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动力电池组多参数高抗扰数据采集系统研发
| 论文题名： | 动力电池组多参数高抗扰数据采集系统研发 |
| 关键词： | 电动汽车;动力电池;多参数高抗扰数据采集;电池组建模 |
| 摘要： | 能源和环境的危机长久以来掣肘我国的发展，电动汽车(ElectricVehicle，EV)已经因为节能、环保的需求而被定义为汽车行业必然的发展趋势。动力电池(PowerBattery)给电动汽车提供能量，它影响整车的动力性、安全性和经济性，如何制造和管理好动力电池是电动汽车发展的关键。动力电池在电压、容量、内阻等方面的不一致性客观存在，且它们会在电池运行过程中逐渐扩大。为了满足电动汽车对其电压和容量的要求，动力电池以串并联成组的方式使用，然而不一致性问题会导致电池组局部过充、过放进而引发安全问题，所以动力电池组的多参数采集必不可少。本文研发了一种动力电池组多参数高抗扰数据采集系统，主要研究内容为: (1)明确了动力电池组多参数数据采集需要、系统功能和性能指标后，设计了系统总体方案。基于模块化思路，把系统分为主控模块和各数据采集模块。针对数据传输过程中的同步性差和数据传输拥堵、易丢失的问题，系统应用了基于现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArrays，FPGA)的多核并行控制架构。针对动力电池组数据采集过程中的干扰因素，系统采用高抗扰数据采集方案，包括基于电气隔离的数据采集系统设计和基于信号完整性分析的干扰消除措施研究。 (2)针对动力电池组数据采集的难点和特殊性进行系统的软硬件设计，硬件部分设计了串联单体电压、并联单体电流、总电压总电流和温度的采集通道电路，使用24位高精度模数转换器(Analog-digitalConverter，ADC)以保证采集精度;软件部分把基于FPGA的软件设计分为数据采集层和数据传输层，且设计了高速数据缓冲模块提高数据的输出效率。 (3)为验证系统的有效性，搭建实验平台进行测试分析和实验验证。主要工作为测试分析系统的静态、动态性能并对串联电池单体电压采集、并联电池单体电流采集、电池组总电压总电流采集以及温度采集等功能的实现进行实验验证。最后的结果证明本系统实现了预期功能、满足了性能指标。 (4)基于本系统采集的数据进行动力电池组建模研究。基于电池单体的Thevenin模型，本文分别用独立模型和整体模型对串联电池组建模并在城市驾驶循环(UrbanDynamometerDrivingSchedule，UDDS)工况和动态应力测试(DynamicStressTest，DST)两个工况下验证。受不一致性因素的影响，整体模型存在较大误差，这突出了在研究电池组性能的过程中同步采集电池单体数据的必要性。 本文设计的动力电池组数据采集系统能进行多参数采集且抗干扰性强、采集精度高、同步性好，具有重要的科研价值，能够有效地推动动力电池和电动汽车的发展。 |
| 作者： | 张明瑞 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 段彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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