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首页 磷酸铁锂电池剩余电量计算系统设计

磷酸铁锂电池剩余电量计算系统设计.doc

磷酸铁锂电池剩余电量计算系统设计

时间给人的颓废感
2019-06-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《磷酸铁锂电池剩余电量计算系统设计doc》,可适用于IT/计算机领域

郑州轻工业学院本科毕业设计(论文)题  目 磷酸铁锂电池剩余电量计算系统设计   学生姓名     杨朝锋    专业班级  自动化班  学  号     院(系) 电气信息工程学院指导教师     赵志永    完成时间  年月日 磷酸铁锂电池剩余电量计算系统设计摘  要磷酸铁锂电池自诞生以来便受到了人们的广泛关注尤其是在动力电池领域人们对其在电动汽车上的应用寄予了很大的期望。在电池工作过程中如何有效精确的预测蓄电池剩余电量对于检测电池的工作状态维持系统的正常持续工作具有重要的意义。本设计介绍了一种用单片机计算预测磷酸铁锂电池剩余电量的方法。通过检测电池的输出电流并使用积分法计算出电池已输出的电量然后用电池总容量减去已输出电量并用环境温度对计算结果进行补偿最终得出电池当前的剩余电量从而达到预测电池剩余电量的目的。另外本设计还提供了磷酸铁锂电池的欠电压保护当检测到电池电压低于某一限制时自动切断电路。本设计方案原理简单易于实现并且具有较高的预测精度有很高的使用价值。关键词磷酸铁锂电池剩余电量积分法DESIGNOFCALCULATINGREMAININGCAPACITYSYSTEMOFLITHIUMIRONPHOSPHATEBATTERYABSTRACTSincethebirthofit,lithiumironphosphatehasbeenwidespreadconcern,especiallyinthefieldofpowerbattery,itsapplicationinelectricvehicleshasplacedgreatexpectationsInthecourseofbattery,howtoaccuratelypredictthebatteryremainingpowerisveryimportanttotesttheworkingstatusofongoingworkofthebatteryandmaintainthenormalsystemThispaperintroducesamethodtopredictremaininglithiumironphosphatecapacitywithsinglechipmachineBydetectingtheoutputcurrentofthebatteryandusetheintegralmethodtocalculatethebatterypoweroutput,andthensubtractingthetotalcapacityofthebatteryoutputpower,withtheenvironmenttocompensatefortemperaturecalculations,andultimatelycometotheremainingbatterychargecurrenttoachievethegoalofpredictingremainingbatterypowerInaddition,thepaperalsoprovidesalithiumironphosphatebatteryundervoltage,whenthedetectedbatteryvoltageisbelowacertainlimititwillautomaticallycutoffthecircuitThedesignissimpleinprincipleandeasytoimplement,andhashigheraccuracyandahighusevalueKEYWORDSLithiumironphosphatebatteryremainingcapacityAhintegration目  录摘  要  IABSTRACT  II 绪论   磷酸铁锂电池   磷酸铁锂电池简介   磷酸铁锂电池的内部结构和工作原理   剩余电量的影响因素   方案论证   本文方法的确定   硬件电路设计   剩余电量计算系统设计   模拟量信号采集模块设计   蓄电池工作电压采样电路设计   蓄电池工作电流采样电路设计   温度采样电路设计   AD转换模块设计   中央处理模块设计   输出显示模块设计   磷酸铁锂电池剩余电量计算系统硬件电路图设计   软件设计   主程序流程图   定时器中断流程   外部中断流程   总结  致谢  参考文献  附录 硬件电路图  附录 主程序流程图  附录 源程序   绪论磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池它具有容量大、寿命长、无污染等优点现在应用的主要用途是动力电池。