鋰電池自動測試系統的研究與設計

萬松峰

（東莞職業技術學院，廣東 東莞 523808）

引言

隨著綠色能源和低碳經濟的發展，客戶對鋰電池生產制造的質量要求越來越高。性能測試是產品質量的必要條件，測試過程的實時監控和信息反饋是實現性能測試可信度的保證。目前鋰離子電池電性能測試一般利用標準化的測量儀器儀表人工手動檢測，沒有形成適合大規模工業化生產需要的自動化生產測試和智能化的測試信息管理，這種測試效率低、成本高，對不良品無法有效實時監控。利用現有測試儀器與嵌入式系統結合實現測試數據實時采集和分析、產品質量的實時監控以及良好的人機界面［1］。鑒于大規模生產的成本等因素的考慮，我們研發一種性能可靠價格合理能夠實現無人操作并能實時反饋測試信息的鋰電池測試設備，該設備采用單片機控制測試儀器對電池電性能參數進行采集，實現電池電性能的自動化測試。

1 測試功能分析

實踐驗證表明，鋰電池的容量、壽命、安全等主要性能指標都能從鋰電池內阻表現出來，鋰電池內阻越小容量越大，內阻值的變化可以預測電池的壽命和安全性能，因此鋰電池內阻是衡量電池性能的一個重要技術指標。鋰電池電性能測試主要集中在內阻測試和電壓測試［2］。該測試系統主要是通過單片機控制測試儀表實現鋰電池內阻和電壓的測量、數據分析以及測試信息的實時顯示與傳輸等［3］。

2 硬件系統

該系統以S3C2410芯片作為核心處理器，該芯片是三星公司一款高性價比的32位微控制器，內含32位ARM920T內核，主頻高達203MHz，內置16KB程序存儲器和數據存儲器、三通道的UART、四通道的DMA等。擴展64M的Flash用于存儲Windows CE嵌入式操作系統、應用程序的代碼等。通過以太網控制器CS8900A擴展一個10M的以太網端口將系統接入Internet網實現遠程監控。系統還設計了鍵盤和LCD顯示實現人機界面。

鋰電池電性能測試系統框圖如下頁圖1所示，S3C2410通過串口總線控制安捷倫34401萬用表實現內阻和電壓的測量。單片機讀取數據后根據設定測試范圍對數據進行分析處理、顯示，并實時傳輸到上位機以實現遠程監控，單片機同時根據程序自動控制繼電器實現執行元件的運行，配合儀表完成自動化測試。該系統也可以通過按鍵手動設置控制測試系統。

3 系統軟件設計

3.1 Windows CE平臺搭建

圖1 硬件系統框圖

在S3C2410芯片上移植WindowsCE嵌入式操作系統首先根據實際硬件配置操作系統和創建驅動程序制作映像文件，然后通過串口下載映像文件。具體系統平臺搭建流程見圖2。操作系統移植后創建應用程序的開發平臺，軟件開發工具包SDK推出了eVC應用程序開發工具，簡化了平臺搭建，可以直接在eVC上進行應用程序的開發、調試和運行。

圖2 系統平臺搭建流程圖

3.2 應用軟件設計

根據鋰電池電性能測試要求設計了如圖3所示的軟件流程圖，該系統軟件采用模塊化程序設計，整個測試程序有初始化模塊、繼電器控制模塊、串口通訊模塊、測量模塊、數據處理模塊、顯示模塊以及遠程通訊模塊等［4］。系統啟動后進入初始化模塊讀取鋰電池測試配置文件設定測量范圍，程序調用繼電器控制模塊程序完成執行元件控制，然后通過串口控制測量儀表進行測量，單片機得到測量數據調用數據處理模塊完成數據處理信息，顯示并通過以太網傳輸信息給上位機。

圖3 軟件系統流程圖

該系統軟件的核心是測量數據的采集即單片機通過串口控制儀表進行數據采集，如下僅以Windows CE下串行通信控制儀表為例介紹應用程序開發過程。Windows CE下串行通信的任務通過調用讀寫文件函數完成，主要有打開串口函數CreateFile（）、讀數據串口函數 ReadFile（）、寫數據串口函數 WriteFile（）和等待串口函數 Wait－CommEvent（）。等待指定通信設備的事件的發生，該函數監視的事件包含在與設備句柄相關聯的事件掩碼中。

單片機通過串口控制儀表程序如下：

4 結語

本文以標準測試儀器與嵌入式系統相結合開發的鋰電池電性能測試系統實現了自動化測量與遠程監控，避免了人為測量誤差，提高了生產效率和信息化管理水平。通過實際應用驗證該設計實現了鋰電池電性能的自動化測量，為鋰電池大規模生產提供可靠的測量平臺［5］。

［1］ 余進，劉奇鲙.測試自動化通用支持平臺建模與設計［J］.電子設計工程，2014，22（22）：134－137.

［2］ 王宏志，武俊峰.基于LabVIEW 的鋰離子動力電池內阻測試系統［J］.自動化技術與應用，2009，28（4）：80－82.

［3］ 楊德甫，宋蓓.電池內阻測量方法分析［J］.延安大學學報（自然科學版），2003，22（1）：47－49.

［4］ 樂浪，安愛民.現場總線在鋰離子電池檢測系統中的應用研究［J］.哈爾濱理工大學學報，2006，11（1）：5－7.

［5］ 華紅艷，宋偉.基于AT89C52的蓄電池監測系統設計［J］.中州大學學報，2015，32（1）：113－116.