CN103823190B - 大容量动力电池综合参数测试装置与测试方法 - Google Patents

Abstract

大容量动力电池综合参数测试装置与测试方法，属于动力电池检测测试技术领域。其特征在于：供电电源通过电源开关（1）与可控恒流直流电源（2）相连，可控恒流直流电源（2）与充放电切换模块（3）互连，充放电切换模块（3）与电池组模块（4）互连，电池组模块（4）、电池组数据采集模块（5）和主控模块（6）依次相连，主控模块（6）与电源开关（1）、可控恒流直流电源（2）、充放电切换模块（3）相连并控制形成互挽对充电路。本发明提供一种节约了能源，消除了安全隐患的大容量动力电池综合参数测试装置，以及提高了测试精度简化了测试过程的大容量动力电池综合参数测试方法。

Description

大容量动力电池综合参数测试装置与测试方法

技术领域

大容量动力电池综合参数测试装置与测试方法，属于动力电池检测测试技术领域。

背景技术

动力电池是近年发展起来的一种新型储能产品。它具有功率密度高，能量密度大，充电时间短，使用寿命长等优异特性。与传统二次电池比具有充放电速度快、功率密度高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性能高的特点。国内目前已成功研制出了容量在200AH以上的超大型动力电池，并应用于电动汽车与电动大巴车。并且具备了充电5分钟可驶50公里的优异特性，将在我国大型交通运载工具领域具有巨大的潜在市场。国内目前对于超大型动力电池的研发与生产正处于飞速发展时期，在大型动力电池的研发与生产中，动力电池的性能是衡量品质优劣的重要指标，其中动力电池的充、放电测试是动力电池性能测试的重要环节。

在现有技术中，在对动力电池进行充电测试时需要将待测电池与恒流源组成测试回路，对动力电池进行充电，通过数据采集模块进行数据的采集，并进行后续的数据分析；而在对动力电池进行放电测试时，需要将待测电池与功率器件（如电阻）相连通，将待测电池内的电量通过功率器件消耗掉，通过数据采集模块进行数据的采集，并进行后续的数据分析。因此，在进行放电测试时，电量会白白消耗掉，同时在电量消耗过程中会发出大量的热量，造成了资源的浪费，同时存在一定的安全隐患。

在进行充、放电测试过程中，测试过程较为复杂，由于测试过程中电流过大，其动态参数与循环寿命的测定较为困难，且测试精度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种节约了能源，消除了安全隐患的大容量动力电池综合参数测试装置，以及提高了测试精度简化了测试过程的大容量动力电池综合参数测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该大容量动力电池综合参数测试装置，其特征在于：包括电源开关、可控恒流直流电源、充放电切换模块、电池组模块、电池组数据采集模块和主控模块，供电电源通过电源开关与可控恒流直流电源相连，可控恒流直流电源与充放电切换模块互连，充放电切换模块与电池组模块互连，电池组模块、电池组数据采集模块和主控模块依次相连，主控模块同时与电源开关、可控恒流直流电源和充放电切换模块相连，主控模块控制可控恒流直流电源、充放电切换模块、电池组模块形成互挽对充电路。

优选的，所述的互挽对充电路包括电池组模块充电测试的互挽对充电路和放电测试的互挽对充电路。

优选的，所述的电池组模块包括第一电池组和第二电池组，第一电池组和第二电池组分别与充放电切换模块并联，通过充放电切换模块与所述的可控恒流直流电源相连。

优选的，所述的第一电池组和第二电池组的输出电压相同且第二电池组的容量不小于第一电池组的容量。

优选的，所述的充放电切换模块包括依次连接的由主控模块分别控制的四个切换开关：第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关以及第四切换开关，每个切换开关均设置有三个端子：COM端、NC端以及NO端；

优选的，第一切换开关的COM端与可控恒流直流电源的输出正极连接，第一切换开关的COM端与第一切换开关的NC端相连，第一切换开关的NC端与第二切换开关的NC端以及第一电池组的正极相连，第一切换开关的NO端与第二切换开关的NO端以及第一电池组的负极相连，第二切换开关的NC端与第二切换开关的COM端相连，第二切换开关的COM端与第三切换开关的COM端相连；第三切换开关的COM端与第三切换开关的NC端相连，第三切换开关的NC端与第四切换开关的NC端以及第二电池组的正极相连，第三切换开关的NO端与第四切换开关的NO端以及第二电池组的负极相连，第四切换开关的NC端与第四切换开关的COM端相连，第四切换开关的COM端与可控恒流直流电源的输出负极连接。

