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电动汽车用锌空电池的电量预测及管理系统的研究

作 者: 刘成尧
导 师: 王小海
学 校: 浙江大学
专 业: 电工理论与新技术
关键词: 电量预测 电动汽车 动力电池 2008年北京奥运会 电池放电 汽车公司 累积法 充电电池 绿色动力 镍镉电池
分类号: TM911
类 型: 硕士论文
年 份: 2004年
下 载: 430次
引 用: 6次
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内容摘要


随着绿色环保能源在世界范围内的大力推广,各个国家都越来越重视相关产业的发展;2008年北京奥运会将要到来,我国在汽车行业掀起了一股使用绿色动力的浪潮,这是时代发展的要求,也是社会进步的表现。 世界上有许多汽车公司在开发新一代新型绿色能源动力的电动汽车,包括尼桑、通用以及德国大众等公司在此上面投入巨额资金。在我国,许多汽车公司和科研院所也在努力探索新型绿色能源电动汽车。流行的电动汽车动力电池主要是铅酸电池、锂离子电池、碱性锌锰电池、镍镉电池等等。上海博信电池公司开发的锌空气燃料电池(简称为锌空电池,后同)作为电动汽车的理想动力已在浙大电动汽车上进行了实验,并得到良好的实验效果。 由于电池的本身特性决定了对电池电量的预测成为电动汽车开发的一个难点。目前大多数电动汽车采用的电量预测技术包括了开路电压法、负载电压法、内阻法、电量累积法以及以上述方法的组合等。由于人工神经元网络的兴起,利用神经网络技术对电量的预测也逐渐成熟起来。 本课题是对上海博信公司开发的锌空电池进行电量预测算法的研究。该公司生产的锌空电池与传统的充电电池有着完全不同的特点。首先,它采用锌粉在反应液中与空气的氧气反应产生电量,经过测试(包括出厂参数测试、现场测试和实验测试),电池的放出电量与充入电量有着对使用非常有利的某种关系特点;其次,它采用更换反应液的方式来重新得到电量,这样就使得充电的重复率可不作为电池放电的因素。该锌空电池属于电量可重复植入,但没有产生影响电池放电的传统参数—历史充放电效果因素。由以上分析可知,对于锌空电池的电量预测算法研究在某种精度的范围内较为容易实现。因此,这也有利于锌空电池的实际应用和推广。 针对锌空电池的上述特点,本人在研究中对锌空电池的电压、电流、温度参数进行精确采样,提出用修正的电量累积法预测剩余电量。经过计算机仿真和实际实验论证,该算法能取得较满意的效果。最后本人根据课题中使用的检测设备研制方案,提出了可用于实际使用的锌空电池管理系统构造方案。 本人进行本课题研究中,在浙江大学电动汽车上设计了电动汽车动力电池的电参数采集电路和液晶显示电路。在参考国内目前的研究现状下,本人认为在课题论文中,对电动汽车锌空电池电量预测算法和管理系统研制的阐述都具有一定的创新点,如针对锌空电池的电量累积算法中的修正设计,以及管理系统中的异常处理等。

