锂离子电池阻抗检测系统设计与实现.pdf

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1、硕士学位论文锂离子电池阻抗检测系统设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTESTSYSTEMFORLITHIUMBATTERYIMPEDANCE齐佳明哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN407学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文锂离子电池阻抗检测系统设计与实现硕士研究生：齐佳明导师：陈伟平教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN407U.D.C:6

2、21.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTESTSYSTEMFORLITHIUMBATTERYIMPEDANCECandidate：QiJiamingSupervisor：Prof.ChenWeipingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitEngineeringAffiliation：SchoolofAstron

3、auticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要锂离子电池阻抗测量对其安全使用性有着重要的意义，本文针对锂离子电池阻抗检测系统开展系统设计、实现、测试与分析三方面研究。分析了锂离子电池工作原理和等电路效模型，详述了系统中存在的噪声类别、来源，给出抑制噪声的有效措施，结合测试要求，选择EIS法作为系统测量方法，并给出了系统总体方案。设计了锂离子电池阻抗检测系统硬件电路

4、，包括控制电路、线性电源电路、前级调理电路、程控激励源和同步采样电路，分析各电路结构，并通过Multism软件对各电路进行仿真验证。控制电路采用ADuCM3029和STM32双处理器构成。前级调理电路包括交直分离电路、带通滤波器、差分放大电路、直流电压测量电路、温度测量电路和功耗测量电路。同步采样电路基于AD5941设计，芯片内集成了ADC、DFT和激励源输出等功能。设计了锂离子电池阻抗检测系统软件，包括下位机软件设计、激励源软件设计和上位机软件设计。在ADuCM3029上移植FreeRTOS操作系统，提高了系统运行可靠

5、性，设定了数据通信协议。采用PID算法校准了程控激励源输出精度。研究了通过频率特性曲线辨识系统传递函数的三种方法：基本Levy辨识法、修正Levy辨识法和迭代Levy辨识法。采用C#设计了人机交互界面，调用Matlab组件，实现数据显示、波形显示、阈值报警和故障分析等功能。最后，对系统整体和各模块进行了实验验证，实验结果表明，差分放大电路分辨率为0.1mVpp，直流电压测量电路、温度测量电路和功耗采集电路工作正常，程控激励源幅值误差在±1%以下，频率误差在±1%以下。通过对100Hz、1KHz、5KHz和10KHz的输出

6、信号进行FFT分析，信噪比均在2%以下。在低频段辨识时，基本Levy辨识精度最差，迭代Levy辨识精度最好，在中高频段，三种辨识法辨识精度基本一致，同时针对迭代Levy辨识法做了不同迭代次数下的辨识精度对比，迭代300次时，辨识精度最高。系统幅值测量误差在±1%以下，相位测量误差在±1%以下，系统测量稳定性误差在±1%之下关键词：锂离子电池阻抗检测系统；数据通信；程控激励源；样机-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractLithium-ionbatteryimpedancemeasurementhasimpor

7、tantsignificanceforitssafeuse.Thispaperfocusesonthreeaspectsofsystemdesign,implementation,testingandanalysisoflithium-ionbatteryimpedancedetectionsystem.Theworkingprincipleandequivalentcircuitmodeloflithium-ionbatteryareanalyzed,thetypesandsourcesofnoiseinthesyst

8、emaredescribedindetail,effectivemeasurestosuppressnoisearegiven.Incombinationwiththetestrequirements,theEISmethodisselectedasthesystemmeasurementmethod,andgave