优选的，在所述的电池组模块充电测试的互挽对充电路中，可控恒流直流电源的输出正极通过第一切换开关的COM端、NC端与第一电池组的正极相连，第一电池组的负极依次通过第二切换开关的NO端、COM端以及第三切换开关的COM端、NO端与第二电池组的负极相连，第二电池组的正极通过第四切换开关的NC端、COM端与可控恒流直流电源的输出负极相连形成回路。

优选的，在所述的电池组模块放电测试的互挽对充电路中，可控恒流直流电源的输出正极通过第一切换开关的COM端和NO端与第一电池组的负极相连，第一电池组的正极依次通过第二切换开关的NC端、COM端以及第三切换开关的COM端、NC端与第二电池组的正极相连，第二电池组的负极通过第四切换开关的NO端、COM端与可控恒流直流电源的输出负极相连形成回路。

优选的，设置有与所述的主控模块互连的触摸屏。

一种大容量动力电池综合参数测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，主控模块控制充放电切换模块内的第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关以及第四切换开关动作，形成电池组模块的充电测试的互挽对充电路或放电测试的互挽对充电路；

步骤2，主控模块控制电源开关导通，供电电源经电源开关与可控恒流直流电源连通并为其供电；

步骤3，主控模块控制可控恒流直流电源输出不同的电流值，进行电池组模块的充电测试或放电测试；

步骤4，电池组数据采集模块采集电池组模块的充电测试或放电测试过程的测试数据；

步骤5，电池组数据采集模块将采集到的测试数据上传至主控模块内；

步骤6，主控模块对电池组数据采集模块上传的测试数据进行分析，并通过触摸屏进行显示。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、采用互挽对充电路，利用大电流恒流源进行推动，可实现已充电电池放电能量的回收利用可节能50%以上，节约了能源。

2、同时在放电测试中，被测电池组的电量不通过功率器件放出，避免了资源的浪费，同时减少了发热量，消除了安全隐患。

3、通过主控单元控制的切换开关，可自动实现测试回路的切换，测试过程更加方便，同时提高了测试的精度。

4、由于在测试中测试电流较大，所以在测试过程中可以烧掉经常残留在动力电池正极与负极之间毛刺，避免了动力电池正极与负极之间的短路，实现了短路产品的修复。

附图说明

图1为大容量动力电池综合参数测试装置结构示意图。

图2为大容量动力电池综合参数测试装置充放电切换模块结构及连接示意图。

图3为大容量动力电池综合参数测试装置充电测试回路原理图。

图4为大容量动力电池综合参数测试装置充电测试回路等效原理图。

图5为大容量动力电池综合参数测试装置放电测试回路原理图。

图6为大容量动力电池综合参数测试装置放电测试回路等效原理图。

图7-图8为大容量动力电池综合参数测试装置内阻测试原理图。

图9为大容量动力电池综合参数测试方法流程图。

其中：1、电源开关 2、可控恒流直流电源 3、充放电切换模块 4、电池组模块5、电池组数据采集模块 6、主控模块 7、触摸屏 8、第一电池组 9、第二电池组 10、第一切换开关 11、第二切换开关 12、第三切换开关 13、第四切换开关。

具体实施方式

图1~8是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~8对本发明做进一步说明：

如图1所示，本大容量动力电池综合参数测试装置包括电源开关1、可控恒流直流电源2、充放电切换模块3、电池组模块4、电池组数据采集模块5、主控模块6和触摸屏7。电源开关1连接可控恒流直流电源2，可控恒流直流电源2与充放电切换模块3互连，充放电切换模块3与电池组模块4互连，电池组模块4、电池组数据采集模块5和主控模块6依次相连，主控模块6与触摸屏7互连，同时与电源开关1、可控恒流直流电源2、充放电切换模块3相连。

主控模块6同时与电源开关1、可控恒流直流电源2、充放电切换模块3相连，并对其工作状态进行控制。交流电源380V与电源开关1相连，通过电源开关1将电源加载在可控恒流直流电源2的电源输入端，可控恒流直流电源2将交流电转换为可调节的恒流直流电源，可控恒流直流电源2通过充放电切换模块3与电池组模块4相连，通过主控模块6对充放电切换模块3的切换改变电池组模块4内电池组的连接方式，实现电池组模块4的充、放电测试的互挽对充电路。在测试过程中，电池组数据采集模块5采集并记录测试数据，将采集到的数据送至主控模块6内，由主控模块6进行处理，主控模块6与触摸屏7互连，将测试数据送至触摸屏7进行显示，同时触摸屏7可向主控模块6发出控制信号，由触控模块6进行相应的控制。

