董雅順

（蘇州市計量測試院，江蘇 蘇州 215128）

0 引 言

當前我國對于新能源大力推薦，充電電池因其環(huán)保優(yōu)勢被廣泛用于各行各業(yè)。隨著技術的不斷進步，充電電池由小型的電子設備和電動設備轉到了大型的電動工具中，如電動汽車和電動自行車，促進了電池行業(yè)這個電動設備的核心產業(yè)快速發(fā)展。電池在使用中如果存在不當或者缺少維護，會造成電池性能下降，甚至出現安全問題。因而電池充放電測試儀在整個電動設備發(fā)展中就顯得很重要，該儀器能夠及時對電池檢測充放電性能。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[1]。

1 充放電測試儀測試原理與計量特性

當前所使用的充放電測試儀都具備多種測試功能，可以做到多通道共同充放電測試。電池充放電測試儀最主要的工作就是充電和放電兩個過程。

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，當到達充電后期，充電電流多用于電解水因而產生氣體。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值上，但隨著蓄電池內的電壓升高，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，當到達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，產生的電流參數值作為主要校準的對象[2]。

2 充放電測試儀校準措施

目前，在我國使用的比較多的方式就是通過精準比較高的數字多用表和標準電阻再加上一些輔助元件組組合，得到用于校準的檢測平臺，再通過該平臺進行校準。使用這種組合式的檢測平臺只能對電壓和電流存在示值誤差時進行校準，無法對電池持續(xù)放電時間以及電池實際容量進行測量，更無法對實際使用過程中出現損耗情況進行有效預測。作為電動汽車和電動自行車動力的電池組，在測試中還需要考慮更多方面。因此，需要先對常規(guī)使用方法進行一些簡單的描述，尋找能夠對電池充放電測試進行動態(tài)檢驗的方式。

2.1 對充放電電壓進行校準

常規(guī)的電池充放電測試儀因為是多重組合的形式來實現檢測，一般體積都比較大，且拆卸比較復雜。如果出廠時就進行校準，由于體積比較大，會給運輸造成較大的難度。因而一般校準工作都會選擇現場進行這種方式。對組裝好的電池充放電測試儀進行電壓的校準一般采用的是標準電壓源和標準電壓表兩種校準方法[3]。

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。調整時，首先需要保證需要進行調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合進行調校。這種檢測方法能夠對量程范圍內的任何一點進行校準，調校中對于標準電壓源的準確度要求比較高。如果調校等級要求很高，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，并且對于調校時現場環(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，以實現對充電電壓的校準?，F場校準時，使用等級比較高的數字電壓表作為標準，將多個蓄電池進行串聯來當作直流電子負載，對產生的數值進行校準。這種校準方式能夠有效利用現場中已有的器件，不過存在電壓校準值完全依賴于現場能夠提供的蓄電池的數量，以及能夠產生電量的大小。

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。此時，電池充放電測試儀在檢測中充當了類電流源的角色，對直流電子負載進行恒流充電。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10 A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。對于充電電流大于幾百安培的電池充放電測試儀的校準，首先選擇的就是電流傳感器法。電流傳感器是一種綜合性較強的校準模式。此種方式是先將大電流通過電流傳感器按照一定的變比轉換，使其變?yōu)槟軌蜻M行方便測試的小電流后使用標準電流表進行測試及校準。

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[4]。

3 智能測試系統在電池充放電測試儀中的應用

隨著物聯網的發(fā)展，與物聯網關聯的電池充放電測試系統不斷應用到生活中。此種測試方式使用模塊化進行設計，使系統具備了更高的實時性與可靠性。智能電池充放電測試系統在原有測試系統基本功能的基礎上，擁有了直流內阻測試、與第三方設備關聯等新型功能，能夠靈活進行擴展，能夠適應不同用戶的需求。測試系統在使用設備時將運行獲得的關鍵信息實時存入云服務器中，將結果及時通知用戶，讓用戶能夠及時對發(fā)生的問題進行處理，有效提升測試的效率以及準確性。

3.1 系統設計原理

在總體設計中包含上位機、中位機、下位機系統和物聯網系統四部分。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，將測試獲得的數據進行存儲記錄并進行統計分析。中位機主要是起到通信橋梁作用，連接著上位機與下位機，將兩者之間的數據及命令進行傳遞，以實現對通道并聯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，將測試數據進行采集并上傳。最后通過物聯網系統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[5]。

3.2 系統各模塊介紹

3.2.1 下位機系統介紹

下位機的電路主要分為交流側與直流側兩個部分，交流側部分主要是由三相PWM整流器組成，直流側由雙向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控制，而直流側通過變換器進行降壓，以實現對電池進行充電。當處于放電時，直流側通過變換器轉變?yōu)樯龎耗Ｊ?，整流器將電壓進行逆變，保持直流母線電壓處在穩(wěn)定的狀態(tài)下，同時將釋放的數據信息進行反饋。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實現多種控制，從而能夠廣泛應用在各種電池充放電設備中。

3.2.2 中位機系統介紹

作為上位機、下位機之間重要的傳輸紐帶，中位機系統的核心主要是互聯網通信電路、SPI電路及USB電路等。該系統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，接收從下位機傳輸的反饋和數據，將數據進行上傳。如果處在脫機狀態(tài)，該系統能夠通過已經存在的命令文檔維持下位機繼續(xù)運行，將脫機數據進行保存。該系統通過輔助通道對數據進行采樣并傳遞給上位機。同時，該系統能通過物聯網將充放電測試系統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 上位機系統概述

上位機作為系統中人機交互的關鍵層，能夠直觀地將結果進行展示，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據，存儲數據，并通過顯示器顯示，對硬件進行校準，對相關數據進行管理，如果出現報警，需要排除問題以保證系統正常運行。

3.2.4 物聯網系統在測試儀中的作用

物聯網系統由數據采集終端、管理云平臺以及物聯網應用三部分組成。整個電池充放電系統最為關鍵的就是設備在運行中通過中位機對數據進行采集，再通過智能終端將采集到的數據傳輸到物聯網管理平臺中。管理平臺對數據進行分析并保存，再借助物聯網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網移動應用，有利于用戶及時處理出現的問題[6]。

4 結 論

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，與物聯網進行完美結合，從而讓檢測獲得的結果更加可靠。因此，加強物聯網系統在電池充放電測試中的應用，同時也要加強對系統安全的保護。