大容量锂离子电池化成设备监控系统的研究

论文摘要

在大容量动力型电池生产过程中必须要经过化成工序,即在生产过程中对电池进行多次充放电才能完成整个电池的生产。目前国内电池化成设备因为技术和成本因素,多采用将电池内部能量通过电阻放电方式消耗,造成极大的能源消耗。为此,实验室提出了开发高效率电池化成设备的课题并给出相应课题方案。本文针对电池化成设备中高精度电池充放电电量计量、有效运行控制和数据记录及充放电能量流动控制等技术难点,分析了充电模块、放电模块和单相PWM整流器的电路拓扑及工作原理,在此基础上以Freescale公司生产的单片机MC9S12D64为核心控制芯片,根据锂离子电池的接受特性和充放电原理,开发出适用于大功率动力型电池化成设备的控制模块。此外,为了有效地控制系统运行及实时监测电池状态,还设计了以CAN通信网络为基础的集中式计算机监控系统界面。实验结果验证了该电池化成设备充放电控制方案的可行性和上位机监控系统的可靠性,且电量计量精度达到1%以内,整机较现有设备实际节能高于20%。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 电池化成设备领域国内外研究发展现状和趋势
• 1.2 本文的研究目的及意义
• 1.3 新型电池化成设备整体方案的提出
• 1.3.1 系统整体结构图
• 1.3.2 系统组成
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 充电模块、放电模块和单相PWM整流器的简要分析
• 2.1 充电模块的简要分析
• 2.2 放电模块的简要分析
• 2.3 单相PWM整流器的简要分析
• 3 电池化成中的充放电控制策略研究
• 4 控制模块的分析与设计
• 4.1 CPU12内存空间分配
• 4.1.1 基本内存空间分配
• 4.1.2 内存空间的扩展
• 4.2 以Freescale MC9S12D64为核心的单片机系统
• 4.2.1 MC9S12D64型16位单片机简介
• 4.2.2 晶振电路设计
• 4.2.3 复位电路设计
• 4.2.4 扩展EEPROM电路设计
• 4.3 CAN总线数据通讯接口设计
• 4.4 485总线数据通讯接口设计
• 4.5 电量（AH）计量电路设计
• 4.5.1 计量基本原理
• 4.5.2 硬件设计接线图
• 4.6 PWM信号给定电路设计
• 5 电池化成控制模块的软件设计
• 5.1 主程序的设计
• 5.2 各功能模块子程序设计
• 5.2.1 命令处理
• 5.2.2 定时处理
• 5.2.3 运行参数及工作状态处理
• 5.2.4 控制输出
• 5.2.5 故障处理
• 5.2.6 更新显示
• 5.2.7 CAN通讯处理
• 6 上位机监控PC人机界面程序设计
• 6.1 上位机软件结构
• 6.2 上位机软件功能设计和实现
• 7 系统调试及实验结果分析
• 7.1 芯片校准
• 7.1.1 CS5460A校准
• 7.1.2 CPU内部AD和DA通道（PWM）校准
• 7.2 大容量锂离子电池化成设备实验平台搭建
• 7.2.1 整机实验平台
• 7.2.2 控制模块
• 7.3 整机调试及实验结果分析
• 8 总结与展望
• 8.1 课题总结
• 8.2 课题展望
• 参考文献
• 附录 A
• 作者简历
• 学位论文数据集