如图2所示，充放电切换模块3内部包括依次连接的四组切换开关：第一切换开关10、第二切换开关11、第三切换开关12以及第四切换开关13，每个切换开关均设置有三个端子：COM端、NC端以及NO端，第一切换开关10、第二切换开关11、第三切换开关12以及第四切换开关13同时由主控模块6进行控制。依次连接的四组切换开关串联在可控恒流直流电源2输出正、负极之间，电池组模块4与四组切换开关并联。

电池组模块4内部包含有第一电池组8和第二电池组9，其中第一电池组8为被测电池组，第二电池组9为在测试时与第一电池组8配合的配放电池组。第一电池组8和第二电池组9的电压等级一致且第二电池组9的容量不小于第一电池组8的容量。

在非工作状态下的充放电切换模块3内部，第一切换开关10的COM端与可控恒流直流电源2的输出正极连接，第一切换开关10的COM端与第一切换开关10的NC端相连。第一切换开关10的NC端与第二切换开关11的NC端相连，第一切换开关10的NO端与第二切换开关11的NO端相连，第二切换开关11的NC端与第二切换开关11的COM端相连。第二切换开关11的COM端与第三切换开关12的COM端相连，第三切换开关12的COM端与第三切换开关12的NC端相连。第三切换开关12的NC端与第四切换开关13的NC端相连，第三切换开关12的NO端与第四切换开关13的NO端相连，第四切换开关13的NC端与第四切换开关13的COM端相连，第四切换开关13的COM端与可控恒流直流电源2的输出负极连接。

第一电池组8的正极同时与第一切换开关10和第二切换开关11的NC端相连，第一电池组8的负极同时与第一切换开关10和第二切换开关11的NO端相连。第二电池组9的正极同时与第三切换开关12和第四切换开关13的NC端相连，第二电池组9的负极同时与第三切换开关12和第四切换开关13的NO端相连。

如图3所示，在需要对第一电池组8进行充电测试时，第二切换开关11内的COM端与NC端断开并与NO端连接，同时第三切换开关12内的COM端与NC端断开并与NO端连接。此时可控恒流直流电源2的输出正极通过第一切换开关10的COM端和NC端与第一电池组8的正极相连，第一电池组8的负极依次通过第二切换开关11的NO端、COM端以及第三切换开关12的COM端、NO端与第二电池组9的负极相连，第二电池组9的正极通过第四切换开关13的NC端、COM端与可控恒流直流电源2的输出负极相连形成回路。形成如图4所示的充电测试的互挽对充电路的等效电路。

在图4所示的等效电路中，可控恒流直流电源2的电流自其输出正极输出，经过第一切换开关10进入第一电池组8的正极，由第一电池组8的负极输出后依次经过第二切换开关11和第三切换开关12后进入第二电池组9的负极，由第二电池组9的正极输出后经第四切换开关13流回可控恒流直流电源2的负极形成互挽对充电路。形成互挽对充电路之后，在可控恒流直流电源2的推动作用下，为第一电池组8进行充电。此时第二电池组9放电，其内的电量进入第一电池组8内，实现对第一电池组8进行充电性能测试，在测试过程中，电池组数据采集模块5对充电测试的测试参数进行记录和采集，并送至主控模块6内进行分析，并可由主控模块6控制触摸屏7进行显示。

如图5所示，在需要对第一电池组8进行放电测试时，第一切换开关10内的COM端与NC端断开并与NO端连接，同时第四切换开关13内的COM端与NC端断开并与NO端连接。此时可控恒流直流电源2的输出正极通过第一切换开关10的COM端和NO端与第一电池组8的负极相连，第一电池组8的正极依次通过第二切换开关11的NC端、COM端以及第三切换开关12的COM端、NC端与第二电池组9的正极相连，第二电池组9的负极通过第四切换开关13的NO端、COM端与可控恒流直流电源2的输出负极相连形成回路。形成如图6所示的充电测试的互挽对充电路的等效电路。

在图6所示的等效电路中，可控恒流直流电源2的电流自其输出正极输出，经过第一切换开关10进入第一电池组8的负极，由第一电池组8的正极输出后依次经过第二切换开关11和第三切换开关12后进入第二电池组9的正极，由第二电池组9的负极输出后经第四切换开关13流回可控恒流直流电源2的负极形成互挽对充电路。形成互挽对充电路之后，第一电池组8放电，在可控恒流直流电源2的推动作用下，第一电池组8放出的电量进入第二电池组9内，实现对第一电池组8进行放电性能测试，在测试过程中，电池组数据采集模块5对放电测试的测试参数进行记录和采集，并送至主控模块6内进行分析，并可由主控模块6控制触摸屏7进行显示。

