摘要：基于PCI总线的硬件结构，以及基于分层管理和多线程技术的软件系统，实现了多路并行、高速数据采集的动力电池实验数据在线采集系统。采集系统充分发挥了虚拟仪器技术灵活性、兼容性强和可重用度高的特点，在实际应用中提高了实验过程的客观性和自动化程度。

    1 虚拟仪器测试系统及其在电池测试领域应用情况
    虚拟仪器（Virtual Instruments，简称VI）允许用户根据自身需求设计自己的仪器系统，充分利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。虚拟仪器是由计算机硬件资源和良好人机交互功能的图形用户界面软件组成，在测控领域有广泛的应用，帮助工程技术人员解决了许多传统测控仪器所遇到的多种问题。例如黎芳等针对传统的电池电压检测系统不能满足燃料电池系统中采集量过多，实时性强的问题，提出了基于虚拟仪器和CAN总线构成的燃料电池电压检测系统等。
    动力电池技术作为电动汽车核心技术之一，对电动汽车整车性能起着决定性作用，为保证动力电池正常、安全、高效地在电动汽车上使用，在进行电动汽车开发与设计过程中，需要对动力电池性能进行全方位的测试实验。于此同时，动力电池实际应用中需要配置电池管理系统对电池运行状况进行监控，为电动汽车提供准确可靠的动力电池信息并对电池进行可靠的管理，而电池管理系统的工作是否正常直接影响到动力电池的性能发挥和寿命的衰减。
    在进行动力电池性能试验和检验动力电池管理系统工作是否正常时，需要高精度的动力电池数据采集系统实时采集动力电池的电压、温度和电流等参数，对动力电池及其电池管理系统自身运行性能及各项功能进行实时监测，在动力电池系统出现故障时需要对其进行诊断，进而为分析动力电池性能和判断电池管理系统工作情况提供可靠的依据。而目前应用于动力电池高精度测试的设备比较少，而且价格昂贵，而低端的动力电池检测设备，操作过程复杂，测试人员劳动强度大，测量精度差，难以满足产品级的动力电池及其管理系统的测试需要。
    相关领域的研究人员已开展了一系列基于虚拟仪器进行锂离子保护板校验和测试、蓄电池内阻测试等方面的研究，充分利用了虚拟仪器的多线程技术、直观易用的图形化人机交互界面技术等，与传统数据采集系统相比，该系统具有成本低、采样精度高、控制容易、使用灵活方便等特点。
    笔者所在的研发团队开发的基于虚拟仪器的锂离子动力电池数据采集系统可用于动力电池的实时监控和参数分析，采用PCI总线，扩展性好，采样速度高，测试精度容易得到保证，相关的成果可以用于高等学校电动汽车有关课程的实验配套设备建设，也可作为电动汽车产品开发与研究人员开展相关研究工作的配套实验工具，既可服务于教学，又能应用于科研，可在从事电动汽车相关教科研工作的企事业单位进行推广和应用。

    2 关键技术问题
    锂离子电池电气性能的测试参数多、精度要求高，传统的手动测试和现在的电池生产厂家的多级结构测试系统都不能满足实验室测试的要求。
    结合虚拟仪器技术开发电动汽车动力电池实验数据在线采集系统，利用高速PCI总线技术、分层管理理论和多线程技术，多路并行、高速采集动力电池各种实验数据，在有限的硬件资源情况下，灵活定制符合多种电动汽车用动力电池测试要求的测试方案，为动力电池及其管理系统的工作性能分析提供依据，可解决目前测试过程中采样速度低、成本高、劳动强度大、数据分析能力弱等缺点，使采集系统具有较高的灵活性、兼容性和可重用性，采集结果具有较强客观性和较高的自动化程度。
    基于虚拟仪器的锉离子电池参数白动采集测试系统软件，配合实验室配套硬件如程控电源、电子负载、锉离子动力电池、工控主机和相关PCI总线DAQ数据采集板卡，通过CAN总线通信协议控制程控电源和电子负载，使其满足测试条件，同时用基于PCI总线的高速数据采集系统实时对原始数据进行采集，并通过软件滤波技术和数学算法进行数据处理，得出测试结果。测试人员可以在后续工作中根据测试结果对电池的性能进行分析，也可以将测试结果与电池系统原先配备的电池管理系统的测试结果进行对比，进而分析该电池管理系统工作情况是否正常。在软件开发过程中，如何合理运用LabVIEW开发环境，开发基于PCI总线的DAQ数据采集系统，充分利用其提供的丰富的接口函数，使得软件开发周期大为缩短，测试流程尽量简单，测试结果尽量精确，是本采集与测试系统设计成功的关键。
    另外，通过图形化编程语言，搭建直观易懂、操作简便的人机交互界面，可以大大减轻测试人员的工作量，避免测试过程中的错误操作，提高测试效率，保证测试的安全而顺利地进行。
   （1）基于PCI总线提高系统通用性和降低系统成本
    DAQ（Data AcQuisition）数据采集，是基于计算机标准总线的内置功能插卡。利用DAQ可方便快速地组建基于计算机的虚拟仪器。而PCI（Peripheral Component Interconnect）是目前个人电脑中使用最为广泛的标准总线接口。基于PCI总线的虚拟仪器测试系统在性能、灵活性、易用性和价格等方面较传统仪器测试系统具有绝对优势。
   （2）提高系统灵活性、界面友好性和自动化程度
    虚拟仪器融合计算机强大的硬件资源，在数据处理、显示、存储等方面的突破传统仪器的限制，通过部分仪器硬件功能的软件化，降低了系统成本，增加了系统灵活性；利用计算机强大的数据处理能力，使复杂的数值算法得以在仪器中应用；而其高度自由的图形用户界面设计功能，使用户开发个性化强、界面友好、人机交互性能好的软件界面成为可能；另外其丰富的接口和通讯功能又可以实现高度的信息共享。把虚拟仪器技术应用于系统的软硬件设计中，操作简单，自动化程度高，数据处理一也更加方便。

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