本文關(guān)鍵詞：鋁空氣動力電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,作為代步工具的汽車逐漸進(jìn)入了人們?nèi)粘Ｉ钪?然而越來越多的汽車引起的環(huán)境問題和能源問題也日益突出。現(xiàn)階段各國也都逐漸意識到環(huán)境和能源問題的嚴(yán)重性,并將其上升到國家持久化發(fā)展的戰(zhàn)略高度。因此國內(nèi)外相關(guān)人員都積極地投入電動汽車的研發(fā)中。電池及其管理監(jiān)測技術(shù)一直是制約電動汽車商業(yè)化的關(guān)鍵因素之一,其中電池荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)的估計更是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文在研究鋁空氣動力電池的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一套基于鋁空氣動力電池的在線監(jiān)測系統(tǒng)并重點(diǎn)研究了鋁空氣電池SOC的估計。具體來說,本文主要包括以下內(nèi)容:首先對鋁空氣電池的原理進(jìn)行了介紹,并按照車用動力電池的主要性能指標(biāo)分析鋁空氣電池的特性。由于鋁空氣電池具有無需充電、比能量高、安全可靠、原材料來源豐富等特點(diǎn)。因而從技術(shù)和性能的角度,發(fā)現(xiàn)鋁空氣電池遠(yuǎn)比其它電池(如蓄電池等)更適合作為電動汽車的驅(qū)動電源。接著詳細(xì)介紹了鋁空氣電池的SOC估計,根據(jù)鋁空氣電池的放電特性提出了安時法和隱半馬爾可夫模型(Hidden Semi-Markov Models,HSMM)法相結(jié)合的SOC估計方法。鑒于鋁空氣電池在放電后期(電壓低于某值)電壓呈現(xiàn)弱梯度下降規(guī)律,對電池后期的這種退化過程進(jìn)行HSMM建模,即把電池后期按照電池特性的變化分為幾個不同的退化狀態(tài),該模型針對每個不同的狀態(tài)產(chǎn)生多個觀察值,按照各個狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換概率以及狀態(tài)駐留時間可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測后期各個狀態(tài)下的電池可用時間。經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了這一方法的可行性,鋁空氣電池放電后期的SOC預(yù)測值遠(yuǎn)比單一的安時法SOC預(yù)測值準(zhǔn)確得多。然后介紹了電池監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計,主要有主控模塊、存儲模塊、采樣模塊、通訊模塊、電源模塊、CAN總線和串口通信模塊等。最后介紹了鋁空氣電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件與平臺設(shè)計,主要包括采樣程序設(shè)計、CAN通信程序設(shè)計、串口通信程序設(shè)計及監(jiān)測平臺軟件設(shè)計等,并通過平臺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：鋁空氣電池 SOC HSMM 監(jiān)測系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本論文主要研究內(nèi)容及全文結(jié)構(gòu)15-17
• 第二章 鋁空氣動力電池的工作原理及性能分析17-27
• 2.1 鋁空氣電池的工作原理17-19
• 2.1.1 鋁空氣動力電池的工作原理17
• 2.1.2 鋁空氣動力電池堆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)17-19
• 2.2 鋁空氣動力電池特性19-21
• 2.2.1 電池容量19
• 2.2.2 比能量19
• 2.2.3 比功率19-20
• 2.2.4 自放電率20
• 2.2.5 終止電壓20
• 2.2.6 無需充電20-21
• 2.3 動力電池SOC的研究21-26
• 2.3.1 動力電池SOC的定義21-22
• 2.3.2 常用的SOC估計方法22-26
• 2.3.3 電池SOC的難點(diǎn)分析26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 鋁空氣動力電池的SOC估計27-46
• 3.1 鋁空氣動力電池SOC估計模型27-30
• 3.1.1 鋁空氣動力電池的放電特性27-29
• 3.1.2 鋁空氣動力電池SOC估計模型29-30
• 3.2 基于安時法的鋁空氣動力電池前期SOC估計30-32
• 3.2.1 安時法的基本理論30-31
• 3.2.1.1 安時法基本原理30
• 3.2.1.2 安時法公式30-31
• 3.2.2 安時法的實(shí)現(xiàn)31-32
• 3.2.3 安時法仿真驗(yàn)證32
• 3.3 基于HSMM的鋁空氣動力電池后期SOC估計32-45
• 3.3.1 HSMM的基本理論及一些算法32-36
• 3.3.1.1 HSMM的定義32-33
• 3.3.1.2 HSMM的一些算法33-36
• 3.3.2 基于HSMM的動力電池后期SOC預(yù)測總體思路36-37
• 3.3.3 鋁空氣電池后期退化狀態(tài)識別37-42
• 3.3.3.1 預(yù)測特征的提取與退化狀態(tài)分析37
• 3.3.3.2 模型訓(xùn)練37-40
• 3.3.3.3 狀態(tài)識別40-42
• 3.3.4 鋁空氣電池后期SOC預(yù)測方法和驗(yàn)證42-45
• 3.3.4.1 全狀態(tài)訓(xùn)練樣本的建立42
• 3.3.4.2 模型訓(xùn)練42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 鋁空氣電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計46-56
• 4.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計46-47
• 4.2 主控模塊電路設(shè)計47-48
• 4.3 存儲模塊電路設(shè)計48
• 4.4 測量模塊電路設(shè)計48-53
• 4.4.1 控制器49
• 4.4.2 測量模塊控制電路49-50
• 4.4.3 單體電壓測量電路50-52
• 4.4.4 電池包電壓和電流測量電路52-53
• 4.4.5 溫度測量電路53
• 4.5 CAN總線通信電路設(shè)計53-54
• 4.5.1 主控制器的CAN通信電路設(shè)計54
• 4.5.2 測量模塊的CAN通信電路設(shè)計54
• 4.6 串口通信模塊設(shè)計54-55
• 4.7 電源模塊設(shè)計55
• 4.8 本章小結(jié)55-56
• 第五章 鋁空氣電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件及平臺設(shè)計56-67
• 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)56-63
• 5.1.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計56
• 5.1.2 單體電壓測量程序設(shè)計56-58
• 5.1.3 電池包電壓與電流測量程序設(shè)計58-59
• 5.1.4 溫度測量程序設(shè)計59-60
• 5.1.5 CAN總線程序設(shè)計60-62
• 5.1.6 RS232串口程序設(shè)計62-63
• 5.2 系統(tǒng)監(jiān)測平臺設(shè)計63-66
• 5.2.1 平臺設(shè)計63-64
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析64-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 攻讀碩士期間取得的研究成果73-74

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本文編號：605821