全文目录


中文摘要  2-3
英文摘要  3-4
目录  4-7
第一章 电动汽车动力电池及其电量预测综述  7-28
  1.1 电动汽车  7-11
    1.1.1 传统燃油汽车对环境的影响  7
    1.1.2 电动汽车与燃油汽车的性能比较  7-10
    1.1.3 电动汽车发展的现状及未来前景  10-11
  1.2 电动汽车用动力电池  11-20
    1.2.1 电动汽车用动力电池的现状及前景  11-15
      1.2.1.1 铅酸电池(第一代电池)  11
      1.2.1.2 第二代电池  11-15
    1.2.2 电动汽车用动力电池的相关指标  15-20
      1.2.2.1 容量  15-16
      1.2.2.2 能量  16
      1.2.2.3 比能量  16
      1.2.2.4 功率  16
      1.2.2.5 比功率  16
      1.2.2.6 循环使用寿命  16
      1.2.2.7 自放电率  16-17
      1.2.2.8 输出效率  17
      1.2.2.9 充电率  17
      1.2.2.10 终止电压  17-19
      1.2.2.11 开路电压  19
      1.2.2.12 放电深度  19
      1.2.2.13 过放电  19-20
      1.2.2.14 过充电  20
      1.2.2.15 记忆效应  20
  1.3 电动汽车用动力电池电量预测研究  20-28
    1.3.1 电动汽车电池电量的管理  20-22
      1.3.1.1 电池荷电状态(SOC)  20-21
      1.3.1.2 电池健康状态(SOH)  21
      1.3.1.3 对上述SOC、SOH指标的讨论  21-22
    1.3.2 目前电量预测方法  22-26
      1.3.2.1 电量累积法  23
      1.3.2.2 电阻测量法  23-24
      1.3.2.3 电压测量法  24-25
      1.3.2.4 BP神经元网络法  25-26
    1.3.3 国外研究机构的SOC预测方法概述  26-28
第二章 电动汽车用锌空电池的电量预测研究  28-62
  2.1 课题研究的内容和意义  28-29
    2.1.1 研究内容  28
    2.1.2 实验相关问题讨论  28-29
    2.1.3 锌空电池电量预测的研究方案  29
  2.2 锌空电池  29-32
    2.2.1 锌空电池的工作原理  29-30
    2.2.2 锌空电池的构造  30-31
    2.2.3 锌空电池的基本特性  31
      2.2.3.1 充电特性  31
      2.2.3.2 放电特性  31
      2.2.3.3 自放电率  31
    2.2.4 锌空电池的特点  31-32
    2.2.5 世界各国锌空电池开发情况  32
    2.2.6 本课题使用锌空电池介绍  32
  2.3 锌空电池电参数的测量  32-43
    2.3.1 锌空电池电参数测量的设定  32-34
      2.3.1.1 直接参数  32-33
      2.3.1.2 间接参数  33-34
    2.3.2 测量系统  34-43
      2.3.2.1 硬件部分  34-38
      2.3.2.2 软件部分  38-43
  2.4 电参数测量的实验安排  43-46
    2.4.1 模拟电动汽车运行状态放电原理  43-44
    2.4.2 根据恒流放电的原理  44-45
    2.4.3 放电过程介绍  45-46
      2.4.3.1 放电过程  45
      2.4.3.2 几个说明  45-46
  2.5 锌空电池电参数测量后的预处理  46-48
  2.6 锌空电池电量预测方案  48-62
    2.6.1 数据分析  48-59
      2.6.1.1 温度方面的作用  48-55
      2.6.1.2 电流电压关系  55
      2.6.1.3 通风的作用  55-56
      2.6.1.4 关于电池内阻  56-57
      2.6.1.5 电池开路电压与电量的关系  57-58
      2.6.1.6 单节电池与电池组的关系  58
      2.6.1.7 电池剩余电量评估  58-59
    2.6.2 算法设计  59-62
      2.6.2.1 电量累积法原理  59
      2.6.2.2 电量累积法公式  59-60
      2.6.2.3 电量累积法的实现  60-62
第三章 电动汽车用锌空电池管理系统设计  62-75
  3.1 电动汽车用锌空电池管理系统的硬件设计  62-71
    3.1.1 管理系统总体结构  62-67
      3.1.1.1 主控制器  63-65
      3.1.1.2 显示和存储控制器设计  65
      3.1.1.3 存储器  65-66
      3.1.1.4 实时时钟  66
      3.1.1.5 键盘电路实现  66
      3.1.1.6 显示器  66-67
    3.1.2 各功能块电路的设计  67-71
      3.1.2.1 采样模块设计  67-69
      3.1.2.2 时钟模块电路  69-70
      3.1.2.3 键盘模块  70
      3.1.2.4 显示模块和存储模块  70
      3.1.2.5 通讯模块  70-71
      3.1.2.6 电源模块  71
  3.2 电动汽车用锌空电池管理系统的软件设计  71-74
    3.2.1 系统的软件程序主要流程  71-73
      3.2.1.1 初始化寄存器  72
      3.2.1.2 系统工作流程  72
      3.2.1.3 设置异常处理机制  72-73
      3.2.1.4 需要考虑两个问题  73
    3.2.2 电动汽车电池作为电量预测研究的系统平台  73-74
  3.3 电动汽车电池管理系统研究的总结及展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 化学电源、电池、燃料电池
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