虚拟仪器技术在超级电容电池测试中的应用

序设计

软件后面板完成前面板中数据的传递，向硬件系统发出指令，接收数据处理等环节的任务。后面板的设计采用了模块化的程序编程思想，先将系统需要实现的各个功能模块编写为可以在顶层程序中直接调用的子vi。本文着重介绍以下几个重要模块的编写。

3.3.1 串口通信模块设计

如前所述，本文中所涉及的通信全部是RS232通信。在LabVIEW中使用串口通信，需要借助LabVIEW提供的VISA库完成。VISA(Virtual Instruments Software Achitecture)虚拟仪器体系结构是VXI——即插即用联盟规定的标准I/O接口软件，是目前仪器设备接口类型功能函数的超集^[10]。LabVIEW环境自带VISA的API函数，支持串口的读写、开闭及配置等操作。因此通过VISA可以实现任何类型的串口通信应用。如图3为通信串口的配置和读写程序^[11-12]。程序首先配置串口通信参数为9600波特率，8位数据，零校验和1位停止位。程序通过使用串口字节数属性以读取所有接收到的数据。

3.3.2 电源和负载控制及数据采集^[13]

本文程控直流电源和电子负载使用台湾艾德克斯的大功率产品，作为程控设备采用的指令是SCPI指令。SCPI指令是一种用于可编程仪器的标准指令集，SCPI指令包括IEEE.2标准中的通用指令和设备特定指令。本文用到的是设备特定的指令，主要包括设置充放电参数、测量电压电流及启动与停止指令。其指令格式为：<关键字>：参数。电源提供的充电方式包括恒压充电和恒流充电模式，电子负载还提供恒功率和固定电阻放电模式。因为充电时需要考虑在测试容量时有恒流转恒压的充电过程，因此需要设置充电电流和充电电压。放电过程则只需要选择某种特定的方式即可，不同方式对应于不同的SCPI指令，因此，在编写这个部分时采用枚举变量选择case结构进行设置。

对于数据采集，主要是通过直流电源和电子负载远端测量端子和输出/入端构成的负反馈回路，测量得到精确的电池端电压及输入/出电流大小，并以ASCII码形式上传到上位机进行处理。设备上传数据需要得到上位机程序的指令才能进行。这里需要用到两条指令，即“MEAS:CURR?”和“MEAS:VOLT?”。平台设置的采集时间间隔为1秒。这一部分放在主程序循环之中。测量电压的程序图如图5所示。

平台提供了数据的保存功能，由于LabVIEW提供有对excel电子表格的读写接口，本文将测量的原始数据和计算处理的数据统一保存在excel里^[14-15]。Excel表头包括序号、时间、电压、电流、功率、安时容量和瓦时容量等栏目。其中的累计容量计算采用电流对时间积分求得^[1]，瓦时容量通过功率对时间的积分计算。

4 实验验证

利用此测试平台，可以针对超级电容电池进行一系列基于充放电的测试实验，如超级电容电池的容量测试、效率分析。本文以对四个标称为35Ah的电池组成的串联电池组的容量测试实验为例对测试平台进行验证。根据超级电容电池组的测试标准^[1]，电池容量测试方法是先将电池充满电，静置到温度稳定在25±2℃后，进行恒流放电，计算放电的安时容量。此处电池组设定恒流充电电流17.5A，待电池充电到电池组端电压上升到60V时，转为恒压充电模式，待电流下降低于0.3A时，认为电池已完全充满。放电过程采用17.5A电流恒流放电，电压截止电压设定为42V，得到放电容量值为32.4Ah。图6为实验的充放电曲线。电池放出的容量小于35Ah，这是因为，当电压下降到42V后，还能继续放电。但此时，从图中可以看出，电压和功率正在迅速降低，设定42V的截止电压是因为电池在实际工作中保持适度的放电深度对电池是有好处的。另外，在这个充放电过程中随机选择多点，采用电压表测量电池组端电压，使用福禄克的电流钳测量电路中的电流，均与直流电源、电子负载显示以及上传的数据吻合。因此，实验证明该平台在超级电容电池测试应用中是可靠的。

5 结束语

本文针对超级电容电池的测试需求，利用实验室的程控直流电源和电子负载，提出了一种基于虚拟仪器的电池测试平台设计，设计了友好的人机交互界面，完成了各项功能设计。该平台能够实时采集电池测试过程参数，具备保存数据，绘制电流电压曲线，计算容量等多项功能。实验证明，使用该平台对超级电容电池进行测试是安全可靠的。

参考文献：

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[4]阮殿波,王成扬,聂家发.动力型超级电容器应用研发[J].电