基于无线传输的锂离子电池组监测系统设计

论文摘要

锂离子电池组在应用过程中，可能发生因单体电池性能衰减导致电池组寿命终结引起的安全性问题。如何通过对工作过程中的电池组进行监测来解决这一问题已经成为锂离子电池应用中的一个研究热点。但是在一些特殊应用场合中，由于无法铺设有线线路使得电池的在线监测难以实现。针对此类应用，本文主要对基于无线传输的锂离子电池组的在线监测问题进行了研究。论文通过对锂离子电池的循环实验，分析了电池内阻的变化趋势与电池容量的衰减之间的关系，研究了充放电环境对电池内阻变化趋势的影响。通过分析单体电池内阻变化对整组电池性能变化的影响，说明了电池组内阻的在线检测对电池组健康状态判断的重要性。改进了交流压降测内阻的方法，并将其应用于串联电池组的内阻测量中。设计中采用了锁相放大技术，提高了系统的测量精度且简化了测量电路。通过设计循环检测的方法实现对电池组中各单体交流电压的检测，并且采用了基准电阻补偿的方法减小因循环检测电路中开关的切换等引起的测量误差。实现了在电池组应用中内阻的在线检测，系统测量误差小于2mΩ。对短距离无线传输系统进行了研究，并将此应用于电池组的监测中，使得电池组状态信号通过高频无线收发系统传输到监测终端。电池组各参数的采样采用了模块化的形式，系统在单片机中预先设定参数状态的判断依据，由此控制监测系统的工作模式，并且通过对功耗以及发射信号碰撞等问题的研究对系统进行了优化设计。系统实现了对锂离子电池组状态的无线监测，有效监测距离为20米。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 锂离子电池概述
• 1.2 锂离子电池的性能参数与工作特性
• 1.3 锂离子电池的应用现状
• 1.4 锂离子电池状态在线监测技术的发展现状
• 1.4.1 电压的检测方法
• 1.4.2 电流的检测方法
• 1.4.3 温度的检测方法
• 1.4.4 内阻的检测方法
• 1.4.5 电池组的在线监测管理
• 1.5 无线传输技术的发展现状
• 1.6 本论文的研究背景及拟研究内容
• 第二章 测试仪器与方法
• 2.1 实验测试仪器
• 2.1.1 ARBIN电池性能测试仪
• 2.1.2 电池组充放电测试仪
• 2.1.3 内阻测试仪
• 2.1.4 示波器
• 2.1.5 信号发生器
• 2.1.6 多用表
• 2.1.7 电池种类
• 2.2 实验测试方法
• 2.2.1 恒流充放电测试
• 2.2.2 电池内阻测量
• 第三章 锂离子电池循环过程中内阻性能的研究
• 3.1 锂离子电池的内阻概述
• 3.2 电池循环过程中内阻性能实验
• 3.2.1 循环周期对内阻变化的影响
• 3.2.2 充放电倍率对内阻变化的影响
• 3.2.3 温度对内阻变化的影响
• 3.3 锂离子电池组循环过程中内阻性能试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 锂离子电池组内阻在线检测电路设计
• 4.1 锂离子电池组内阻在线测量的意义
• 4.2 锂离子电池内阻测量原理与方法
• 4.3 电池组内阻在线检测的系统设计
• 4.3.1 电源分配电路设计
• 4.3.2 交流信号源的设计
• 4.3.3 锁相放大电路的设计
• 4.3.4 串联电池组循环检测电路的设计
• 4.3.5 基准电阻补偿设计
• 4.3.6 A/D转换电路设计
• 4.3.7 单片机控制电路设计
• 4.4 系统实验结果及误差分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 锂离子电池组状态的无线监测系统设计
• 5.1 锂离子电池组状态参数的无线传输系统
• 5.2 无线传输电路的设计
• 5.2.1 发射端电路的设计实现
• 5.2.2 接收端电路的设计实现
• 5.2.3 减少系统误差设计
• 5.3 无线监测系统的设计关键
• 5.4 无线监测系统的优化设计
• 5.4.1 减少系统功耗的设计
• 5.4.2 多发射模块信号碰撞
• 5.4.3 系统扩展
• 5.5 无线监测系统结果及分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 致谢
• 个人简历