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铅酸蓄电池健康诊断中的内阻测量法研究

作 者: 李芳培
导 师: 毛建国
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 车辆工程
关键词: 内阻测量 交流阻抗法 滤波 正峰值检测 C8051F040
分类号: TM912
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


近年来,全球的汽车保有量大幅增加,人们对汽车排放引发的环境和能源问题的认识逐渐深入,关注程度也越来越高。未来汽车技术的发展必将以提高能源利用效率、降低排放污染为目标。因而,电动汽车是现代汽车技术发展的必然趋势之一。现阶段,电动汽车虽有发展和兴起之势,但动力问题一直是制约其发展的一个主要障碍。蓄电池作为一种清洁动力被业内人士大力提倡,其中的电池健康检测问题是迫切需要解决的关键问题之一。电池在线监测技术不仅有助于提高电池的有效性,还有助于提高电池使用的安全性。为此,本文对与铅酸蓄电池健康状态的相关因素,以及检测方法进行了研究。本文首先介绍了国内外在蓄电池健康监测方面的研究现状、未来的发展趋势,对现有的研究方法进行了分类总结,分析了这些方法的优缺点。发现电池内阻与电池健康状态有较强的内在联系,在此基础上,对蓄电池阻抗谱进行了详细的分析,提出了一种基于交流阻抗法的蓄电池内阻测量方法。本方法采用精密电阻和电池构成串联电路,将低频率的交流信号注入到蓄电池中,根据低频交流信号在蓄电池内部的频谱特性,即电池内阻中的欧姆电阻阻值项约等于其内阻阻抗的特性,进而利用串联电路中的欧姆定律来测算出电池内阻,完成对电池健康状况的估计。由于注入蓄电池的交流信号幅值较小(一般在毫伏级),本文采取了一系列的措施来实现了对该信号的测量,包括了对输出响应进行滤波、正峰值检测、放大以及AD转换。最后,根据测量到的电压比推算出电池的内阻。为验证提出方法的有效性,设计了基于C8051F040单片机的电池内阻测量系统。以20Hz的正弦交流信号作为激励源,分别测量电池和精密电阻两端的响应信号,从而推算出电池内阻。实验结果表明,提出的方法能够有效的用于铅酸蓄电池内阻测量,测量结果稳定有效。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-26
  1.1 课题研究背景和意义  12-14
  1.2 蓄电池检测技术的国内外研究现状  14-16
    1.2.1 国外研究现状  14-16
    1.2.2 国内研究现状  16
  1.3 SOC 的估算方法  16-25
  1.4 本文研究的主要内容  25
  1.5 本文的结构布局  25-26
第二章 车用蓄电池特性及其内阻测量原理  26-34
  2.1 车用蓄电池特性分析  26-30
    2.1.1 车用电池基本性能指标  26-27
    2.1.2 各种常用动力电池性能比较  27-30
  2.2 铅酸蓄电池工作过程  30
  2.3 铅酸蓄电池内阻模型研究  30-32
  2.4 铅酸蓄电池内阻测量法工作原理  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 蓄电池内阻测量硬件系统设计  34-51
  3.1 控制系统核心部件的选型  34-38
    3.1.1 单片机选型  35-37
    3.1.2 C8051F040 单片机主要特性  37-38
  3.2 测量控制系统设计  38-39
  3.3 电源模块  39-40
  3.4 C8051F040 主控模块  40-41
    3.4.1 最小系统设计  40-41
    3.4.2 复位电路  41
  3.5 RS232 通信模块  41-42
  3.6 CAN 通信模块  42-43
  3.7 显示模块  43-44
  3.8 键盘模块  44-45
  3.9 内阻检测模块  45-48
    3.9.1 激励源信号发生单元  45-46
    3.9.2 滤波电路  46-48
  3.10 JTAG 接口  48-49
  3.11 硬件抗干扰措施  49
  3.12 本章小结  49-51
第四章 系统软件设计与实验分析  51-59
  4.1 C51 语言简介  51-52
  4.2 控制器集成开发环境  52-53
  4.3 控制器功能设计  53-55
    4.3.1 串口通讯协议  54-55
    4.3.2 CAN 通讯协议  55
  4.4 实验分析  55-58
    4.4.1 模拟信号处理实验  56-57
    4.4.2 测量结果数据分析  57-58
    4.4.3 误差分析  58
  4.5 本章小结  58-59
第五章 总结与展望  59-61
  5.1 总结  59
  5.1 展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
在学期间的研究成果及发表的学术论文  65-66
附录 系统实物图  66

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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) > 蓄电池
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