試述電池充放電測試系統(tǒng)的校準方法

梁國鼎

【摘要】充電電池的安全性能主要是依靠電池充放電測試儀檢測的準確度，因此電池充放電測試儀計量的特性是否準確就非常重要。本文就針對電池充放電測試系統(tǒng)的校準方法進行了論述。

【關鍵詞】電池;充放電;測試系統(tǒng);校準方法

1充放電測試儀測試原理與計量特性

1.1充電過程

使用恒流充電法充電時，充電電源需要在充電過程中一直保持電流維持在恒定的數(shù)值，但隨著充電的進行，電池能夠承受電流的能力會逐漸降低，當?shù)竭_充電后期，充電電流多用于電解水因而產(chǎn)生氣體。使用恒壓充電法進行充電，充電過程中需要保證充電電壓一直保持在一個額定數(shù)值上，但隨著蓄電池內(nèi)的電壓升高，電流就會開始減少。相對恒流充電法，此方法充電更加接近完美的充電曲線。雖然這種方法電解水相對較少，能夠有效防止過充的情況，但是存在一個比較大的弊端，就是前期因為電流非常大，容易造成蓄電池電極板發(fā)生彎曲，直接影響到蓄電池的使用壽命，嚴重時可能造成電池直接報廢。最好的方式就是用恒流與恒壓兩種方式交替充電，前期通過恒流的方式進行充電，能夠急速地讓電池達到額定的電壓，當?shù)竭_額定電壓后換為恒壓方式對剩余部分進行充電。

1.2放電過程

在放電過程中電池充放電測試儀是類似電子負載的狀態(tài)。放電過程有恒定電阻、恒定電流和恒定功率3種放電方式，通過設置模式對電流或功率消耗以達到恒定。在實際中最常用的放電方式就是恒定電流放電。在現(xiàn)場進行校準時，使用蓄電池作為電源供電，進行恒定電流放電，產(chǎn)生的電流參數(shù)值作為主要校準的對象。

2充放電測試儀校準措施

2.1對充放電電壓進行校準

2.1.1標準電壓源法校準

標準電壓源法的原理就是使用標準電壓源所提供的標準電壓對測試儀進行校準。調(diào)整時，首先需要保證需要進行調(diào)校的電池充放電測試儀是處在擱置狀態(tài)的，再對量程進行合理選擇，再選擇有效的校準點與之結(jié)合進行調(diào)校。這種檢測方法能夠?qū)α砍谭秶鷥?nèi)的任何一點進行校準，調(diào)校中對于標準電壓源的準確度要求比較高。如果調(diào)校等級要求很高，所需要的電壓源準確度也會相應的提高。不過此類電壓源也存在體積大的問題，攜帶不方便，并且對于調(diào)校時現(xiàn)場環(huán)境也有較高的要求。

2.1.2標準電壓表法校準

使用標準電壓表法進行校準需要提前設置電池充放電測試儀，將測試儀調(diào)整為恒壓充電模式，再用電阻模式對直流電子負載進行設置，以實現(xiàn)對充電電壓的校準?，F(xiàn)場校準時，使用等級比較高的數(shù)字電壓表作為標準，將多個蓄電池進行串聯(lián)來當作直流電子負載，對產(chǎn)生的數(shù)值進行校準。這種校準方式能夠有效利用現(xiàn)場中已有的器件，不過存在電壓校準值完全依賴于現(xiàn)場能夠提供的蓄電池的數(shù)量，以及能夠產(chǎn)生電量的大小。

2.2充電電流的校準

恒流充電模式是充放電測試儀對充電電流進行校準的主要模式。在這種模式下，一般會采用標準電流表法、直流分流器法和電流傳感器法3種校準方式，并在測試時，都要將直流電子負載設置為恒定阻值的模式。充電校準時，對充電電流低于10A的充放電測試儀，因其是等級比較低的充放電測試儀，一般用的是標準電流表法進行校準。這種校準方式連線比較簡單，測試比較方便，不過只能對處在標準電流表量程允許范圍內(nèi)的測試儀進行校準。而處在中等等級劃分的電池充放電測試儀就可以使用直流分流器法作為校準的方法。使用標準電壓表及標準電阻間接對充放電測試儀的充電電流做出校準。由于校準準確度與標準電阻有著直接關系，因而在校準時還要考慮到電阻運行發(fā)熱使電阻阻值發(fā)生波動的情況。

2.3充放電測試儀放電校準

采用恒定電流放電這種模式進行校準是電池充放電測試儀進行放電電流校準的主要形式。此時電池充放電測試儀就等于是電子負載，通過設定好的消耗數(shù)值在穩(wěn)定的直流電源中進行放電，采用與充電電流校準方式相類似的校準方式，在恒定電流的放電模式下，使用充電電流的3種方式進行校準。

