摘 要

众所周知，社会经济的发展离不开充足的能源供给，随着人类社会的快速发展，我们对能源的需求越来越大。而在使用这些能源的过程中，对生态环境的破坏极其巨大。为实现可持续发展，人们积极找寻能够替代化石能源的高效环保新能源。典型的新能源有太阳能、风能等。当直接使用这些能源时效率并不高，所以通常将其转化为电能所使用，因此在开发利用新能源的过程中，电能储存技术发挥着至关重要的作用。当前用于存储电能的电池种类有很多，其中锂离子电池以其电压高、循环寿命长、安全性能好等诸多优点受到了广泛的关注，在手机、电动汽车等多个领域中得到了广泛应用。

本文首先阐述了锂离子电池的结构、工作原理以及国内外发展现状。在此基础上，搭建了一种实验平台来获取实验数据，并进行电池建模和电池状态估算，从而更好地了解锂离子电池的电池特性。该实验平台包括软件和硬件两部分，通过运行实验平台来实现监测电池的实时状态和进行一系列的实验。从而让我们了解锂离子电池的实时运行状况。

系统硬件部分由数据采集模块、控制模块及通信模块等组成。电源采用 IT6533C 可编程电源，负载为 IT8818 可编程负载。上位机监控系统和下位机测试参数的数据传输主要通过串口通信来实现。系统软件部分选择 LabVIEW 作为开发坏境，通过对LabVIEW进行编程来实现例如串口通讯、数据波形显示、数据处理、数据存储等功能。

通过这次利用LabVIEW对锂离子电池进行实验平台的搭建，让我们能更加方便及时地获取锂离子电池的实时运行参数，并在此基础上，开展对锂离子电池的相关实验研究。

关键词：锂离子电池；数据采集；监测系统；LabVIEW

Abstract

As is known to all, the development of social economy cannot be separated from adequate energy supply. With the rapid development of human society, our demand for energy is increasing. And in the process of using these energy sources, the damage to the ecological environment is extremely huge. In order to achieve sustainable development, people are actively looking for efficient and environmentally friendly new energy that can replace fossil energy. Typical new energy sources are solar energy, wind energy and so on. When these energy sources are used directly, they are not very efficient, so they are usually converted into electricity for use. Therefore, energy storage technology plays a crucial role in the development and utilization of new energy sources. Currently, there are many kinds of batteries used to store electric energy, among which lithium ion battery has been widely concerned due to its high voltage, long cycle life, good safety performance and many other advantages, and has been widely used in mobile phones, electric vehicles and other fields.

In this paper, the structure, working principle and development status of lithium ion battery are described. On this basis, an experimental platform was built to obtain experimental data, conduct battery modeling and battery state estimation, so as to better understand the battery characteristics of lithium ion batteries. The experimental platform includes software and hardware, which can monitor the real-time status of the battery and conduct a series of experiments by running the experimental platform. This allows us to understand the real-time operation of lithium-ion batteries.

The hardware part of the system consists of data acquisition module, control module and communication module. The power supply adopts IT6533C programmable power supply, and the load is IT8818 programmable load. The data transmission of upper computer monitoring system and lower computer test parameters is mainly realized through serial port communication. System software part chooses LabVIEW as the development environment, through the LabVIEW programming to achieve such as serial communication, data waveform display, data processing, data storage and other functions.

This time, LabVIEW is used to build the experimental platform for lithium ion battery, so that we can more conveniently and timely obtain the real-time operation parameters of lithium ion battery, and on this basis, carry out relevant experimental research on lithium ion battery.

Key words: lithium ion battery; Data collection; Monitoring system; The LabVIEW

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1 课题研究背景及意义 2

1.1.1 研究背景 2

1.2 国内外发展概况 3

1.3 虚拟仪器概述 4

1.4 主要研究工作及结构安排 5

1.4.1 主要研究工作 5

1.4.2 结构安排 5

第二章 锂离子电池概述 7

2.1 基本结构及工作原理 7

2.2 锂离子电池基本电路模型 8

2.3 锂离子电池的优点 9

2.4 小结 9

第三章 实验平台软硬件架构 10

3.1 引言 10

3.2 LabVIEW简介 10

3.3 硬件架构 11

3.4 软件设计 11

3.5 小结 11

第四章 实验平台搭建 12

4.1 软件系统程序流程 12

4.2 LabVIEW程序设计 12

4.2.1 远程控制模块 12

4.2.2 参数设置模块 14

4.2.3 开关模块 16

4.2.4 命令读写及输出截止模块 16

4.2.5 数据处理及输出状态确定模块 17

4.3 实验程序设计 18

4.3.1 恒流、恒压、恒功率充电程序 18

4.3.2 恒流、恒压、恒功率放电程序 20

4.3.3 脉冲充放电程序 21

4.4 小结 21

第五章 实验结果与分析 22

5.1 实验平台仿真结果 22

5.2 实验结果分析 24

5.3 小结 25

第六章 总结与展望 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 研究背景

众所周知，社会经济的发展离不开充足的能源供给，随着人类社会的快速发展，我们对能源的需求越来越大。而在使用这些能源的过程中，对生态环境的破坏极其巨大，尤其是气体排放所导致的全球性气温升高，这使得发展高效能无污染的新能源成为当下最为迫切的问题。典型的新能源有太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能等，当直接使用这些能源时效率并不高，所以通常将其转化为电能所使用，因此在开发利用新能源的过程中，电能储存技术发挥着至关重要的作用^[1-2]。

锂离子电池是上世纪七十年代研发成功的新型高效能二次电池，上世纪九十年代进入产业化阶段，之后在各国科学家的不断努力下使其得到飞速发展。其具有电压高、比能量大、安全性能好、循环寿命长以及自放电率低等诸多优点，因而备受青睐，在现代社会得到了广泛的应用，小到低功耗（毫瓦）的便携式电子设备，大到高功率（千瓦）的电动汽车（BEV），锂离子电池的身影无处不在，因此其发展与应用逐渐成为现代科研工作者们所研究的热点。

将高性能的模块化硬件与高效的计算机软件相结合，可以得到一种能够完成多种测试、测量和自动化的应用，我们称之为虚拟仪器（VI）技术。该技术集成了传感器技术、软件开发技术、计算机应用技术等诸多先进技术。利用虚拟仪器技术可以搭建出各种各样的实验平台，并且该平台拥有良好的灵活性和可扩展性。通过虚拟仪器技术进行锂离子电池实验平台搭建，不仅能够有效地缩短开发周期、节约开发成本，而且使得实验平台拥有良好的扩展性和集成度，实现了实验过程的自动化和简易化。