采用互挽对充电路，利用大电流恒流源进行推动，可实现已充电电池放电能量的回收利用可节能50%以上，节约了能源。同时在放电测试中，被测电池组的电量不通过功率器件放出，避免了资源的浪费，同时减少了发热量，消除了安全隐患。

如图7~8所示的内阻测试原理图中，首先利用图7所示的原理图以恒定电流I₁（电池的l倍率充放电电流）对电池充电到规定电压U_W，充电时间不超过40min，温度不超过40℃。充电完成后，断开充电电路，测量l0ms后电池两端开路电压值U₁。按下式计算内阻值：

R=(U_W—U₁)／I₁

式中：

R——电池的内阻，单位：Ω；

U₁——电池停止充电后l0ms时的电压，单位：V。

本大容量动力电池综合参数测试装置中，主控模块6通过PLC实现，也可通过其他方式实现，如工控电脑或采用单片机制作的控制器。

充放电切换模块3内第一切换开关10、第二切换开关11、第三切换开关12以及第四切换开关13可通过继电器实现，也可通过无触点开关实现。

如图9所示的大容量动力电池综合参数测试方法流程图中，包括如下步骤：

步骤1，主控模块6控制充放电切换模块进行切换；

主控模块6控制充放电切换模块3内的第一切换开关10、第二切换开关11、第三切换开关12以及第四切换开关13动作，实现如图3所示的充电测试的互挽对充电路或如图5所示的放电测试的互挽对充电路。

在实现充电测试回路时，主控模块6控制第二切换开关11和第三切换开关12动作，第二切换开关11内的COM端与NC端断开并与NO端连接，第三切换开关12内的COM端与NC端断开并与NO端连接，实现如图3所示的充电测试回路。

在实现放电测试回路时，主控模块6控制第一切换开关10和第四切换开关13动作，第一切换开关10内的COM端与NC端断开并与NO端连接，第四切换开关13内的COM端与NC端断开并与NO端连接，实现如图5所示的放电测试回路。

步骤2，主控模块6控制电源开关1导通；

主控模块6控制电源开关1导通，交流电380V经电源开关1与可控恒流直流电源2连通并为其供电。

步骤3，主控模块6控制可控恒流直流电源2工作；

工作人员根据测试需要，通过主控模块6控制可控恒流直流电源2输出相应的电流值，进行电池组模块4的充、放电测试。

步骤4，电池组数据采集模块5进行数据采集；

在对电池组模块4进行充、放电测试时，电池组数据采集模块5对测试过程中的测试数据进行采集。

步骤5，电池组数据采集模块5进行数据上传；

电池组数据采集模块5将采集到的测试数据上传至主控模块6内。

步骤6，主控模块6进行数据的分析和显示；

主控模块6对电池组数据采集模块5上传的测试数据进行分析，并通过触摸屏7进行显示。

通过主控模块6控制的切换开关，可自动实现测试回路的切换，测试过程更加方便，同时提高了测试的精度。

在对电池组模块4进行充放电测试时，同时可实现如下测试：

（1）、第一电池组8循环寿命的测试；

（2）、可按2.5C倍率进行充电和放电的自动循环的测试；

（3）、采用大电流积分法实现容量的精确计算；

可采用2.5C倍率进行大电流充放电，并利用电池组数据采集模块5内的高精度霍尔电流变送器，进行电流采样。通过16位AD转换利用计算机通过电流积分法获得充放电容量的安时数AH；

（4）通过实施数据采集和数据分析利用最小二乘法实现充放电曲线拟合；

（5）可对同批次电池的测定参数进行产品质量的一致性评测。

对于同一批条件下生产的动力电池：R₁、R₂……R_n，其容量分别为：AH₁、AH₂……AH_n；

平均值；

均方差

利用3原则进行同批次生产的产品质量一致性评测。

除去上述的测试外，主控模块同时可通过控制充放电切换模块3实现如图7~8所示的测试回路实现第一电池组8内阻的精确测定。

在测试过程中，由于测试电流较大，所以在测试过程中可以烧掉经常残留在动力电池正极与负极之间毛刺，避免了动力电池正极与负极之间的短路，实现了短路产品的修复。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种大容量动力电池综合参数测试装置，其特征在于：包括电源开关（1）、可控恒流直流电源（2）、充放电切换模块（3）、电池组模块（4）、电池组数据采集模块（5）和主控模块（6），供电电源通过电源开关（1）与可控恒流直流电源（2）相连，可控恒流直流电源（2）与充放电切换模块（3）互连，充放电切换模块（3）与电池组模块（4）互连，电池组模块（4）、电池组数据采集模块（5）和主控模块（6）依次相连，主控模块（6）同时与电源开关（1）、可控恒流直流电源（2）和充放电切换模块（3）相连，主控模块（6）控制可控恒流直流电源（2）、充放电切换模块（3）、电池组模块（4）形成互挽对充电路；

