一种便携式电池参数测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及新能源电池技术领域，尤其涉及一种便携式电池参数测试装置。


背景技术：

2.目前，lfp锂电池在电动两轮车换电系统和通讯基站的备电电池中得到了广泛应用，而电池在使用过程中的性能衰减和容量下降目前还缺乏有效的手段予以快速的实时检测和评估，从而造成电池使用寿命显著低于预期，电池的运营和维护成本增加，并且降低了其运行的可靠性和安全性，特别是针对国家在通讯领域推广应用的梯次利用锂电池(主要为lfp电池)，其电池组内部电芯性能，还没有一种可以有效检测和评估的设备。
3.由于lfp锂电池的放电曲线较为平缓，很难通过开路电压法对lfp锂电池的容量，即电池的soc参数做准确估计，目前通用的解决方法为在lfp锂电池充满电后才将电池的soc参数修正为100％，并在bms内结合电池的安时累计数计算实时的电池soc，该方法的局限性为必须在lfp电池完成整个充电过程后才能测量soc参数，且一旦电池在长时间放置或短暂充电后，soc参数则失去参考意义。
4.而我们的研究项目就是针对行业痛点，开发适用于lfp电池组的便携式参数测试装置，该装置用到的核心技术为基于观测器的参数辨识技术，结合动态负载技术，可以实现lfp锂电池的参数快速准确辨识。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：提供一种便携式电池参数测试装置，能够无论lfp锂电池是处于什么状态，均可快速准确的测量soc和soh等参数。
6.本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
7.一种便携式电池参数测试装置，包括中央处理单元、通讯模块、采集模块、电池辨识单元、电源管理单元、数据模块及控制模块；
8.所述采集模块与待检测电池组的正负极连接，并且所述采集模块与所述中央处理单元连接，用于将电池组的参数信息传输至中央处理单元；
9.所述通讯模块与电池组的数据通讯接口连接，同时所述通讯模块也与所述中央处理单元连接，用于将电池组的通讯数据传输至所述中央处理单元；
10.所述电池辨识单元与电池组连接及所述中央处理单元连接，用于将对电池组的辨识结果传输至中央处理单元；
11.所述数据模块与所述中央处理单元连接，用于将测试数据处理后，传输至外部设备；
12.所述控制模块与所述中央处理单元连接，用于接收用户的操作指令，并将测试数据结果传递给客户；
13.所述电源管理单元与所有模块及单元连接，向其提供电源供给，可以为内部电池也可以为外部电源。
14.通过上述方案，开机后，便携式电池测试装置进行上电自检，正常则进入电池检索状态，检索功能需由用户连接便携式电池参数测试装置和lfp锂电池组的通讯接口，如果通讯正常，电池参数测试装置会识别当前电池的类型和生产厂家等信息，并通过电池辨识单元对电池的二维码进行识别，获得当前lfp锂电池组的统一电池编号，成功，则进入电池连接状态。由用户通过按键操作启动当前电池的参数检测过程，检测过程持续约1s，结束后，便携式测试装置会将测试结果显示在lcd显示屏上，并同步保存到数据存储单元中，如果用户设定为远程传输使能，则该检测数据也会被同步传输到云平台。当用户通过按键或远程控制指令与lfp电池组断开连接后，可以进行数据的导出和浏览回放工作，也可以进行下一lfp电池组的测试准备工作。
15.进一步的，所述采集模块包括动态负载单元及模拟量采集单元，电池组的正负极分别与所述动态负载单元的输入端及输出端连接，并且所述动态负载单元的数据输出通过所述模拟量采集单元进行采集转换后，将转换后的数据传输至所述中央处理单元。