3電池充放電測試儀中智能測試系統(tǒng)的應用

3.1系統(tǒng)設計原理

在總體設計中包含上位機、中位機、下位機系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)四部分。上位機主要作用是對設備運行做出編輯，對設備具體的運行狀態(tài)進行實時顯示，將測試獲得的數(shù)據(jù)進行存儲記錄并進行統(tǒng)計分析。中位機主要是起到通信橋梁作用，連接著上位機與下位機，將兩者之間的數(shù)據(jù)及命令進行傳遞，以實現(xiàn)對通道并聯(lián)和脫機運行進行管理，與第三方設備進行對接。下位機是整個測試系統(tǒng)最終的執(zhí)行體，對需要完成的測試任務做出相應的控制流程，對通道進行控制并充放電，將測試數(shù)據(jù)進行采集并上傳。最后通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將設備運行的有效關鍵信息進行整體分析并存儲，以便需要時能夠隨時獲取。

3.2系統(tǒng)各模塊介紹

3.2.1下位機系統(tǒng)介紹

下位機的電路主要分為交流側(cè)與直流側(cè)兩個部分，交流側(cè)部分主要是由三相PWM整流器組成，直流側(cè)由雙向Buck/Boost變換器組成。充電時，整流器對電流進行整理，對直流母線提供穩(wěn)定電壓，并做到單位功率因數(shù)控制，而直流側(cè)通過變換器進行降壓，以實現(xiàn)對電池進行充電。當處于放電時，直流側(cè)通過變換器轉(zhuǎn)變?yōu)樯龎耗Ｊ剑髌鲗㈦妷哼M行逆變，保持直流母線電壓處在穩(wěn)定的狀態(tài)下，同時將釋放的數(shù)據(jù)信息進行反饋。在充放電時使用電壓、電流雙閉環(huán)進行控制，對輸出電壓與電流就能夠做到精確控制。因此，只需要對策略組合給定信號進行改變就能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制，從而能夠廣泛應用在各種電池充放電設備中。

3.2.2中位機系統(tǒng)介紹

作為上位機、下位機之間重要的傳輸紐帶，中位機系統(tǒng)的核心主要是互聯(lián)網(wǎng)通信電路、SPI電路及USB電路等。該系統(tǒng)的功能主要是與上位機、下位機進行通信，接收從上位機上傳來的命令并進行處理，生成任務文件并傳遞給下位機，接收從下位機傳輸?shù)姆答伜蛿?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行上傳。如果處在脫機狀態(tài)，該系統(tǒng)能夠通過已經(jīng)存在的命令文檔維持下位機繼續(xù)運行，將脫機數(shù)據(jù)進行保存。該系統(tǒng)通過輔助通道對數(shù)據(jù)進行采樣并傳遞給上位機。同時，該系統(tǒng)能通過物聯(lián)網(wǎng)將充放電測試系統(tǒng)運行時獲得的有效關鍵信息進行傳輸，以便于需求者進行獲取。最重要的是中位機有著豐富的第三方接口，方便掛載第三方設備或者對設備進行完美擴展。

3.2.3上位機系統(tǒng)概述

上位機作為系統(tǒng)中人機交互的關鍵層，能夠直觀地將結(jié)果進行展示，是給工作人員進行命令發(fā)布的重要區(qū)域。上位機通過軟件的功能對電池充放電設備實施監(jiān)視、控制，接收中位機采集到的數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)，并通過顯示器顯示，對硬件進行校準，對相關數(shù)據(jù)進行管理，如果出現(xiàn)報警，需要排除問題以保證系統(tǒng)正常運行。

3.2.4物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在測試儀中的作用

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端、管理云平臺以及物聯(lián)網(wǎng)應用三部分組成。整個電池充放電系統(tǒng)最為關鍵的就是設備在運行中通過中位機對數(shù)據(jù)進行采集，再通過智能終端將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)管理平臺中。管理平臺對數(shù)據(jù)進行分析并保存，再借助物聯(lián)網(wǎng)移動應用及時地提供管理和故障報警服務。當前比較流行的移動APP、微信公眾號等都可以作為有效跟蹤設備運行的物聯(lián)網(wǎng)移動應用，有利于用戶及時處理出現(xiàn)的問題。

結(jié)語

電池充放電測試儀作為檢測電池充放電性能最為重要的設備，也需要與時俱進，與物聯(lián)網(wǎng)進行完美結(jié)合，從而讓檢測獲得的結(jié)果更加可靠。因此，加強物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在電池充放電測試中的應用，同時也要加強對系統(tǒng)安全的保護。

參考文獻

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