所述的互挽对充电路包括电池组模块（4）充电测试的互挽对充电路和放电测试的互挽对充电路；

所述的电池组模块（4）包括第一电池组（8）和第二电池组（9），第一电池组（8）和第二电池组（9）分别与充放电切换模块（3）并联，通过充放电切换模块（3）与所述的可控恒流直流电源（2）相连；

所述的充放电切换模块（3）包括依次连接的由主控模块（6）分别控制的四个切换开关：第一切换开关（10）、第二切换开关（11）、第三切换开关（12）以及第四切换开关（13），每个切换开关均设置有三个端子：COM端、NC端以及NO端；

在所述的电池组模块（4）充电测试的互挽对充电路中，可控恒流直流电源（2）的输出正极通过第一切换开关（10）的COM端、NC端与第一电池组（8）的正极相连，第一电池组（8）的负极依次通过第二切换开关（11）的NO端、COM端以及第三切换开关（12）的COM端、NO端与第二电池组（9）的负极相连，第二电池组（9）的正极通过第四切换开关（13）的NC端、COM端与可控恒流直流电源（2）的输出负极相连形成回路。

2.根据权利要求1所述的大容量动力电池综合参数测试装置，其特征在于：所述的第一电池组（8）和第二电池组（9）的输出电压相同且第二电池组（9）的容量不小于第一电池组（8）的容量。

3.根据权利要求1所述的大容量动力电池综合参数测试装置，其特征在于：所述的第一切换开关（10）的COM端与可控恒流直流电源（2）的输出正极连接，第一切换开关（10）的COM端与第一切换开关（10）的NC端相连，第一切换开关（10）的NC端与第二切换开关（11）的NC端以及第一电池组（8）的正极相连，第一切换开关（10）的NO端与第二切换开关（11）的NO端以及第一电池组（8）的负极相连，第二切换开关（11）的NC端与第二切换开关（11）的COM端相连，第二切换开关（11）的COM端与第三切换开关（12）的COM端相连；第三切换开关（12）的COM端与第三切换开关（12）的NC端相连，第三切换开关（12）的NC端与第四切换开关（13）的NC端以及第二电池组（9）的正极相连，第三切换开关（12）的NO端与第四切换开关（13）的NO端以及第二电池组（9）的负极相连，第四切换开关（13）的NC端与第四切换开关（13）的COM端相连，第四切换开关（13）的COM端与可控恒流直流电源（2）的输出负极连接。

4.根据权利要求1所述的大容量动力电池综合参数测试装置，其特征在于：在所述的电池组模块（4）放电测试的互挽对充电路中，可控恒流直流电源（2）的输出正极通过第一切换开关（10）的COM端和NO端与第一电池组（8）的负极相连，第一电池组（8）的正极依次通过第二切换开关（11）的NC端、COM端以及第三切换开关（12）的COM端、NC端与第二电池组（9）的正极相连，第二电池组（9）的负极通过第四切换开关（13）的NO端、COM端与可控恒流直流电源（2）的输出负极相连形成回路。

5.根据权利要求1所述的大容量动力电池综合参数测试装置，其特征在于：设置有与所述的主控模块（6）互连的触摸屏（7）。

6.一种权利要求1~5任一项所述的大容量动力电池综合参数测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，主控模块（6）控制充放电切换模块（3）动作，形成电池组模块（4）的充电测试的互挽对充电路或放电测试的互挽对充电路；

步骤2，主控模块（6）控制电源开关（1）导通，供电电源经电源开关（1）与可控恒流直流电源（2）连通并为其供电；

步骤3，主控模块（6）控制可控恒流直流电源（2）输出不同的电流值，进行电池组模块（4）的充电测试或放电测试；

步骤4，电池组数据采集模块（5）采集电池组模块（4）的充电测试或放电测试过程的测试数据；

步骤5，电池组数据采集模块（5）将采集到的测试数据上传至主控模块（6）内；

步骤6，主控模块（6）对电池组数据采集模块（5）上传的测试数据进行分析，并通过触摸屏（7）进行显示。