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原文传递动力电池高精度数据同步采集系统研发

论文题名：	动力电池高精度数据同步采集系统研发
关键词：	电动汽车;动力电池;数据采集系统
摘要：	全球范围内的能源短缺和环境污染愈演愈烈，各国正积极寻求对策解决这两大危机。传统燃油汽车使用量的急速膨胀是导致能源和环境危机的重要原因之一，而电动汽车（Electric Vehicles，EVs）使用电能这一绿色能源，且可以实现尾气的低排放甚至零排放，因而推广电动汽车取代传统燃油车是解决上述问题的关键途径。　　动力电池为电动汽车提供能量，是电动汽车的核心部件。电池产业的迅猛发展对动力电池的质量和数量提出了更高的要求。无论是研发更好的电池还是更好地利用电池，电池测试都占有举足轻重的地位。纵观国内外的电池测试设备，主要的高精尖产品都被国外领军企业垄断。国内的电池测试产业起步晚，测试设备技术落后，特别是动力电池数据采集设备与国际领先水平相差甚远。针对当前动力电池数据采集设备采集速度慢、精度低、同步性差等问题，本文设计研发了一套动力电池高精度数据同步采集系统，主要工作包括: 　　(1) 分析系统的功能需求，阐述系统搭建思路，构建系统蓝图。按照系统功能划分模块，规划硬件整体结构和软件总体框架。　　(2) 设计了系统各个功能模块的硬件实现电路，包括单体电压采集、单体温度采集、电池组电压电流采集和采集数据的汇总与上传。详细介绍了各个电路的工作原理、功能结构以及器件选型。选用高精度传感器、高精度低温漂器件和24位高分辨率模数转换器(Analog-digital Converter，ADC)，并配合模拟滤波电路来提高采集精度。采用现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）控制，设计多FPGA并行实时控制系统架构，实现电池数据的多通道同步采集。进行关键电路的功能仿真，确保设计的有效性。　　(3) 针对采集数据中掺杂的外界噪声干扰，研究分析多种数字滤波方法。根据每种数字滤波器各自的原理，编写MATLAB程序进行仿真，对实际采样结果数据进行滤波，并对滤波结果进行分析。针对卡尔曼滤波器依赖于精确模型的缺点，设计自适应卡尔曼滤波器，实现滤波器对噪声的抑制能力和对输入信号跟踪能力的兼顾，使输出信号更真实地反映电池状态。围绕滤波器性能及FPGA实现难度，对各种滤波器进行对比。　　(4) 在硬件电路设计的基础上，进行FPGA软件的设计。针对各个模块功能特点，设计各自的软件流程。进行数字滤波器的FPGA实现。　　(5) 为了验证本文所设计的动力电池高精度数据采集系统的有效性，搭建了实验平台并进行了实验测试，包括电池单体电压、单体温度和电池组电压电流的采集实验。实验结果表明本文设计的系统能够完整实现预期功能且性能卓越。　　本文设计的动力电池高精度数据采集系统具有模块化可扩展、采样速度快、采样精度高、数据准确及采样同步性强等优点，系统先进，实用性强，科研价值显著，可广泛应用于多种动力电池的测试过程中进行数据采集，对推动动力电池测试产业发展具有重要意义。
作者：	韩尧
专业：	控制科学与工程
导师：	张承慧
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2018