动力锂电池测试系统中数据分析软件的设计

文/李学广

1 锂电池测试系统及数据分析软件组成

1.1 锂电池测试系统

锂电池测试系统包括上位机，中位机，下位机三大模块。下位机负责数据的采集、数据的上传，控制信息的执行；中位机负责协议的转换、任务的分发和透传；上位机负责流程的编辑，测试过程中的监控，测后数据的分析，统计数据的计算，报表的生成。

1.2 数据分析软件的组成

数据分析软件包括如下几个部分：数据库的读取，数据的查询，曲线绘制，表格视图，实时显示，报表生成，曲线对比，数据导出等功能。

2 数据分析软件设计

2.1 多线程技术

由于本设计中，锂电池的数据量比较大，达到百万级别，读取数据库是非常耗时的，故本设计采用的是多线程技术，读取与显示界面UI进行分离，本设计采用是BackgroundWorker组件。利用BackgroundWorker组件的doWork事件方法执行耗时的读取数据库工作，利用BackgroundWorker组件的ProgressChanged事件方法进行数据的显示和进度条的更新。数据库的读取采用Ado.Net组件,Ado.Net为微软推出的一款数据库访问技术，类似Java中JDBC以及Hibernate开源框架。为ORM奠定技术基础。本设计利用Connection类创建数据库连接，利用Command对象承载SQL语句，使用DataSet对象以及DataTable对象作为数据容器，装载数据。

2.2 统计算法

（1）恒流比：恒流充电阶段充电容量与当前循环总充电容量的比值。

（2）中值电压：恒流放电阶段的放电容量，该放电容量的一半，对应的电压值。

（3）充放电效率：每次循环中放电容量与充电容量的比值。

（4）容量持有率：当前循环的放电容量与所有循环中放电容量的最大值的比值。

在百万级的数据量中，如何挖掘到有用的数据，犹如沙海淘金，只有通过一定的统计量，才能直观，快速的反映出该电池的各种性能。电池的统计量有很多，其中还包括充电平台电压、放电平台电压、初始电压、步次电压等一系列的统计量。

2.3 曲线绘制

曲线绘制包括3个部分，第一个为历史曲线绘制，第二多曲线对比，第三实时显示。

曲线绘制的X轴可以为测试时间，循环号，步号，放电容量等，曲线绘制的X轴跟Y轴有一定的对应关系。Y轴有电流，电压，充电容量，放电容量，充电能量，放电能量等一系列的电池参数变量。曲线类型有直线，点划线，点离散等通过它们之间的组合可以绘制出丰富多彩的曲线，达到直观，可视化的效果。

多曲线对比是将多个通道的历史数据，同时绘制在一个坐标轴系下，同一电池参数下的曲线对比采用同一线型，不同曲线颜色来区分，不同的电池参数通过不同的曲线线型来进行区别。

实时显示是在测试过程中，通过动态实时的观看绘制曲线的过程，可以初步判断是否出现异常。本设计主要采用SQL语句Top关键字，定时刷新，若数据量小于1000个数据点，全部读取，绘制曲线。若是数据量大于1000个数据点，只读取最新的1000个数据点绘制曲线。

2.4 表格视图

表格视图大致可以分为三个部分，循环表格，工步表格，详细表格。表格视图中为了快速响应，本设计采用DataGridView中”虚模式”，即VirtualMode为True，利用CellValueNeeded事件驱动，动态填充所需数据。在循环表格以及工步表格中，数据量较小，并且分别有各自的恒流比，中值电压，充放电效率等统计算法。计算比较繁琐。故利用泛型Dictionary来存储每一行的对象，该对象依照ORM原则，建立独自的类并实例化的结果。详细表格数据量相对较大，不能再用Dictionary来存储。本设计采用动态刷新，根据CellValueNeeded事件判断出请求的行，将该行数据以指定的行数(默认为1000)为冗余。从数据库中提取并显示数据。

2.5 数据导出

本设计支持Excel数据导出，CSV数据导出，同时也支持数据报表PDF。电池的全生命周期都需要以测试的电池数据为支撑。故无论是电池生产商以及新能源汽车生产商都需要电池测试数据。一般是以Excel作为为数据存储的媒介。

本设计的数据导出功能需要依赖与Microsoft公司的提供的COM组件。尽管有很多第三方的不依赖COM组件的，比如NPOI类似于Java中的POI，还有Epplus等。都可以在没有安装Office的情况下完成导出功能，但是他们在大数据量导出时，兼容性，鲁棒性还有待完善。

数据报表PDF导出功能，在电池检测系统中应用也比较实用，一般电池研究院以及质检中心对该功能的使用更为广泛。对电池检测完成以后，需要对该类电池的各种性能进行评价。最终形成数据报表PDF。相当于该类型电池的合格证书。本设计在数据报表PDF功能中，需要依赖于Interop.AxroPDFLib组件。该组件可以可视化PDF文档，对PDF操作有良好的封装。

3 结束语

本设计主要是在动力锂电池测试系统中，对测试的电池数据进行分析。主要包括曲线绘制功能，实时显示功能，表格视图功能，数据查询功能，数据导出功能，查看统计数据，多曲线对比功能等。本设计满足要求，以广泛应用到锂电池测试系统中。