蓄电池组充放电监控系统的设计与开发

论文摘要

随着高科技及其产业的迅速发展,大存储容量的蓄电池组能源系统已经越来越被人们所重视,在诸如电动汽车、大功率UPS、电厂及变电站直流系统、通信系统等很多领域中都得到广泛应用。蓄电池组是由一定数量的单体电池串联组成的,对于蓄电池组的充电系统提出一种合理高效的方法,再配合在线实时检测蓄电池组充放电各单体蓄电池的充放电电压、充放电时的温升以及整个蓄电池组的充放电电流等参数,及时找出损坏或性能显著降低的蓄电池,对于延长电池的使用寿命、降低成本特别是提高直流供电系统的可靠性是至关重要的。本文以12V的蓄电池为例,在实验室中搭建了小型的系统,验证了系统的可行性。本文设计了蓄电池组充放电系统的总体结构,包括下位机各节点子系统,CAN总线通信模块及上位机在线监控系统。节点子系统以嵌入式PIC16F877单片机为核心,完成了数据采集、充电过程控制和通信等功能；设计开发了CAN总线通信系统进行节点与上位机的通信；采用VB语言设计开发了上位机监控程序,对各节点参数进行显示的同时分析各节点参数,同时对各节点发出相应的控制指令。在系统硬件搭建完成后,根据蓄电池的内部特性,建立了蓄电池充电过程的数学模型,提出了两种模糊PID控制算法进行充电过程的控制研究,并同常规PID控制算法进行比较,仿真结果证实了所提模糊PID控制算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电动车的发展历史
• 1.3 电池管理系统的意义
• 1.4 铅酸蓄电池的特性
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 密封免维护铅酸蓄电池的特性
• 1.5 国内外现状
• 1.6 课题研究内容及结构安排
• 第2章 蓄电池组充放电系统总体设计
• 2.1 蓄电池组充放电系统结构
• 2.2 主要芯片的选型
• 2.3 系统的开发环境
• 2.3.1 硬件开发环境
• 2.3.2 软件开发环境
• 2.4 上位机监控系统的设计
• 2.4.1 上位机监控系统的总体设计
• 2.4.2 功能及操作介绍
• 2.4.3 上位机系统的优化功能及设计流程
• 2.5 本章小结
• 第3章 节点子系统的设计与开发
• 3.1 节点电路的总体设计
• 3.2 采样信号的处理
• 3.2.1 电流信号的处理
• 3.2.2 温度信号的处理
• 3.2.3 电池剩余电量估计
• 3.3 拨码开关接口
• 3.4 异常情况处理
• 3.5 充电电路
• 3.5.1 充电电路硬件设计
• 3.5.2 充电电路软件设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 CAN总线工作原理和应用
• 4.1 CAN总线高层协议—CANopen
• 4.1.1 介绍
• 4.1.2 CAL协议
• 4.1.3 CANopen
• 4.1.4 总结
• 4.2 CAN总线实际应用
• 4.2.1 CAN总线接口电路设计
• 4.2.2 系统软件设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 蓄电池充电控制算法研究
• 5.1 充电方法的比较
• 5.1.1 恒流充电法
• 5.1.2 恒压充电法
• 5.1.3 恒流恒压充电
• 5.2 模糊及PID算法
• 5.3 模糊控制基本理论
• 5.3.1 模糊控制系统基本结构
• 5.3.2 模糊化
• 5.3.3 模糊规则库
• 5.3.4 模糊推理
• 5.3.5 反模糊化
• 5.4 控制方法研究及仿真
• 5.4.1 充电电路数学模型
• 5.4.2 分段模糊PID控制
• 5.4.3 混合型模糊PID控制
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