动力电池组测试平台设计

　　4 系统软件设计

　　数据采集系统软件分为主程序、电流检测及安时检测、瓦时检测、电压检测、温度检测以及RS232程序。系统上电后， 主程序开始运行。首先进行系统初始化， 之后进入主循环， 然后循环调用其他子程序模块， 完成各个参数的采集、通讯等功能。

　　上位机监控软件在VC + + 6. 0 编程环境下完成， 整个应用程序采用模块化和结构化模式： 各个程序模块分别设计， 然后用最小的接口组合起来， 控制明确地从一个程序模块转移到下一个模块。该监控系统包括：

　　数据显示： 实时显示电池数据采集系统所检测到的电池总电压、单体电压、电流、充放电总容量、充放电总能量、温度等信息， 将接收到的数据按时间先后顺序存储到access形式的数据库中。读取已存储的access库， 以列表的形式在界面上显示数据。

　　参数设置及校准： 在数据采集系统上电后， 通过RS232接口和PC 之间的通讯， 根据事先设定的通信协议， 对电池的信息进行修改， 或对芯片进行软件校准等。

　　数据处理： 分析收到的电压、温度数据， 计算出最高、最低电压/温度， 及其位置信息， 并实时显示。

　　另外数据采集系统已实现电池容量变化的实时计算， 但实际应用场合， 通过电流积分来进行SOC 估算存在累计误差， 所以需要定期修正。在上位机程序中， 有预留的模块添加用于SOC 修正的代码。在进行SOC 估算的实验时， 可根据实时收到的电池相关参数， 结合程序事先设置好的修正方法， 实现SOC在线估算。

　　充放电设备控制： 在上位机程序中有预留的模块用于添加充放电设备的控制程序， 使电池的电压、温度、充放电容量、充放电能量等相关参数都能参与电池的充放电控制和管理。在电池充放电过程中，上位机分析收到的电池状态和信息， 同时判断电池组中所有电池是否发生过充电、过放电或过温， 由于充放电设备与上位机之间存在CAN 通信， 会及时按照上位机的程序指令动作。这种控制模式可以方便的用于电池组充放电策略的研究， 上位机按照预先设定好的控制策略计算出充放电设备的电压、电流控制值， 并发送给充放电设备使其动作。同时这种控制模式也可以模拟电动汽车的实际运行情况， 提高了充放电设备的智能化水平， 简化了充电工作人员设置充电参数等繁琐的工作， 使得充电机具有了更好的适应性， 充电机只需要得到上位机提供的指令就能实现安全充电。

　　5 系统测试

　　为了测试该系统， 使用3. 7V /80Ah的锰酸锂电池做恒流恒压充电试验。在上位机程序中设置如下参数： 恒流阶段充电电流80A, 充电截止电压4. 2V,恒压阶段截止电流0. 1A, 得到的充电曲线如图4所示。

图4 恒流恒压充电曲线

　　从图中可以看到， 在恒流充电时， 电流值保持恒定， 电压稳步上升， 达到截止电压后， 电池开始恒压充电， 电压值基本稳定， 电流值逐渐下降至截止电流， 达到了控制目的。在整个测试过程中， 充电机能够及时准确的按照上位机的编程指令动作， 系统工作稳定， 实时性好， 采样精度高， 其中电压测量相对误差最大值为0. 5%, 电流测量平均误差为0. 41%,温度测量误差为0. 5%, 安时、瓦时计量误差均在0. 5% 以内， 符合设计要求。

　　6 结论

　　该测试平台能够准确反应电池状态的变化， 为最大限度的发挥电池性能， 提高电池使用效率， 实现电池容量和能量的高效利用提供数据支持， 达到了设计要求。上位机监控程序模块化， 结构化的优点，保证了系统良好的功能扩展性， 为动力电池的性能测试、算法验证、充电方法研究提供了可靠的平台，为电动汽车的推广使用奠定了基础。

　摘要： 随着电动汽车产业的发展， 电池需求数量急剧增长， 对电池测试设备的需求也在同步增长。提出了一种电池组测试平台， 并着重介绍了数据采集系统与上位机监控系统的设计。以MC9S12DT128B微控制器为核心的电池数据采集系统， 实时检测电池的相关信息， 并将数据发送至上位机， 为电池状态估算提供依据。上位机监控系统用VC++ 编写， 用于数据的读取及存储、参数设置、校准， 同时可以控制充放电设备按照编程指令输出电流， 以满足不同的实验要求。经实验验证， 本系统对电池信息进行实时检测具有较高的精度， 系统运行稳定、可靠。

　　1 前言

　　作为电动汽车的能量存储部件， 电池的功率密度、储电能力、安全性等不仅决定着电动车的行驶里程和行驶速度， 更关系到电动车的使用寿命及市场前景。目前， 电池在实际使用中普遍存在的问题是电荷量不足， 一次充电行驶里程难以满足实用要求。

　　另外， 用可测得的电池参数对电池荷电状态（ SOC,S tate- O f- Charge）作出准确、可靠的估计， 也一直是电动汽车和电池研究人员关注并投入大量精力的研究课题。因此有必要建立动力电池测试平台， 利用该平台对电池相关参数进行全面、精确的测量， 实现电池性能试验， 工况模拟和算法研究， 确定最合理的充放电方式及更为精确的SOC 估算方法， 从而合理的分配和使用电池有限的能量， 尽可能延长电池的使用寿命， 进一步降低电动汽车的整车成本。与以往的电池测试系统相比， 该测试平台可全面监测电池相关参数， 并加入充放电能量的计量， 可从能量的角度对电池的性能进行描述， 从能量状态（ SOE,Sta te- O f- Energy）的角度对电池的使用效率进行分析。系统硬件电路具有电池过电压、欠电压保护及均衡功能， 可对单体电池进行监视和保护， 减小电池间的不一致性。在充放电设备与上位机之间建立通信， 控制充电机按照编程指令改变控制策略和输出电流， 检验充放电电流大小、方式和环境条件对电池的电荷量及使用寿命的影响。

　　2 测试平台结构

　　测试平台的结构如图1所示， 以单片机为核心的电池数据采集系统直接对电池组的单体电压、总电压、温度、电流、充放电容量、充放电能量等信息进行精确测量， 并通过RS232总线将数据发送到上位机。由微型计算机构成的上位机监控系统， 实时显示并记录接收到的测试数据， 对数据进行分析， 监控测试系统工作状态。另外可根据具体的实验要求，控制充放电设备按照编程指令输出电流， 模拟电池在某些特定条件下的使用情况。充放电设备实现电池组的充放电， 完成电池和电网之间能量的双向流动， 与监控PC 机通过CAN 通信， 可接收监控PC机的编程控制指令。文中主要完成数据采集系统、上位机监控系统的设计并实现各部分之间的实时通讯。

图1 平台结构图