蓄电池光伏充电及其状态监测系统的研究

【摘要】：人类社会的发展和进步使得我们对能源的需求急剧增长，有限的化石燃料日益枯竭，能源使用对环境的污染日益严重，光伏发电成为一种最具发展前景的技术。在光伏发电系统中蓄电池是发电与用电的一个接口，具有不可替代的作用，而蓄电池失效和寿命都成为阻碍系统推广的原因之一。因此，除了改善蓄电池自身性能之外，针对光伏自身特点改进充电方法使蓄电池充电高效、迅速、无损，和对蓄电池实施状态监测，对于光伏发电系统的推广和智能管理有着十分重要的意义。 论文首先研究了光伏电池的特性，以及蓄电池充电理论，在总结先前研究的基础之上，提出了光伏脉冲电荷转储充电的概念。此种方法根据其储电电容荷电状态实现蓄电池充电过程的充停控制，能有效降低蓄电池充电过程产生的极化和扩散积累的热量，并在弱光照情况下对蓄电池实现有效充电。在状态监测方面，设计了一种基于积分电路的数字式电量监测方法。该方法采用包含霍尔电流传感器检测、积分、脉冲发生、积分电容放电等纯硬件电路实现输出的每个脉冲对应一定的电量，然后使用PIC单片机对脉冲进行统计实现充放电电量的监测。 论文中采用PIC18F2550作为充电主控制器搭建光伏充电控制器样机，并设计了一种采用下位机—上位机模式的蓄电池状态监测系统。下位机以PIC18F4550为核心，采集光伏电压、蓄电池工作状态、平均电压、平均电流、及电量等信息并进行上传。上位机采用LabVIEW进行界面设计，完成与下位机通信、数据提取、分析、存储、查询等功能。最终将光伏充电控制器、状态监测系统、蓄电池、负载组成一套光伏实验系统，可以为改进光伏充电控制器控制策略、蓄电池智能管理的相关技术参数提供必要的依据。 本文研究受国家自然科学基金项目：基于高频交流技术的分布式可再生能源技术研究(51177050)资助。 【关键词】：光伏系统 蓄电池 脉冲电荷转储 状态监测 LabVIEW
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题的研究背景及意义12-15
• 1.1.1 光伏发电简介12-13
• 1.1.2 光伏系统中的蓄电池13-14
• 1.1.3 本课题研究的意义14-15
• 1.2 课题的研究现状及发展趋势15-16
• 1.2.1 光伏充电的研究现状15
• 1.2.2 蓄电池监测系统的研究现状及发展趋势15-16
• 1.3 本论文主要研究内容16-18
• 第二章 蓄电池光伏充电原理概述18-27
• 2.1 光伏电池的工作原理及其特性18-21
• 2.1.1 光伏电池的工作原理18
• 2.1.2 光伏电池等效模型18-19
• 2.1.3 光伏电池 U-I 特性19-21
• 2.2 蓄电池充电理论21-24
• 2.2.1 蓄电池工作原理21
• 2.2.2 蓄电池充电过程的极化现象21-22
• 2.2.3 马斯理论与蓄电池可接受充电电流曲线22-23
• 2.2.4 去极化的方法23-24
• 2.3 传统蓄电池充电技术24-26
• 2.3.1 传统充电控制方法24-25
• 2.3.2 常用光伏充电拓扑25-26
• 2.3.3 传统充电控制方法的不适应性26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 光伏脉冲电荷转储充电技术27-38
• 3.1 原理分析27-30
• 3.1.1 定义27
• 3.1.2 拓扑电路27-28
• 3.1.3 工作过程及计算分析28-30
• 3.1.4 弱光状况下的充电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 光伏充电控制器的实现33-37
• 3.3.1 主要参数的选择33-34
• 3.3.2 控制电路的硬件设计34-36
• 3.3.3 控制电路的软件设计36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 蓄电池状态监测原理与方法38-50
• 4.1 蓄电池的基本参数及特性38-41
• 4.1.1 电压38-39
• 4.1.2 容量39
• 4.1.3 内阻39-40
• 4.1.4 温度40
• 4.1.5 荷电状态 SOC40
• 4.1.6 健康状态 SOH40-41
• 4.2 蓄电池状态监测技术41-45
• 4.2.1 常用 SOC 检测方法41-43
• 4.2.2 数字式电量监测43-45
• 4.3 数字式电量监测模块硬件实现45-49
• 4.3.1 霍尔电流传感器检测电路45-46
• 4.3.2 积分电路46-47
• 4.3.3 脉冲发生电路47-48
• 4.3.4 积分电容放电电路48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 蓄电池状态监测系统设计50-69
• 5.1 系统功能50
• 5.2 系统架构设计50-51
• 5.3 状态监测下位机硬件设计51-56
• 5.3.1 PIC18F455051-52
• 5.3.2 电压检测52
• 5.3.3 电量、电流的检测52-53
• 5.3.4 继电器驱动53
• 5.3.5 EEPROM 的扩展53-54
• 5.3.6 液晶显示54-55
• 5.3.7 通信55-56
• 5.4 基于 PIC18F4550 的下位机软件设计56-59
• 5.4.1 主程序设计56-57
• 5.4.2 USART 中断通信服务程序57
• 5.4.3 I2C 总线57-58
• 5.4.4 LCD12864 汉字显示58-59
• 5.5 基于 LabVIEW 的上位机软件设计59-67
• 5.5.1 LabVIEW 简介59-60
• 5.5.2 上位机软件的总体设计60-61
• 5.5.3 使用 VISA 实现串口通信61-63
• 5.5.4 数据提取及显示63-64
• 5.5.5 采用 LabVIEW 开发数据库系统64-65
• 5.5.6 数据库系统的建立65-67
• 5.6 蓄电池组中的应用67-68
• 5.7 本章小结68-69
• 第六章 实验与结果分析69-77
• 6.1 光伏充电控制器实验69-71
• 6.1.1 正常光照情况下工作69-70
• 6.1.2 弱光照情况下工作70-71
• 6.2 数字式电量监测模块实验71-73
• 6.3 蓄电池在线监测系统73-76
• 6.3.1 充电监测分析74-75
• 6.3.2 放电监测分析75-76
• 6.4 本章小结76-77
• 结论与展望77-79
• 结论77-78
• 进一步工作展望78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83-84
• 附件84

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