试通道，可选择LTC2498的16个单端通道作为信号输入通道，LTC2498包含一个高准确度的、具1/30℃分辨率和2℃绝对准确度的内部温度传感器使得冷结点补偿简单而且准确，通过温度传感器的读数，可记录温度梯度，以保证测试仪不致发生过热现象。在DAC转换电路中采用了16位D/A转换器，只有0.3mA的低供电电流和1LSB的低漂移误差，输出范围为0V至V_REF，可保证恒流充放电的恒流输出值和恒压充电的恒压输出值的高分辨率和高精度；为使LTC2498和MAX541获得高分辨率和高精度，本发明还提供了高精度的+2.5V基准电压源，只有7ppm/℃的低温漂系数和低压差。

参照附图5：

本实施例单片机工作流程如下：

(1)上电1后，要对A/D、串口通信等进行初始化2，为测试做准备。

(2)监听是否有中断3，如果有，则进入中断服务程序9；如果没有，则进入主程序。

(3)进入主程序时，设置一个有8个元素的数组DAdata[8]，用于保存8个通道的D/A输入值，设置参数CHn＝0。

(4)启动D/A转换，刷新通道CHn的D/A输出值，参数CHn的值为0~7，代表1~8个通道。

(5)参数CHn自增1，检测CHn是否大于7，如果没有，循环执行(4)步骤，如果CHn大于7，则循环执行(3)、(4)步骤。

(6)如果有串口中断，检测串口接收的是数据采集命令11，还是控制命令19；如果是数据采集命令11，则进入数据采集程序；如果是控制命令19，则刷新相应通道的工作状态。

(7)如果是数据采集命令11，设置参数CHi为0，选择采样通道CHi，参数Chi的值为0~15，代表A/D转换芯片U61的CHO~CH15。

(8)CHi自增1，检测CHi是否大于15，如果没有，则循环执行(7)步骤；如果大于15，则发送16个采样数据至上位机，并返回主程序(3)。

(9)如果是控制命令19，刷新对应通道CHn的工作状态，则设置通道CHn的反馈状态，写入移位存储总线寄存器U55的控制字；设置D/A的输入值，改变数组DAdata[CHn]的值；设置通道CHn的充放电状态，写入移位存储总线寄存器U53的控制字；设置结束后，返回主程序。

Claims

1.多通道精密二次电池测试***，其特征在于包括由与单片机电路连接的看门狗电路和串口通信电路构成的单片机控制电路，DAC控制电路，充放电切换电路，电压和电流测量电路和过压过流保护电路，其特征在于，所述DAC控制电路包括D/A转换电路、基准电压电源电路、移位逻辑控制电路以及带有若干个测试通道的采样保持电路，每一个采样保持电路分别与充放电电路相连接；所述电压和电流测量电路包括A/D转换电路以及分别与A/D转换电路连接的两个缓冲电路，所述单片机控制电路中的单片机电路分别与D/A转换电路和A/D转换电路相连接；所述充放电切换电路与电压、电流测量电路和过压过流保护电路连接，所述充放电切换电路、电压、电流测量电路和过压过流保护电路均与待测电池相相连，所述电压、电流测量电路与A/D转换电路相连接，所述基准电压源电路与D/A转换电路和A/D转换电路连接。

2.根据权利要求1所述的多通道精密二次电池测试***，其特征在于所述D/A转换电路包括D/A转换芯片U6以及缓冲器U8，D/A转换芯片U6选用16位转换器；D/A转换芯片U6的DIN、SCLK和CS管脚分别与单片机芯片U1的P11、P16和P14相连接，D/A转换芯片U6的1脚与缓冲器U8的3脚相连接。

3.根据权利要求1所述的多通道精密二次电池测试***，其特征在于所述A/D转换电路包括A/D转换芯片U61，A/D转换芯片U61选用24位△-∑ADCLTC2498型转换器，A/D转换芯片U61的CHO接电压和电流测量电路中的运算放大器U46的输出端CH1CM，CH1接运算放大器U45的输出端CH1VM；A/D转换芯片U61的1、2、3、4、5、6、7、30、31、32、32脚接地，A/D转换芯片U61的SDO脚接单片机芯片U1的P10脚，电源VCC+5V通过电阻R61接入SDO脚，SDO脚和Fo脚之间接20pF电容，Fo脚接地，A/D转换芯片U61的SCLK、CS、SDI脚接单片机芯片U1的P16、P17、P11脚。

4.根据权利要求1所述的多通道精密二次电池测试***，其特征在于所述基准电压源电路包括基准电压电源芯片U7，基准电压源芯片U7选用低温度漂移、低噪声基准电压源MAX6033型，基准电压源芯片U7的输入端IN与电源VCC+5V连接，并通过104电容接地，5、6管脚相连接，2管脚接地，在5、6管脚与模拟地之间接入去耦电容0.1uF和10uF。

5.根据权利要求1所述的多通道精密二次电池测试***，其特征在于所述电压和电流测量电路包括运算放大器U45和运算放大器U46，运算放大器U45和运算放大器U46都是选用低漂移运算放大器LTC1012型，运算放大器U45通过电阻R110和电阻R112接入到待测电池两端，运算放大器U46的3脚通过电阻R132接到采样电阻R103，采样电阻R103接地。