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摘要：电池容量和容量的衰减情况是衡量电池包质量和使用效果的关键因素。通过循环实验能够得到电池整个生命周期时间内的电池容量和容量衰减数据为电池包的质量评估以及相关算法设计提供数据支持。而目前的充放电设备只能控制输入电池包的电流 不能对电池信息进行采集和监控实验过程，不能安全有效的完成循环实验基于此本文设计一种控制系统完成对电池关键物理量的采集与传输以及实验过程的监控。
关键字：锂电池 采样 试验监控
引言
在新能源产业被大力推动的条件下，锂电池由于使用时间长、能量密度高、带电量高、能源清洁、环境污染影响小等优点被当做电源设备广泛应用在电动汽车、工具设备等行业中。其中锂电池电池包做为电动汽车的动力源[1-3]，其电池包的容量大小、容量变化趋势以及健康状态是影响电动汽车性能与客户体验的关键因素。因此为了保证电动汽车的正常高效行驶，正确的估算电池包容量与健康状态是十分必要 的。根据电池包的物理特性可知，随之电池包的使用，即随着充放电次数的增加，电池容量逐渐衰减，而随着容量的衰减，电池包的各项参数例如单体电压的变化也随着容量的衰减发生变化。即通过其他电池包参数的变化也能侧方面的反映出电池包容量的变化，为了更好的估算容量，需要给各个算法提供原始的实验数据。为了得到实际电池包容量随着充放电时间变化的规律和数据需要对电池包进行充放电循环试验。但是目前在做循环试验时，充放电设备只能根据控制输出充放电电流。不能对电池信息进行采集。因此不能根据电池信息进行试验调整也不能很好的对实验过程进行监测。基于此本文设计一种循环实验控制系统，实现电池信息采集和试验过程监控。
一 控制平台系统方案设计
循环试验是指按照设定好的电流完成电池包的充电和放电。完成一次充电和放电认为电池包经历一个循环。而充电和放电的电流大小以及截止条件需要根据单体电池电压和单体温度确定。也是为了后期使用算法估计电池包健康状态，需要对单体电压和单体温度进行采集；同时为了方便工作人员及时了解电池信息，需要显示设备实时显示电池信息。因此本文的系统设计方案如下图所示：
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图1.1 系统方案设计图
如图所示，电池信息采集主要负责采集单体电池的电压、温度、电池包电压、电池包电流等信息；通讯模块主要负责把经过处理的电池信息传输给显示设备以及将控制信号传输给电流输出设备；显示设备主要负责将采集到的单体电池的电压、温度、电池包电压、电池包电流等信息显示给实验人看。并将相关数据记录下来，工实验人员分析；电流输出设备主要根据控制系统的要求输出电流。
二硬件方案设计
硬件方案设计图，如下图所示：
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图2.1硬件方案设计
2.1电池包电流采样
在设计电池包电流采样的时候，需要考虑电池包充放电电流的上下限值，设计的采样电路的采样范围不能低于这个采样范围。同时要考虑到后期试验数据分析的要求，采样精度不能低于0.1A。
2.2电池包电压采样
充放电后期以及寿命衰减后期，随着单体电压的剧烈变化，电池总压也会发生快速变化，因此总压的采样精度不能小于0.1V.
2.3单体电压采样
在循环试验后期，随着容量的衰减，与循环初期比较，在相同的电流冲击下，单体电压变化加快，同时为了保证精度，单体电压采样精度不能小于0.001V。
2.4单体温度采样
循环试验过程中，随着充放电试验的进行，电池包温度上升。电池包温度上升会影响电池包的其他物理参数。结合后期试验数据分析的要求，电池温度采样精度不低于1℃。
三软件方案设计
软件设计流程图，如下图所示：
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图3.1 软件设计流程图
如上图所示，循环试验中判断充放电的开始与否主要通过单体电压。现将电池包放空，当单体电压放电至截止电压时，停止放电。进入静置状态。静置时间满足后，开启充电过程，检测到单体电压等于充电截止电压，停止充电。进入静置状态，等待再次开启放电。如此反复进行。
结论
为了验证电池包的物理特性以及为后期设计健康状态估算算法设计提供数据依据。本文搭建了电池模组循环实验控制平台。主要包括电池信息采集、电池信息显示、充放电控制等。
参考文献
[1] Scrosati B, Garche J. Lithium batteries: Status, prospects and future[J]. Journal of Power Sources, 2010, 195(9):2419-2430.
[2] Zhang J, Lee J. A review on prognostics and health monitoring of Li-ion battery[J]. Journal of Power Sources, 2011, 196(15):6007-6014.
[3] Falaki and Mohammad Hossein. Automating Personalized Battery Management on Smartphones[D]. University of California, Los Angeles. Computer Science 2012.