锂离子电池阻抗检测系统设计与实现

发布时间：2020-07-18 06:21

【摘要】：锂离子电池阻抗测量对其安全使用性有着重要的意义,本文针对锂离子电池阻抗检测系统开展系统设计、实现、测试与分析三方面研究。分析了锂离子电池工作原理和等电路效模型,详述了系统中存在的噪声类别、来源,给出抑制噪声的有效措施,结合测试要求,选择EIS法作为系统测量方法,并给出了系统总体方案。设计了锂离子电池阻抗检测系统硬件电路,包括控制电路、线性电源电路、前级调理电路、程控激励源和同步采样电路,分析各电路结构,并通过Multism软件对各电路进行仿真验证。控制电路采用ADu CM3029和STM32双处理器构成。前级调理电路包括交直分离电路、带通滤波器、差分放大电路、直流电压测量电路、温度测量电路和功耗测量电路。同步采样电路基于AD5941设计,芯片内集成了ADC、DFT和激励源输出等功能。设计了锂离子电池阻抗检测系统软件,包括下位机软件设计、激励源软件设计和上位机软件设计。在ADu CM3029上移植Free RTOS操作系统,提高了系统运行可靠性,设定了数据通信协议。采用PID算法校准了程控激励源输出精度。研究了通过频率特性曲线辨识系统传递函数的三种方法:基本Levy辨识法、修正Levy辨识法和迭代Levy辨识法。采用C#设计了人机交互界面,调用Matlab组件,实现数据显示、波形显示、阈值报警和故障分析等功能。最后,对系统整体和各模块进行了实验验证,实验结果表明,差分放大电路分辨率为0.1m Vpp,直流电压测量电路、温度测量电路和功耗采集电路工作正常,程控激励源幅值误差在±1%以下,频率误差在±1%以下。通过对100Hz、1KHz、5KHz和10KHz的输出信号进行FFT分析,信噪比均在2%以下。在低频段辨识时,基本Levy辨识精度最差,迭代Levy辨识精度最好,在中高频段,三种辨识法辨识精度基本一致,同时针对迭代Levy辨识法做了不同迭代次数下的辨识精度对比,迭代300次时,辨识精度最高。系统幅值测量误差在±1%以下,相位测量误差在±1%以下,系统测量稳定性误差在±1%之下
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912
【图文】：

锂离子电池,等效电路模型

VOCRiRsCsRLCL图 1-3 双极性锂离子电池等效电路模型个严格伪二维模型来模拟锂离子电池的循环性能，同时阐述了使用简化模型的优点，并论述了简化于 1C 或者更低的放电率，可以使用简单的常微为时间函数的锂离子电池电压，对于高于1C放电措施，以此降低模型的解决时间。一种锂离子电池等效电路模型，如图 1-4 所示，并阻引起的变化来估计电池 SOC（State of Charge）计所带来的缺点，在电池处于负载条件下预测电得到的 EMF 电压，进而得到电池的 SOC 状态信

分布图,全频带,分布图,状态观测器

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文当，测量误差可控制在正负 0.1%以下，但是，由于锂离子电池阻抗极小生较大的电压波动、充电纹波，工频干扰和负载扰动等影响也会影响锂离抗测试精度、直流阻抗值并不能有效地反应出阻抗变化过程，因此直流测要在线测量、高效性和准确性的情况下，是不适用的。献[23]提出了一种新型的针对锂离子电池的 SOC 状态信息的估计方法，采带有非对称阶的非线性分数阶模型，如图 1-6 所示。连续频率分布模型用对称的分数阶系统。Luenberger 状态观测器用来估计电池 SOC 信息。通诺夫稳定性理论可以证明估计误差系统的渐进稳定性，讨论了观测器在条件下，包括不同老化级别、不同驱动器类型和不同电极类别的观测器鲁过实验和仿真结果证明了分数阶模型和 SOC 状态观测器可以精确地预测池动力学特性，同样也证明了该 SOC 状态观测器在不用测试条件的鲁棒

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【参考文献】