16.通过上述方案，所述的动态负载单元功能为实时调节lfp电池组负载的变化，使电池组的电压、电流和温度等参数作跟随性变化，从而为系统辨识lfp电池组参数提供了方法和手段；调节电池组负载的方法包括但不局限于改变负载的等效电阻值、等效电压和等效电流等手段，负载的变化受中央处理单元的控制，可以做到连续实时变化，所述的模拟量采集单元功能为将来自动态负载单元的模拟量，包括lfp电池组的电压、电流和温度参数，调理转换为中央处理单元可以采集处理的数字量。
17.进一步的，所述通讯模块包括电池通讯单元及协议转换单元，所述电池通讯单元与电池组的数据通讯接口连接，通过内部数据总线将电池组的通讯数据传输至协议转换单元，所述协议转换单元再将通讯数据转换后传输至中央处理单元。
18.通过上述方案，所述的电池通讯单元功能为与lfp电池组完成bms数据通讯提供硬件支持，其采用的数据通讯总线包括但不局限于can总线、rs-485总线、rs-232总线和i2c总线等所有数据总线类型。并将来lfp电池组的bms数据通过内部数据总线传输至协议转换单元，所述的协议转换单元功能为将来自电池通讯单元的lfp电池组bms数据进行类型匹配和数据解包，并将转换后的电池bms数据通过内部总线传输至中央处理单元；所述的协议转换单元具备为不同生产厂家的电池提供协议数据转换的能力。
19.进一步的，在电池组上安装有二维码或电子标签，所述电池辨识单元对其二维码或电子标签进行解码识别。
20.通过上述方案，所述的电池辨识单元功能为识别每个lfp电池组的统一编码，编码方法包括但不限于：条形码、二维码、电子标签等所有编码方法，识别手段则依据编码方法的不同采取不同的编码识别模块，本实施例中，采用二维码作为lfp电池组的编码方法，再通过扫码模块识别该二维码并获得lfp电池组的统一编码。
21.进一步的，所述数据模块包括数据存储单元及数据输出单元，所述数据存储单元与所述中央处理单元连接，进行数据的交换，并且所述中央处理单元通过所述数据输出单元将测试数据输出至外部设备。
22.通过上述方案，所述的数据存储单元功能为保存每次测试结果和系统的配置参数，其一般采用flash芯片或sd卡来实现该功能，所述的数据输出单元功能为将保存在数据存储单元中的测试结果输出到外部设备，输出数据方法包括但不局限于串口输出、usb传
输、蓝牙传输和wifi传输等。
23.进一步的，所述控制模块包括人机交互单元及远程控制单元，所述人机交互单元与所述中央处理单元通过内部数据总线进行数据交互，所述远程控制单元也通过内部数据总线与所述中央处理单元连接，用于接收来自客户的操作指令，并且传输测试数据。
24.通过上述方案，所述的人机交互单元功能为接收来自用户的操作指令，并将测试结果和运行配置信息以图像或声音的方式传递给用户，本实施例中，用户通过按键完成对电池测试设备的操作，并将结果输出到lcd显示屏上，所述的远程控制单元功能为接收来自云端客户的操作指令，并将测试数据传输到云平台进行汇总处理，同时，还具备卫星定位功能，可以将便携设备的当前位置实时传输到云平台。数据远程传输实现的方法包括但不局限于：以太网、wifi、gprs模块和5g传输模块等，卫星定位功能则主要由gps和北斗定位模块来实现。
25.本实用新型的有益效果如下：
26.1、本实用新型能够快速检测lfp锂电池组的soc和soh等参数，并保证检测结果的重复性和准确性，整个检测过程可以在1s内完成；无论电池充满与否，在线或离线，均不影响电池的测试结果；测试结果可以直观反映电池的新旧程度，为用户评价电池余能提供依据。整个电池测试设备可以做到便携小型化，方便电池维护人员上站操作，满足户外测试环境需求。所有的测试数据和过程均有记录，并可实现云端同步传输，为电池的统一管理和维护提供便利。
