蓄电池在线监控系统的研究

论文摘要

随着通信、电子和能源技术的不断发展,蓄电池在民用和工业生产中的应用越来越广泛,作用也越来越重要。特别是在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,新能源成为世界各国争相发展的热点。“十二五”规划当中,风电、光伏发电要实现平价上网,新能源汽车被列为中国汽车行业今后5年发展的重中之重,这些都离不开蓄电池。特别是蓄电池在光伏发电和风能发电中起着至关重要的作用,既能作为能量不足的补充,又能储存多余的能量,而电动汽车能量的来源就是蓄电池。蓄电池维护管理的不当将直接影响电池的使用效益和寿命,甚至损坏电池,严重情况下还会导致安全事故发生,其可靠性关系到很多重要场合的安全与稳定。通过在线监测蓄电池的工作参数,可以及时了解电池的工作状态、工作特性及电池的维护情况,并对其进行合理的充放电控制,使其安全有效的运行。因此,蓄电池在线监控系统的开发势在必行。针对目前蓄电池在线监控系统中存在的不足,以及结合本实验室安装的光伏独立发电系统,对铅酸蓄电池的参数测量,容量估算,充电等几个方面做了探讨和研究。具体完成工作如下：(1)分析蓄电池技术参数及特性,及蓄电池监控系统研究的现状。(2)蓄电池电压、电流与温度实时监测方法的研究,完成了系统硬件和软件的设计。(3)蓄电池内阻在线测量原理方法的研究,采用交流注入、相关检测的方法实现了对蓄电池内阻的在线测量,测量精度达到了0.1毫欧,并可在线实时测量,完成了内阻测量仪的软硬件设计与调试。(4)分析了影响蓄电池容量的因素,对各种蓄电池容量预测方法进行了探讨。采用神经网络方法对铅酸蓄电池剩余容量进行估算,在matlab环境下对算法进行了仿真。结果表明这种方法可以快速有效的估算蓄电池剩余容量。(5)分析了蓄电池的多种充电方法及蓄电池的电化学特性,采用蓄电池充电控制芯片UC3906设计了充电电路,充电过程为三个阶段,实现了有效、安全的为蓄电池补充电量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 蓄电池在线监控系统的背景与发展
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究内容和结构
• 第二章 蓄电池性能参数及状态监测
• 2.1 蓄电池概述
• 2.1.1 各种蓄电池性能比较
• 2.1.2 铅酸蓄电池的发展
• 2.1.3 铅酸蓄电池化学原理
• 2.2 铅酸蓄电池电特性与主要参数
• 2.2.1 蓄电池的电动势和开路电压
• 2.2.2 作电压
• 2.2.3 充放电曲线
• 2.2.4 蓄电池的内阻
• 2.2.5 蓄电池的容量
• 2.3 铅酸蓄电池失效模式及实时监控的必要性
• 2.3.1 铅酸蓄电池的失效机理
• 2.3.2 蓄电池实时监控的必要性
• 2.4 蓄电池运行状态监测
• 2.4.1 电压测量
• 2.4.2 电流测量
• 2.4.3 温度测量
• 2.5 本章小结
• 第三章 蓄电池内阻测量技术研究
• 3.1 铅酸蓄电池内阻特性
• 3.2 内阻测量方法研究
• 3.2.1 不平衡电桥法
• 3.2.2 直流放电法
• 3.2.3 交流注入法
• 3.3 内阻测量系统的软硬件设计
• 3.3.1 前置放大电路
• 3.3.2 滤波电路
• 3.3.3 锁相放大电路
• 3.3.4 系统软件设计
• 3.4 结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 蓄电池剩余容量估算
• 4.1 铅酸蓄电池剩余容量及影响因素
• 4.1.1 剩余容量
• 4.1.2 影响剩余容量的因素
• 4.2 剩余容量估算方法介绍
• 4.2.1 开路电压法
• 4.2.2 负载电压法
• 4.2.3 阻抗法
• 4.2.4 安时积分法
• 4.2.5 神经网络法
• 4.3 基于神经网络的剩余容量估算
• 4.3.1 神经网络
• 4.3.2 径向基神经网络
• 4.3.3 径向基函数学习过程
• 4.3.4 算法与实现
• 4.3.5 结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 蓄电池充电控制系统的设计
• 5.1 常用充电方法介绍
• 5.1.1 恒流充电
• 5.1.2 恒压充电
• 5.1.3 恒压限流充电
• 5.1.4 快速充电
• 5.2 充电电路的设计
• 5.2.1 UC3906结构及工作原理
• 5.2.2 充电电路的设计
• 5.2.3 充电电路基本功能及性能
• 5.3 保护电路
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况及联系方式