蓄電池光伏充電及其狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究

【摘要】：人類社會的發(fā)展和進步使得我們對能源的需求急劇增長，有限的化石燃料日益枯竭，能源使用對環(huán)境的污染日益嚴重，光伏發(fā)電成為一種最具發(fā)展前景的技術。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池是發(fā)電與用電的一個接口，具有不可替代的作用，而蓄電池失效和壽命都成為阻礙系統(tǒng)推廣的原因之一。因此，除了改善蓄電池自身性能之外，針對光伏自身特點改進充電方法使蓄電池充電高效、迅速、無損，和對蓄電池實施狀態(tài)監(jiān)測，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣和智能管理有著十分重要的意義。 論文首先研究了光伏電池的特性，以及蓄電池充電理論，在總結先前研究的基礎之上，提出了光伏脈沖電荷轉儲充電的概念。此種方法根據其儲電電容荷電狀態(tài)實現蓄電池充電過程的充?？刂?，能有效降低蓄電池充電過程產生的極化和擴散積累的熱量，并在弱光照情況下對蓄電池實現有效充電。在狀態(tài)監(jiān)測方面，設計了一種基于積分電路的數字式電量監(jiān)測方法。該方法采用包含霍爾電流傳感器檢測、積分、脈沖發(fā)生、積分電容放電等純硬件電路實現輸出的每個脈沖對應一定的電量，然后使用PIC單片機對脈沖進行統(tǒng)計實現充放電電量的監(jiān)測。 論文中采用PIC18F2550作為充電主控制器搭建光伏充電控制器樣機，并設計了一種采用下位機—上位機模式的蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。下位機以PIC18F4550為核心，采集光伏電壓、蓄電池工作狀態(tài)、平均電壓、平均電流、及電量等信息并進行上傳。上位機采用LabVIEW進行界面設計，完成與下位機通信、數據提取、分析、存儲、查詢等功能。最終將光伏充電控制器、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、蓄電池、負載組成一套光伏實驗系統(tǒng)，可以為改進光伏充電控制器控制策略、蓄電池智能管理的相關技術參數提供必要的依據。 本文研究受國家自然科學基金項目：基于高頻交流技術的分布式可再生能源技術研究(51177050)資助。 【關鍵詞】：光伏系統(tǒng) 蓄電池 脈沖電荷轉儲 狀態(tài)監(jiān)測 LabVIEW
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM615;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 課題的研究背景及意義12-15
• 1.1.1 光伏發(fā)電簡介12-13
• 1.1.2 光伏系統(tǒng)中的蓄電池13-14
• 1.1.3 本課題研究的意義14-15
• 1.2 課題的研究現狀及發(fā)展趨勢15-16
• 1.2.1 光伏充電的研究現狀15
• 1.2.2 蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)的研究現狀及發(fā)展趨勢15-16
• 1.3 本論文主要研究內容16-18
• 第二章 蓄電池光伏充電原理概述18-27
• 2.1 光伏電池的工作原理及其特性18-21
• 2.1.1 光伏電池的工作原理18
• 2.1.2 光伏電池等效模型18-19
• 2.1.3 光伏電池 U-I 特性19-21
• 2.2 蓄電池充電理論21-24
• 2.2.1 蓄電池工作原理21
• 2.2.2 蓄電池充電過程的極化現象21-22
• 2.2.3 馬斯理論與蓄電池可接受充電電流曲線22-23
• 2.2.4 去極化的方法23-24
• 2.3 傳統(tǒng)蓄電池充電技術24-26
• 2.3.1 傳統(tǒng)充電控制方法24-25
• 2.3.2 常用光伏充電拓撲25-26
• 2.3.3 傳統(tǒng)充電控制方法的不適應性26
• 2.4 本章小結26-27
• 第三章 光伏脈沖電荷轉儲充電技術27-38
• 3.1 原理分析27-30
• 3.1.1 定義27
• 3.1.2 拓撲電路27-28
• 3.1.3 工作過程及計算分析28-30
• 3.1.4 弱光狀況下的充電30
• 3.2 MPPT 控制的研究30-33
• 3.2.1 MPPT 控制方法31-32
• 3.2.2 MPPT 仿真分析32-33
• 3.3 光伏充電控制器的實現33-37
• 3.3.1 主要參數的選擇33-34
• 3.3.2 控制電路的硬件設計34-36
• 3.3.3 控制電路的軟件設計36-37
• 3.4 本章小結37-38
• 第四章 蓄電池狀態(tài)監(jiān)測原理與方法38-50
• 4.1 蓄電池的基本參數及特性38-41
• 4.1.1 電壓38-39
• 4.1.2 容量39
• 4.1.3 內阻39-40
• 4.1.4 溫度40
• 4.1.5 荷電狀態(tài) SOC40
• 4.1.6 健康狀態(tài) SOH40-41
• 4.2 蓄電池狀態(tài)監(jiān)測技術41-45
• 4.2.1 常用 SOC 檢測方法41-43
• 4.2.2 數字式電量監(jiān)測43-45
• 4.3 數字式電量監(jiān)測模塊硬件實現45-49
• 4.3.1 霍爾電流傳感器檢測電路45-46
• 4.3.2 積分電路46-47
• 4.3.3 脈沖發(fā)生電路47-48
• 4.3.4 積分電容放電電路48-49
• 4.4 本章小結49-50
• 第五章 蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計50-69
• 5.1 系統(tǒng)功能50
• 5.2 系統(tǒng)架構設計50-51
• 5.3 狀態(tài)監(jiān)測下位機硬件設計51-56
• 5.3.1 PIC18F455051-52
• 5.3.2 電壓檢測52
• 5.3.3 電量、電流的檢測52-53
• 5.3.4 繼電器驅動53
• 5.3.5 EEPROM 的擴展53-54
• 5.3.6 液晶顯示54-55
• 5.3.7 通信55-56
• 5.4 基于 PIC18F4550 的下位機軟件設計56-59
• 5.4.1 主程序設計56-57
• 5.4.2 USART 中斷通信服務程序57
• 5.4.3 I2C 總線57-58
• 5.4.4 LCD12864 漢字顯示58-59
• 5.5 基于 LabVIEW 的上位機軟件設計59-67
• 5.5.1 LabVIEW 簡介59-60
• 5.5.2 上位機軟件的總體設計60-61
• 5.5.3 使用 VISA 實現串口通信61-63
• 5.5.4 數據提取及顯示63-64
• 5.5.5 采用 LabVIEW 開發(fā)數據庫系統(tǒng)64-65
• 5.5.6 數據庫系統(tǒng)的建立65-67
• 5.6 蓄電池組中的應用67-68
• 5.7 本章小結68-69
• 第六章 實驗與結果分析69-77
• 6.1 光伏充電控制器實驗69-71
• 6.1.1 正常光照情況下工作69-70
• 6.1.2 弱光照情況下工作70-71
• 6.2 數字式電量監(jiān)測模塊實驗71-73
• 6.3 蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)73-76
• 6.3.1 充電監(jiān)測分析74-75
• 6.3.2 放電監(jiān)測分析75-76
• 6.4 本章小結76-77
• 結論與展望77-79
• 結論77-78
• 進一步工作展望78-79
• 參考文獻79-82
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83-84
• 附件84

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