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铝空气电池是一种金属铝和氧气在电解液环境下反应进行放电的金属燃料电池,具备能量密度高、价格低、环保、功率密度高等优势。目前铝空气电池尚处于实验室阶段,大多数铝空气电池只对总电压和总电流进行简单测量,只能满足电池基础理论研究的需要。本文以72节单体电池串联组成的铝空气电池组为实验对象,开发了一个铝空气电池管理系统。系统从保证电池良好放电性能的角度出发,自定义了单体电池电压在线监测、剩余电量预测、电解液管理、热管理、显示与控制、报警、电源管理七大功能模块,并重点研究了单体电池电压在线监测、剩余电量预测、热管理三大关键技术,为铝空气电池的产业化、实用化提供了技术基础。 在单体电池电压在线监测模块中,分析了铝空气电池单体电池电压采集存在共模输入电压过高、误差累计、电压采集环境干扰严重的问题,提出了多路隔离电源供电、隔离采集、隔离传输相结合的方法,并且利用滤波算法提高采集精度,为串联铝空气电池组的单体电压检测提供了一种新的低成本的解决方案。 在剩余电量预测模块中,分析了铝空气电池剩余电量预测和传统电池剩余电量预测的差别,指出了铝空气电池剩余电量预测的研究重点集中在监测铝板和电解液的消耗情况。针对铝板的消耗情况,提出安时积分法计算剩余电量,其中采用串联电阻法采集电流来提高安时积分法的预测精度。针对电解液的消耗情况,提出通过监测恒定小电流放电曲线的方法,对电解液浓度临界值进行预警。为预测铝空气电池剩余电量提出了一套新的实用的检测标准与思路。 在热管理模块中,在大电流放电时电池自发热十分严重,传统的PID温度控制法响应速度慢、控制精度低,无法实现恒温控制。本文采用了模糊PID控制法,通过模糊控制自动整定PID参数,从而实现了恒温控制。