铝空气动力电池在线监测系统的研究与设计

摘要

随着经济的快速发展，作为代步工具的汽车逐渐进入了人们日常生活中，然而越来越多的汽车引起的环境问题和能源问题也日益突出。现阶段各国也都逐渐意识到环境和能源问题的严重性，并将其上升到国家持久化发展的战略高度。因此国内外相关人员都积极地投入电动汽车的研发中。
　　电池及其管理监测技术一直是制约电动汽车商业化的关键因素之一，其中电池荷电状态（SOC）的估计更是该领域研究的重点和难点。本文在研究铝空气动力电池的基础上，设计了一套基于铝空气动力电池的在线监测系统并重点研究了铝空气电池SOC的估计。具体来说，本文主要包括以下内容：
　　首先对铝空气电池的原理进行了介绍，并按照车用动力电池的主要性能指标分析铝空气电池的特性。由于铝空气电池具有无需充电、比能量高、安全可靠、原材料来源丰富等特点。因而从技术和性能的角度，发现铝空气电池远比其它电池（如蓄电池等）更适合作为电动汽车的驱动电源。
　　接着详细介绍了铝空气电池的SOC估计，根据铝空气电池的放电特性提出了安时法和隐半马尔可夫模型（HSMM）法相结合的SOC估计方法。鉴于铝空气电池在放电后期（电压低于某值）电压呈现弱梯度下降规律，对电池后期的这种退化过程进行HSMM建模，即把电池后期按照电池特性的变化分为几个不同的退化状态，该模型针对每个不同的状态产生多个观察值，按照各个状态间的转换概率以及状态驻留时间可以比较准确地预测后期各个状态下的电池可用时间。经实验仿真验证了这一方法的可行性，铝空气电池放电后期的SOC预测值远比单一的安时法SOC预测值准确得多。
　　然后介绍了电池监测系统的硬件设计，主要有主控模块、存储模块、采样模块、通讯模块、电源模块、CAN总线和串口通信模块等。
　　最后介绍了铝空气电池在线监测系统的软件与平台设计，主要包括采样程序设计、CAN通信程序设计、串口通信程序设计及监测平台软件设计等，并通过平台实验验证了系统的可行性。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文主要研究内容及全文结构

第二章 铝空气动力电池的工作原理及性能分析

2.1 铝空气电池的工作原理

2.2 铝空气动力电池特性

2.3 动力电池SOC的研究

2.4 本章小结

第三章 铝空气动力电池的SOC估计

3.1铝空气动力电池SOC估计模型

3.2基于安时法的铝空气动力电池前期SOC估计

3.3 基于HSMM的铝空气动力电池后期SOC估计

3.4 本章小结

第四章 铝空气电池在线监测系统的硬件设计

4.1 系统硬件总体结构设计

4.2 主控模块电路设计

4.3 存储模块电路设计

4.4 测量模块电路设计

4.5 CAN总线通信电路设计

4.6串口通信模块设计

4.7电源模块设计

4.8 本章小结

第五章 铝空气电池在线监测系统的软件及平台设计

5.1 系统软件设计与实现

5.2 系统监测平台设计

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果