基于FPGA的锂电池充放电性能检测系统设计开题报告

全文总字数：3654字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1设计的背景及研究意义

锂电池是一种由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由gilbert n. lewis提出并研究。20世纪70年代时，m. s. whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的, 且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂, 并且是可以充电的。由于锂离子电池性能优越, 锂金属电池逐渐被淘汰, 通常人们喜欢把锂离子电池叫做锂电池。

锂电池分为锂一次电池与锂二次电池。锂原电池通常以金属锂或者锂合金为负极，用mno₂， socl₂等材料为正极。一般来讲，普通电池的工作原理大都基于氧化还原反应，而锂离子电池原理除氧化还原以外，还基于电化学嵌入/脱嵌反应，因此没有造成电极材料晶格结构的变化，反应具有良好的可逆性。这让锂离子电池具有一般高能量密度可充电电池所不具备的高循环寿命。锂聚合物电池的发展先后经历锂固体聚合物电解质电池与锂离子凝胶聚合物电解质电池两个阶段。后者在1994 年出现，并在1999年实现商品化。

我国锂电池的研制始于20世纪60年代，70年代初期已开始军用。我国对锂电池的研究几乎与国际同步，但形成规模生产却落后许多。日本在锂电池的研制和应用方面目前处于世界领先地位。锂电池可用于心脏起搏器，电子手表，计算器，录音机，无线电通讯设备，导弹点火系统，大炮发射设备，潜艇，鱼雷，飞机及一些特殊的军事用途。其广泛的用途预示了其广阔的前景。但现状国内未有高性能的锂电池出现，即在高电压和大电容上未有所突破。因此现在锂电池的发展方向应集中在电压的升高和电容的增大方面，以此来适应更多更广泛的用途。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

锂电池充放电性能检测系统要求基于FPGA实现锂电池充放电时参数的采集、处理以及参数的显示。硬件设计部分主要包括参数采集电路、转换电路和参数显示电路三个部分。主控制板需要完成对锂电池工作过程中的电压、电流、温度等数据进行采集，同时利用这些采集的数据计算电池当前可用容量，这些被采集到或计算出的数据将被显示在液晶屏幕上。采集到的电池相关参数储存在芯片内并可以导入到电脑上保存。

2.2拟采用的技术方案及措施

本课题的研究内容主要是对锂电池实时监测采集模块的设计与实现。该模块主要使用基于FPGA的NIOSⅡ处理器、电池性能检测芯片、AD转换器、液晶显示电路以及系统功能实现所需的软件设计等。数据采集功能主要是通过使用电池性能检测芯片和AD转换器与NIOSⅡ处理器进行通信来实现的。把基于FPGA的NIOSⅡ软核处理器作为主控制器，运用电池性能检测芯片和AD转换器采集锂电池的状态信息，并将采集到的电池信息经NIOSⅡ处理器处理后传递给液晶屏显示。整体框图如图所示。

3. 研究计划与安排

第1周—第3周 搜集资料，撰写开题报告；

第4周—第5周 论文开题；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]黄学杰.锂离子电池及相关材料进展[j].中国材料进展,2010(8):46-52.

[2]张田丽,王春梅,宋子会.锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展[j].现代技术陶瓷,2014(5):5-10.

[3]wu h,cui y.designing nanostructured sianodes for high energy lithium ion batteries[j].nano today,2012,7(5):414-429.