锂电池时域测试系统的设计与实现.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目锂电池时域测试系统的设计与实现学科专业控制科学与工程学号201221250148作者姓名裴琨指导教师李志强分类号密级注1UDC学位论文锂电池时域测试系统的设计与实现裴琨指导教师李志强副教授电子科技大学成都申请学位级别硕士学科专业控制科学与工程提交论文日期2015.03.01论文答辩日期2015.05.27学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月2

2、2日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEACHONCHANNELASSIGNMENTINADHOCNETWORKAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlScienceandEngineeringAuthor:PeikunAdvisor:Prof.LiZhiqiangSchool:SchoolofAeronauticsandAstronau

3、tics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本

4、人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要作为20世纪90年代发展起来的一种新型化学电源，锂电池的发展已经引起世界范围的研究和关注。随着锂电池在应用领域从便携式设备型电池到车用大功率电池的广泛应用，针对锂电池性能测试的电化学测试仪器也进入了一个高速发展的时期。传统的基于模拟电路设计的电化学测试仪器逐渐被数字化、智能化以及实时化的现代化电化学测

5、试仪器所取代。本论文针对锂离子电池性能参数的特性采用时域测试的分析手段，设计开发了一套集测试与采集通道，测试数据处理及参数提取模块的锂电池时域测试分析系统。这套测试系统不仅能够进行独立测试分析，也是对已有的电化学工作站时域测试功能的拓展。本论文中的设计主要完成了以下四方面的工作：1、根据锂电池特性测试的基本原理，研究分析了锂电池时域测试系统的总体设计框架，设计完成了含有四电极测试端，同步双测试通道，具有恒压/恒流双测试模式的多量程模拟测试前端。为搭配该模拟测试前端进行数据采集，设计了双通道、高精度、同

6、步的信号采集板。实现测试系统信号的采集。2、为完成测试与采集模块的基本功能，论文设计了测试与采集模块的控制逻辑；研究了SPI通信协议，数据存储技术，并设计了基于SPI传输协议的芯片功能配置逻辑和基于FIFO存储技术的数据存储逻辑。为保证测试的同步精度，经过对采集同步校准技术的研究后设计了采集通道偏置与增益校准逻辑和基于Farrow结构的可变时延滤波器完成对时基误差校准；以上算法逻辑都已在系统主板FPGA中加以实现。3、针对锂电池测试响应波形中存在的干扰和噪声，为提高后续分析提取参数处理的精度，论文设计

7、了基于拉伊达判别准则的误差修正算法，并对传统算法进行了优化，根据采集数据量的大小，当数据量较大时采用加权滑动平均的平滑算法，当数据量较小时采用基于正交多项式平滑算法，以提高系统效率。4、锂电池性能参数提取功能模块的实现。研究了电化学测试基本理论和系统模型参数辨识理论，建立了从锂电池模型建立到电池性能参数提取的设计路线，并设计了一套基于锂电池等效电路模型，并采用递推加权最小二乘辨识算法的在线参数提取模块，解决了数据存储过大的问题，参数辨识精度可以达到5%。并在上位机中使用软件实现。最后，在锂电池时域测试

8、系统的整体系统平台上，对各个模块进行性能测试、验证，测试与采集模块以及波形处理及参数提取模块的功能、性能均满足系统要求。关键词：锂电池，时域测试，双通道校准，加权递推最小二乘，参数辨识IABSTRACTABSTRACTAsthe1990sdevelopedanewtypeofchemicalpower,thedevelopmentoflithium-ionbatterieshasincreasinglyattractedworldwideresearch