附图说明
27.图1是本实用新型的硬件结构示意图；
28.图2是本实用新型的函数流程示意图。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.如图1到2所示，本实施例提供一种便携式电池参数测试装置包括中央处理单元、通讯模块、采集模块、电池辨识单元、电源管理单元、数据模块及控制模块；
31.所述的中央处理单元为整个便携测量设备软件和算法运行提供硬件支持，并具有内部总线接口和控制总线接口，一般采用嵌入式mcu作为中央处理单元。
32.所述采集模块与待检测电池组的正负极连接，并且所述采集模块与所述中央处理单元连接，用于将电池组的参数信息传输至中央处理单元，所述采集模块包括动态负载单元及模拟量采集单元，电池组的正负极分别与所述动态负载单元的输入端及输出端连接，并且所述动态负载单元的数据输出通过所述模拟量采集单元进行采集转换后，将转换后的数据传输至所述中央处理单元。
33.所述的动态负载单元功能为实时调节lfp电池组负载的变化，使电池组的电压、电流和温度等参数作跟随性变化，从而为系统辨识lfp电池组参数提供了方法和手段；调节电
池组负载的方法包括但不局限于改变负载的等效电阻值、等效电压和等效电流等手段，负载的变化受中央处理单元的控制，可以做到连续实时变化，所述的模拟量采集单元功能为将来自动态负载单元的模拟量，包括lfp电池组的电压、电流和温度参数，调理转换为中央处理单元可以采集处理的数字量。
34.所述通讯模块与电池组的数据通讯接口连接，同时所述通讯模块也与所述中央处理单元连接，用于将电池组的通讯数据传输至所述中央处理单元，所述通讯模块包括电池通讯单元及协议转换单元，所述电池通讯单元与电池组的数据通讯接口连接，通过内部数据总线将电池组的通讯数据传输至协议转换单元，所述协议转换单元再将通讯数据转换后传输至中央处理单元。
35.所述的电池通讯单元功能为与lfp电池组完成bms数据通讯提供硬件支持，其采用的数据通讯总线包括但不局限于can总线、rs-485总线、rs-232总线和i2c总线等所有数据总线类型。并将来lfp电池组的bms数据通过内部数据总线传输至协议转换单元，所述的协议转换单元功能为将来自电池通讯单元的lfp电池组bms数据进行类型匹配和数据解包，并将转换后的电池bms数据通过内部总线传输至中央处理单元；所述的协议转换单元具备为不同生产厂家的电池提供协议数据转换的能力。
36.所述电池辨识单元与电池组连接及所述中央处理单元连接，用于将对电池组的辨识结果传输至中央处理单元，在电池组上安装有二维码或电子标签，所述电池辨识单元对其二维码或电子标签进行解码识别。
37.所述的电池辨识单元功能为识别每个lfp电池组的统一编码，编码方法包括但不限于：条形码、二维码、电子标签等所有编码方法，识别手段则依据编码方法的不同采取不同的编码识别模块，本实施例中，采用二维码作为lfp电池组的编码方法，再通过扫码模块识别该二维码并获得lfp电池组的统一编码。
38.所述数据模块与所述中央处理单元连接，用于将测试数据处理后，传输至外部设备，所述数据模块包括数据存储单元及数据输出单元，所述数据存储单元与所述中央处理单元连接，进行数据的交换，并且所述中央处理单元通过所述数据输出单元将测试数据输出至外部设备。
39.所述的数据存储单元功能为保存每次测试结果和系统的配置参数，其一般采用flash芯片或sd卡来实现该功能，所述的数据输出单元功能为将保存在数据存储单元中的测试结果输出到外部设备，输出数据方法包括但不局限于串口输出、usb传输、蓝牙传输和wifi传输等。
