基于labview的锂离子电池实验平台搭建开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景和意义

近年来，随着人类社会的进一步发展，能源需求的日益增加，生态环境在不断恶化，特别是温室气体排放导致的全球气候变化，这使得发展高效无污染的能源已经成为日益迫切的问题。合理有效地利用可再生能源是调整能源结构的重要着力点。国家“十三五”能源规划中明确指出，加快提升风能、太阳能、生物质能等新能源比重，安全高效发展核能，优化能源生产布局。然而这些新能源发电系统往往具有易受自然环境影响的间歇性与功率响应缓慢等特征，通常需要装配储能设备以优化电能输出，其一方面可以调整发电设备的输出曲线和解决新能源在发电时输出功率不稳定、波动较大、较难控制等缺点；另一方面当新能源发电充足时，可以先将部分电能进行存储然，然后在负载超过阈值后进行释放，从而进行有效的移峰填谷。

当前用于存储电能的电池的种类有很多，其中锂离子电池以循环寿命长、工作电压平稳、能量密度高、无记忆效应和自放电率低等优点受到了广泛的关注及应用。在无人机、笔记本电脑、电动汽车等实际产品中均得到广泛应用。

2. 研究的基本内容与方案

1. 研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

   本课题设计的研究目标为建立一个基于Labview的锂离子电池实验平台，以实现实时监测电池状态、控制并切换电池运行方式为主要目标。依托Labview可编程软件平台，实现对锂离子电池状态的实时监控和对电池充放电的控制，将可编程电源/负载与电池进行物理连接，与上位机进行通讯连接进行相关实验与数据记录。通过编写图形化程序开展关于恒流、恒压、恒功率充放电等实验测试，分析研究测试结果并实现恒流、恒功率和恒压充放电模式的远程控制。

   本课题研究基本内容为从软硬件系统架构设计、监控系统设计、运行方式实验设计三个方面开展研究，具体研究内容如下：

   （1）软硬件系统架构分析。软硬件系统架构分析的思路是，在完成硬件系统搭建的基础上，使用Labview软件来实现相关实验设备的数据交换。通过锂离子电池硬件系统的分析；结合硬件系统的特点，确定通讯方式，设计通信有效性测试方案，完成软件系统的搭建。

   （2）监控系统设计。电池监控系统的设计包括图形化编程、UI设计、数据采集与储存。依据监控系统需实现的具体功能，利用Labview进行图形化编程；针对监控系统的直观性与专业性，对人机交互界面进行UI设计；为分析电池的工作特性，对监控系统进行功能测试，将监测数据进行采集和存储。

   （3）运行方式实验设计。设计恒流/恒压/恒功率充放电，充放电方式切换等运行方式实验，检测监控系统功能的完整性及稳定性；分析对比数据，判定监控系统的准确性，对监控系统进行优化改进。

   本课题拟采用的技术方案为用软硬件结合，由硬件设施获取准确实验数据并对电池进行控制，主要包括锂离子电池、可编程直流电源/负载、上位机与可编程电源/负载等等，并由“G“语言作为编程语言，实现数据输入、读取与显示，波形产生，功能切换等程序的编写。

   为实现上述研究目标，本项目将从“搭建软硬件系统架构、编写监控系统逻辑框图、开展实验验证”三个步骤依次开展相关研究工作。具体路线如下：

   （1）分析软硬件系统架构。

   本项目拟采用锂离子电池、可编程直流电源/负载、上位机搭建实验平台，采用局域网（LAN）通讯方式，使可编程电源/负载与上位机通过路由器进行数据交换。首先需要设置电源/负载的通讯方式为LAN口通讯，设置其IP地址与网关，其次设置上位机的IP地址与网关，使三台设备同处一个局域网中，最后使用NI-MAX软件，该软件可以识别和检测实验设备，实现数据采集并自动导入Labview。打开NI-MAX，发现实验设备处于可被发现的状态，通过编程操作即可实现数据的交互。电池软硬件结构如图1所示。

   图1 锂离子电池软硬件结构图

   （2）编写监控系统逻辑框图。

   本项目设计的监控系统应具有以下功能：

   ①监测电池实时状态：如温度，电压，电流，SOC等，并实时记录数据；

   ②开展实验测试：能够开展恒流/恒压/恒功率充放电等实验；

   ③充放电管理：能够实现并切换恒流/恒功率/恒压充放电。其功能实现的流程图如图2所示。

   图2 监控系统逻辑框图

1. 开展实验验证。

   在上述所叙述的软硬件基础上，本项目拟设计相关实验来验证监控系统功能的完整性及稳定性，对监控系统进行优化改进，具体实验如下：

   ①恒流/恒压/恒功率充放电实验

   利用可编程直流电源与可编程负载，开展不同电流/电压/功率下的恒流/恒压/恒功率的循环充放电实验，实时记录采集的数据，并以波形的形式展现于Labview的前面板。

   ②脉冲充放电实验

   利用可编程直流电源与可编程负载，设定充放电脉冲模拟储能工况。开展脉冲充放电实验，实时记录采集的数据，并以波形的形式展现于Labview的前面板。

   ③充放电方式切换实验

   利用可编程直流电源与可编程负载，在恒流/恒压/恒功率充放电实验与脉冲充放电实验的基础上，在充放电时切换运行方式，实时记录采集的数据，并以波形的形式展现于Labview的前面板。

3. 研究计划与安排

第1~2周：按照毕业设计任务书及要求，查阅国内外研究现状等文献；

第3周：撰写并提交毕业设计开题报告；

第4~5周：完成英文文献翻译；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]黄彦瑜.锂电池发展简史[j].物理,2007(08):643-651.

[2]毕福亮.基于等效电路图的锂离子电池soc估计及卡尔曼滤波器应用方法[j].中国设备工程,2020(03):127-128.

[3]王德明,顾剑,张广明,梅磊.电能存储技术研究现状与发展趋势[j].化工自动化及仪表,2012,39(07):837-840.