【摘要】：鋰離子電池阻抗測量對其安全使用性有著重要的意義,本文針對鋰離子電池阻抗檢測系統(tǒng)開展系統(tǒng)設(shè)計、實現(xiàn)、測試與分析三方面研究。分析了鋰離子電池工作原理和等電路效模型,詳述了系統(tǒng)中存在的噪聲類別、來源,給出抑制噪聲的有效措施,結(jié)合測試要求,選擇EIS法作為系統(tǒng)測量方法,并給出了系統(tǒng)總體方案。設(shè)計了鋰離子電池阻抗檢測系統(tǒng)硬件電路,包括控制電路、線性電源電路、前級調(diào)理電路、程控激勵源和同步采樣電路,分析各電路結(jié)構(gòu),并通過Multism軟件對各電路進行仿真驗證�？刂齐娐凡捎肁Du CM3029和STM32雙處理器構(gòu)成。前級調(diào)理電路包括交直分離電路、帶通濾波器、差分放大電路、直流電壓測量電路、溫度測量電路和功耗測量電路。同步采樣電路基于AD5941設(shè)計,芯片內(nèi)集成了ADC、DFT和激勵源輸出等功能。設(shè)計了鋰離子電池阻抗檢測系統(tǒng)軟件,包括下位機軟件設(shè)計、激勵源軟件設(shè)計和上位機軟件設(shè)計。在ADu CM3029上移植Free RTOS操作系統(tǒng),提高了系統(tǒng)運行可靠性,設(shè)定了數(shù)據(jù)通信協(xié)議。采用PID算法校準了程控激勵源輸出精度。研究了通過頻率特性曲線辨識系統(tǒng)傳遞函數(shù)的三種方法:基本Levy辨識法、修正Levy辨識法和迭代Levy辨識法。采用C#設(shè)計了人機交互界面,調(diào)用Matlab組件,實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、波形顯示、閾值報警和故障分析等功能。最后,對系統(tǒng)整體和各模塊進行了實驗驗證,實驗結(jié)果表明,差分放大電路分辨率為0.1m Vpp,直流電壓測量電路、溫度測量電路和功耗采集電路工作正常,程控激勵源幅值誤差在±1%以下,頻率誤差在±1%以下。通過對100Hz、1KHz、5KHz和10KHz的輸出信號進行FFT分析,信噪比均在2%以下。在低頻段辨識時,基本Levy辨識精度最差,迭代Levy辨識精度最好,在中高頻段,三種辨識法辨識精度基本一致,同時針對迭代Levy辨識法做了不同迭代次數(shù)下的辨識精度對比,迭代300次時,辨識精度最高。系統(tǒng)幅值測量誤差在±1%以下,相位測量誤差在±1%以下,系統(tǒng)測量穩(wěn)定性誤差在±1%之下
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912
【圖文】：

VOCRiRsCsRLCL圖 1-3 雙極性鋰離子電池等效電路模型個嚴格偽二維模型來模擬鋰離子電池的循環(huán)性能，同時闡述了使用簡化模型的優(yōu)點，并論述了簡化于 1C 或者更低的放電率，可以使用簡單的常微為時間函數(shù)的鋰離子電池電壓，對于高于1C放電措施，以此降低模型的解決時間。一種鋰離子電池等效電路模型，如圖 1-4 所示，并阻引起的變化來估計電池 SOC（State of Charge）計所帶來的缺點，在電池處于負載條件下預(yù)測電得到的 EMF 電壓，進而得到電池的 SOC 狀態(tài)信

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文當(dāng)，測量誤差可控制在正負 0.1%以下，但是，由于鋰離子電池阻抗極小生較大的電壓波動、充電紋波，工頻干擾和負載擾動等影響也會影響鋰離抗測試精度、直流阻抗值并不能有效地反應(yīng)出阻抗變化過程，因此直流測要在線測量、高效性和準確性的情況下，是不適用的。獻[23]提出了一種新型的針對鋰離子電池的 SOC 狀態(tài)信息的估計方法，采帶有非對稱階的非線性分數(shù)階模型，如圖 1-6 所示。連續(xù)頻率分布模型用對稱的分數(shù)階系統(tǒng)。Luenberger 狀態(tài)觀測器用來估計電池 SOC 信息。通諾夫穩(wěn)定性理論可以證明估計誤差系統(tǒng)的漸進穩(wěn)定性，討論了觀測器在條件下，包括不同老化級別、不同驅(qū)動器類型和不同電極類別的觀測器魯過實驗和仿真結(jié)果證明了分數(shù)階模型和 SOC 狀態(tài)觀測器可以精確地預(yù)測池動力學(xué)特性，同樣也證明了該 SOC 狀態(tài)觀測器在不用測試條件的魯棒

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文當(dāng)，測量誤差可控制在正負 0.1%以下，但是，由于鋰離子電池阻抗極小生較大的電壓波動、充電紋波，工頻干擾和負載擾動等影響也會影響鋰離抗測試精度、直流阻抗值并不能有效地反應(yīng)出阻抗變化過程，因此直流測要在線測量、高效性和準確性的情況下，是不適用的。獻[23]提出了一種新型的針對鋰離子電池的 SOC 狀態(tài)信息的估計方法，采帶有非對稱階的非線性分數(shù)階模型，如圖 1-6 所示。連續(xù)頻率分布模型用對稱的分數(shù)階系統(tǒng)。Luenberger 狀態(tài)觀測器用來估計電池 SOC 信息。通諾夫穩(wěn)定性理論可以證明估計誤差系統(tǒng)的漸進穩(wěn)定性，討論了觀測器在條件下，包括不同老化級別、不同驅(qū)動器類型和不同電極類別的觀測器魯過實驗和仿真結(jié)果證明了分數(shù)階模型和 SOC 狀態(tài)觀測器可以精確地預(yù)測池動力學(xué)特性，同樣也證明了該 SOC 狀態(tài)觀測器在不用測試條件的魯棒

【參考文獻】

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本文編號：2760537