独立光伏系统中锂电池管理的研究

【摘要】：随着科学技术的不断进步和人类社会的高度发展,人类对各种资源的需求与日俱增,寻找新能源成为了新时代最迫切的任务,太阳能作为一种新型、取之不尽的绿色能源备受人们的关注,光伏系统发电也愈来愈为人们所知,然而,目前大多数光伏系统均是将电能逆变直接并网,这样就存在白天有电能而晚上却没有的问题,因此对于一个完备的独立光伏应用系统来说,如何把多余的能量储存起来也将是一个重要的工作。本文将对独立光伏系统中储能电池的管理进行研究,文中选用锂电池作为光伏储能电池,本文将从锂电池特性、锂电池剩余容量预测、充放电控制以及对锂电池组的保护等几个方面对光伏系统中锂电池进行研究与探讨。 本文在分析了现有的管理技术上,结合锂电池组的本身特性,针对上述问题等方面进行深入研究和探讨。主要介绍了本课题发展背景、研究意义以及全球范围内的发展现状以及常规的锂电池组管理策略,选用TI公司生产的TMS320LF2407DSP芯片,为控制电路中的功率开关提供脉冲驱动信号,同时对系统中各参数的处理,设计出了适用于光伏阵列的最大功率跟踪的直-直(交)控制电路以及能够使锂电池分组充、放电电路,并提出了本课题所采用的混合EKF式锂电池容量预测(SOC)算法,给出实现阵列MPPT、锂电池容量预测、充放电控制管理策略的软件设计。 本文设计出的各模块的硬件实现的电路,包括继电开关驱动电路,电压、电路和温度采集电路,DSP外围电路等,并分别阐述了各模块的功能及工作原理,有效地解决了光伏系统中锂电池管理中所带来的难题。最后文中画出了课题中需要控制的各模块的软件实现流程图,并分别简要的阐述了各部分软件实现的控制思想,解决了系统软件实现的可行性。 【关键词】：光伏阵列 锂电池 MPPT SOC
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 绪论16-22
• 1.1 课题研究的背景和意义16-17
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势17-18
• 1.3 锂电池的国内外发展状况18-19
• 1.4 光伏系统结构19-20
• 1.5 本设计的主要内容20-22
• 2 光伏锂电池特性分析22-40
• 2.1 太阳能电池的基本原理和电路特性22-25
• 2.1.1 光伏阵列I-V特性曲线23
• 2.1.2 江南体育在线直播观看 阵列在相同温度不同日照下I-V与P-V特性23-24
• 2.1.3 江南体育在线直播观看 阵列在相同日照不同温度下的I-V与P-V特性24-25
• 2.2 独立光伏系统的能流模型25-26
• 2.3 最大功率跟踪原理26-28
• 2.4 锂电池特性分析28-31
• 2.4.1 锂离子电池的特性28-29
• 2.4.2 容量特性29-30
• 2.4.3 温度特性30
• 2.4.4 锂离子电池的特点30-31
• 2.5 锂电池模型的建立31-35
• 2.6 锂电池充电特性曲线及充放电基本要求35-36
• 2.6.1 锂电池充电特性35
• 2.6.2 锂电池充电的基本要求35-36
• 2.6.3 锂电池的放电要求36
• 2.7 锂电池荷电状态SOC36-37
• 2.8 锂电池寿命及其影响因素37-40
• 3 光伏系统锂电池充放电控制及分析40-50
• 3.1 锂电池的传统充放电方法40-41
• 3.2 现有均衡技术分析41-45
• 3.2.1 旁路电阻分流均衡41-42
• 3.2.2 开关电容均衡42-43
• 3.2.3 开关线圈均衡43-44
• 3.2.4 本文提出的均衡方法44-45
• 3.3 光伏系统中充电控制技术45-48
• 3.3.1 江南体育在线直播观看 阵列直接连接充电45-46
• 3.3.2 锂电池恒压充电46
• 3.3.3 江南体育在线直播观看 阵列恒电压跟踪(CVT)充电46-47
• 3.3.4 太阳能阵列最大功率点跟踪充电47-48
• 3.4 独立光伏系统锂电池管理策略的提出48-50
• 4 锂电池剩余容量预测技术及容量检测装置50-56
• 4.1 常用SOC算法分析50-53
• 4.1.1 安时法50-51
• 4.1.2 开路电压法51-52
• 4.1.3 卡尔曼滤波法52-53
• 4.2 实际容量修正53
• 4.3 基于EKF的混合SOC估算算法53-56
• 5 锂电池组管理的硬件实现56-70
• 5.1 最小控制系统56-60
• 5.1.1 DSP的选择56
• 5.1.2 DSP2407的供电电路56-57
• 5.1.3 时钟电路设计57-58
• 5.1.4 程序存储器的扩展58-59
• 5.1.5 JTAG接口设计59-60
• 5.2 锂电池组60-63
• 5.2.1 锂电池组的组合方式60-61
• 5.2.2 锂电池电量检测开关选择61-63
• 5.3 电压采样电路的设计63-64
• 5.4 电流采样电路的设计64-65
• 5.5 温度采样电路的设计65-66
• 5.6 充、放电主电路的设计66
• 5.7 充、放电控制电路66-68
• 5.8 光伏阵列MPPT电路68-69
• 5.9 显示电路69-70
• 6 软件设计及仿真70-80
• 6.1 最大功率跟踪系统模块71
• 6.2 充电模块71-73
• 6.2.1 恒压恒流充电72-73
• 6.2.2 电源补偿均衡充电73
• 6.3 放电模块73-74
• 6.4 A/D转换中断服务程序74-75
• 6.5 SOC估算流程图75-76
• 6.6 SOC估算算法的验证76-78
• 6.7 均衡策略仿真78-80
• 总结与展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 作者简介及读研期间所发表论文88

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