本文主要讨论磷酸铁锂电池在电动汽车中的应用情况。汽车行业是很多国家都在重点发展的支柱产业目前还是以汽油和柴油为燃料的汽车为主。但是汽油和柴油的原料石油却日渐短缺。以目前的消耗速度再过年燃油汽车将进入历史博物馆依赖于燃油汽车的全球交通运输业将完全瘫痪。不仅受能源的限制燃油汽车还有一个最大的缺点就是排放有害物体污染人类赖以生存的大气环境。人们的日常生活需要汽车但不需要有害的汽车尾气因此很多国家投入大量的人力物力来解决这个矛盾虽然已经取得不少进展但只能尽量减少有害的排放。随着经济的快速发展人们对生活质量越来越重视于是从环保、能源危机等角度出发产生了对电动汽车的需求。提到电动汽车就不得不说到蓄电池。目前电动汽车所配置的电池主要包括铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。其中铅酸蓄电池是发展最成熟、最廉价的蓄电池也是目前应用最广泛的蓄电池。但是它有比能量低、自放电率高、循环寿命低、使用成本高、会污染环境等缺点将来必然不能满足人们的需求。而最新研制的磷酸铁锂电池正好弥补了这方面的不足因而大有取代铅酸蓄电池的趋势。在不久的将来相信磷酸铁锂电池必将成为电动汽车用的主要蓄电池。从世纪年代美国通用汽车公司率先开发出的纯蓄电池电动汽车EVl到今天许多西方先进国家都开发过性能优异的电动汽车而且已经达到了一般可用的标准。那么时至今日为何电动汽车依然没有普及呢?公认的阻碍就是蓄电池的问题。其中研究比较多的是蓄电池最关键的性能表征参数“容量”。研究和使用经验表明只有保证蓄电池不发生过充、过放才能有效保证蓄电池的性能保证系统正常稳定工作。要保证不发生过度充电、放电就必须实时地了解电池的“真实容量”和“荷电状态”从而采取及时科学的控制策略。然而蓄电池容量与使用条件密切相关容量不是一个定值随着使用条件的改变蓄电池容量也会跟着改变。人们平时总是使用蓄电池壳上标注的容量或是对新电池进行容量测试得到的值作为长期不变的标准这也是蓄电池应用中许多问题的根源。影响蓄电池容量的诸多因素都是非线性且复杂的电池状态的确定问题至今没有得到真正的解决。其中剩余电量的确定问题是电池状态的确定问题中比较重要的一个方面。准确的计算预测出电池的剩余电量对于科学合理的使用蓄电池提高系统运行可靠性和寿命等方面具有重要的意义。综上所述磷酸铁锂电池剩余电量计算系统的研究对于推动电动汽车产业的发展有着重要的意义。更进一步说本课题无论是在应对全球能源短缺、气候变化还是在提高人们的生活水平方面都具有很重要的现实意义。 磷酸铁锂电池 磷酸铁锂电池简介随着科学技术的发展及电化学材料及工艺技术的进步人们不断地研究、开发出新型电池材料及新型电池。继镍镉、镍氢可充电电池之后在年开发出可充电的锂离子电池年又推出性能更好的锂聚合物电池到年新型磷酸铁锂电池问世。磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池由于这个名字太长通常简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于动力方面的应用于是在名称中加入“动力”两字即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。目前用作锂离子电池的正极材料主要有:LiCoO、LiMnO、LiNiO及LiFePO。这些组成电池正极材料的金属元素中钴(Co)最贵并且存储量不多镍(Ni)、锰(Mn)较便宜而铁(Fe)最便宜正极材料的价格也与这些金属的价格一致。因此采用LiFePO正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。作为可充电电池的要求是:容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错特别在大放电率放电(~C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上它都是最好的是目前最好的大电流输出动力电池。 磷酸铁锂电池的内部结构和工作原理磷酸铁锂电池的内部结构如图所示。左边是橄榄石结构的磷酸铁锂作为电池的正极由铝箔与电池正极连接中间是聚合物的隔膜它把正极与负极隔开但锂离子Li可以通过而电子e不能通过右边是由碳(石墨)组成的电池负极由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质电池由金属外壳密闭封装。电解质

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