长脉冲强磁场的蓄电池性能测试平台研制

摘要

国家脉冲强磁场科学中心是世界各国的强磁场装置中唯一使用蓄电池型电源作为长脉冲磁体电源的实验室。利用该蓄电池型电源，国家脉冲强磁场中心成功实现了35.8T/2s的长脉冲磁场与25T/200ms/250ppm的高稳定度平顶长脉冲磁场。组成该电源的蓄电池实验时单台最高可输出2.5kA/1s的长脉冲大电流，使用条件特殊。为了对蓄电池的性能与使用状况进行监控，本文设计了适合长脉冲强磁场的蓄电池性能测试系统。利用该系统可对单台蓄电池进行小电流循环充放电测试与大电流脉冲放电测试，得到蓄电池在不同状况下的电压、内阻等参数。并可根据测试内容灵活设置测试步骤并完成测试程序的自动控制与执行。
　　完成了测试系统的设计与实现。完成了硬件系统设计，包括对主电路系统的硬件结构设计以及采集与控制系统的设计。完成了主电路中各硬件设备的选型与实现以及采集与控制电路中采集卡、电流传感器的选型与实现。设计与实现了线性度低于0.2％的电压传感器。分析了测试系统软件的需求，设计了软件的整体结构，完成了测试系统的软件设计。实现了基于LabVIEW的测试系统软件，利用生产者与消费者循环，实现了在高采样频率下的长时间连续采集，通过对逻辑控制程序的设计实现了测量程序的自动执行。
　　研制的测试系统投入单台蓄电池的性能测试，完成了小电流循环充放电测试与瞬间大电流放电的初步测试。系统调试和蓄电池性能测试结果表明，设计的测试系统性能可靠，达到预期目标，能够满足蓄电池电源性能监控的目的。得到了蓄电池开路电压随容量的变化关系，针对蓄电池短时间放电过程建立了二阶动态模型，为蓄电池型电源的使用与维护提供了理论支持。

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1 绪论

1.1 长脉冲强磁场及电源系统介绍

1.2 蓄电池测试平台的介绍及其意义

1.3 蓄电池测试平台的国内外研究现状

1.4 本文的主要工作

2 蓄电池测试平台的实验方案设计

2.1 阀控式铅酸蓄电池的基本原理

2.2 阀控式铅酸蓄电池的电气参数及常用测量方法

2.3 测试平台的测试方案与性能指标

本章小结

3 测试平台硬件系统设计及实现

3.1 硬件电路总体方案

3.2 主电路元件设备选型与实现

3.3 信号采集与控制系统的设计与实现

本章小结

4 测试平台软件系统的设计及实现

4.1 LabVIEW软件介绍

4.2 系统需求分析

4.3 程序整体结构设计

4.4 功能模块的设计与实现

4.5 测试程序前面板介绍

本章小结

5 系统测试与结果分析

5.1 小电流循环充放电测试与结果分析

5.2 瞬间大电流初步测试与结果分析

本章小结

6 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表论文目录