锂电池自动测试系统的研究与设计

万松峰

（东莞职业技术学院，广东 东莞 523808）

引言

随着绿色能源和低碳经济的发展，客户对锂电池生产制造的质量要求越来越高。性能测试是产品质量的必要条件，测试过程的实时监控和信息反馈是实现性能测试可信度的保证。目前锂离子电池电性能测试一般利用标准化的测量仪器仪表人工手动检测，没有形成适合大规模工业化生产需要的自动化生产测试和智能化的测试信息管理，这种测试效率低、成本高，对不良品无法有效实时监控。利用现有测试仪器与嵌入式系统结合实现测试数据实时采集和分析、产品质量的实时监控以及良好的人机界面［1］。鉴于大规模生产的成本等因素的考虑，我们研发一种性能可靠价格合理能够实现无人操作并能实时反馈测试信息的锂电池测试设备，该设备采用单片机控制测试仪器对电池电性能参数进行采集，实现电池电性能的自动化测试。

1 测试功能分析

实践验证表明，锂电池的容量、寿命、安全等主要性能指标都能从锂电池内阻表现出来，锂电池内阻越小容量越大，内阻值的变化可以预测电池的寿命和安全性能，因此锂电池内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。锂电池电性能测试主要集中在内阻测试和电压测试［2］。该测试系统主要是通过单片机控制测试仪表实现锂电池内阻和电压的测量、数据分析以及测试信息的实时显示与传输等［3］。

2 硬件系统

该系统以S3C2410芯片作为核心处理器，该芯片是三星公司一款高性价比的32位微控制器，内含32位ARM920T内核，主频高达203MHz，内置16KB程序存储器和数据存储器、三通道的UART、四通道的DMA等。扩展64M的Flash用于存储Windows CE嵌入式操作系统、应用程序的代码等。通过以太网控制器CS8900A扩展一个10M的以太网端口将系统接入Internet网实现远程监控。系统还设计了键盘和LCD显示实现人机界面。

锂电池电性能测试系统框图如下页图1所示，S3C2410通过串口总线控制安捷伦34401万用表实现内阻和电压的测量。单片机读取数据后根据设定测试范围对数据进行分析处理、显示，并实时传输到上位机以实现远程监控，单片机同时根据程序自动控制继电器实现执行元件的运行，配合仪表完成自动化测试。该系统也可以通过按键手动设置控制测试系统。

3 系统软件设计

3.1 Windows CE平台搭建

图1 硬件系统框图

在S3C2410芯片上移植WindowsCE嵌入式操作系统首先根据实际硬件配置操作系统和创建驱动程序制作映像文件，然后通过串口下载映像文件。具体系统平台搭建流程见图2。操作系统移植后创建应用程序的开发平台，软件开发工具包SDK推出了eVC应用程序开发工具，简化了平台搭建，可以直接在eVC上进行应用程序的开发、调试和运行。

图2 系统平台搭建流程图

3.2 应用软件设计

根据锂电池电性能测试要求设计了如图3所示的软件流程图，该系统软件采用模块化程序设计，整个测试程序有初始化模块、继电器控制模块、串口通讯模块、测量模块、数据处理模块、显示模块以及远程通讯模块等［4］。系统启动后进入初始化模块读取锂电池测试配置文件设定测量范围，程序调用继电器控制模块程序完成执行元件控制，然后通过串口控制测量仪表进行测量，单片机得到测量数据调用数据处理模块完成数据处理信息，显示并通过以太网传输信息给上位机。

图3 软件系统流程图

该系统软件的核心是测量数据的采集即单片机通过串口控制仪表进行数据采集，如下仅以Windows CE下串行通信控制仪表为例介绍应用程序开发过程。Windows CE下串行通信的任务通过调用读写文件函数完成，主要有打开串口函数CreateFile（）、读数据串口函数 ReadFile（）、写数据串口函数 WriteFile（）和等待串口函数 Wait－CommEvent（）。等待指定通信设备的事件的发生，该函数监视的事件包含在与设备句柄相关联的事件掩码中。

单片机通过串口控制仪表程序如下：

4 结语

本文以标准测试仪器与嵌入式系统相结合开发的锂电池电性能测试系统实现了自动化测量与远程监控，避免了人为测量误差，提高了生产效率和信息化管理水平。通过实际应用验证该设计实现了锂电池电性能的自动化测量，为锂电池大规模生产提供可靠的测量平台［5］。

［1］ 余进，刘奇鲙.测试自动化通用支持平台建模与设计［J］.电子设计工程，2014，22（22）：134－137.

［2］ 王宏志，武俊峰.基于LabVIEW 的锂离子动力电池内阻测试系统［J］.自动化技术与应用，2009，28（4）：80－82.

［3］ 杨德甫，宋蓓.电池内阻测量方法分析［J］.延安大学学报（自然科学版），2003，22（1）：47－49.

［4］ 乐浪，安爱民.现场总线在锂离子电池检测系统中的应用研究［J］.哈尔滨理工大学学报，2006，11（1）：5－7.

［5］ 华红艳，宋伟.基于AT89C52的蓄电池监测系统设计［J］.中州大学学报，2015，32（1）：113－116.