40.所述控制模块与所述中央处理单元连接，用于接收用户的操作指令，并将测试数据结果传递给客户，所述控制模块包括人机交互单元及远程控制单元，所述人机交互单元与所述中央处理单元通过内部数据总线进行数据交互，所述远程控制单元也通过内部数据总线与所述中央处理单元连接，用于接收来自客户的操作指令，并且传输测试数据。
41.所述的人机交互单元功能为接收来自用户的操作指令，并将测试结果和运行配置信息以图像或声音的方式传递给用户，本实施例中，用户通过按键完成对电池测试设备的操作，并将结果输出到lcd显示屏上，所述的远程控制单元功能为接收来自云端客户的操作指令，并将测试数据传输到云平台进行汇总处理，同时，还具备卫星定位功能，可以将便携设备的当前位置实时传输到云平台。数据远程传输实现的方法包括但不局限于：以太网、
wifi、gprs模块和5g传输模块等，卫星定位功能则主要由gps和北斗定位模块来实现。
42.所述电源管理单元与所有模块及单元连接，向其提供电源供给，可以为内部电池也可以为外部电源，所述的电源管理单元功能为对便携式电池参数测试装置的所有内部单元进行供电，其输入来源于电池或外部直流电源，通过dc/dc变换电路，将不同的供电电压输送至不同模块单元。
43.便携式电池参数测试装置的工作流程为：开机后，便携式电池测试装置进行上电自检，正常则进入电池检索状态，检索功能需由用户连接便携式电池参数测试装置和lfp锂电池组的通讯接口，如果通讯正常，电池参数测试装置会识别当前电池的类型和生产厂家等信息，并通过电池辨识单元对电池的二维码进行识别，获得当前lfp锂电池组的统一电池编号，成功，则进入电池连接状态。由用户通过按键操作启动当前电池的参数检测过程，检测过程持续约1s，结束后，便携式测试装置会将测试结果显示在lcd显示屏上，并同步保存到数据存储单元中，如果用户设定为远程传输使能，则该检测数据也会被同步传输到云平台。当用户通过按键或远程控制指令与lfp电池组断开连接后，可以进行数据的导出和浏览回放工作，也可以进行下一lfp电池组的测试准备工作。
44.便携式电池参数测试装置特征为：快速检测lfp锂电池组的soc和soh等参数，并保证检测结果的重复性和准确性，整个检测过程可以在1s内完成；无论电池充满与否，在线或离线，均不影响电池的测试结果；测试结果可以直观反映电池的新旧程度，为用户评价电池余能提供依据。整个电池测试设备可以做到便携小型化，方便电池维护人员上站操作，满足户外测试环境需求。所有的测试数据和过程均有记录，并可实现云端同步传输，为电池的统一管理和维护提供便利。
45.基于观测器的参数辨识技术包括观测器、控制等效校正传递函数(g1(s)、g2(s)、g3(s))、反馈等效校正传递函数(h1(s)、h2(s)、h3(s))、比例校正环节等效函数(k1、k2、k3)和被观测对象(电池)。if、uf和tf分别为电池的电流、电压和温度反馈，其经过观测器分别得到三个观测输出量is、us和ts，将其与经过反馈校正环节的反馈值取差，得到的偏差经过控制等效校正传递函数和比例校正环节等效函数，形成控制动态负载单元的控制电压up，并通过动态负载单元作用于lpf电池组，完成整个参数辨识的闭环控制。而观测器的核心为基于电池模型的频域传递函数，其由基于电池实测数据的先验模型等效而来，并在实际闭环辨识过程中进行迭代调整，最终得到观测器的等效传递函数vb(s)以及lfp电池组的核心参数soc和soh的相关传递函数soc(s)和soh(s)，从而准确估计电池的soc和soh参数。
46.所述直流脉冲源功能为将每个由电池模组串联形成的电池组输出电压转换为汇聚到直流输出母线上的电压，可以做到每个电池组的输出电压和内阻即便不同，也可以使每个电池组的输出电流相等，并且输出电流值受控于中央控制单元。该直流脉冲源通过数据总线与中央控制单元进行通讯，并可做到脉冲源数目任意扩展。