太阳能飞机锂电池能源管理系统的研究

发布时间：2017-07-29 18:27

  本文关键词：太阳能飞机锂电池能源管理系统的研究

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【摘要】：太阳能无人机的能源管理系统是对太阳能电池、储能电池及负载间的能源调度。为了提高储能电池的使用效率和使用寿命,电池的充放电管理和状态预测是核心问题。储能电池的充放电管理的核心问题主要是储能电池的充放电均衡问题。针对于储能电池的充放电管理及状态预测问题,目前国内外已进行了大量的研究。当下应用最多的电池均衡方案主要有被动式均衡电路和主动式均衡电路。被动式均衡充电电路以均衡速度快、控制简单的优点是目前应用最多的均衡方式,但是被动式均衡充电电路在均衡的过程中会消耗大量的能量,所以被动式均衡充电电路并不是电池充放电管理的理想选择；主动式均衡充电电路以充电效率高的特点成为锂电池充放电管理的最佳选择,但是由于主动式均衡充放电电路控制难度大、结构复杂和成本高等特点仍然不能成为电池充放电管理的理想选择。为了解决当下储能电池均衡充放电管理效率低、结构复杂等问题,本文提出了一种基于SPC5604P的太阳能锂电池能源管理系统。本文首先分析了国内外典型的能源管理系统的研究和发展状况,并结合锂电池本身的充放电特性指出了对当下针对锂电池的能源管系统的不足。充分的分析了太阳能输出功率与充电效率的基础上,本文提出了一种以SPC5604P为核心的管理芯片和以LTC6804-2为均衡控制单元的能源管理系统方案,并给出了能源管理系统的总体结构设计思路。系统论述了太阳能锂电池能源管理系统硬件设计的过程,以8PC5604P为控制系统核心,介绍了储能系统的温度采集电路、电压采集电路、电流采集电路、均衡电路、保护电路以及系统调节管理电路等硬件电路设计,并且为了最大程度的减少信号传输过程中的干扰信号,系统还专门设计了额外的滤波电路。在软件方向,系统建立了基于codewarrior的开发调试平台,并阐述了软件系统的工作过程,给出了系统的主系统、控制系统、数据采集系统、SPI通讯及数据存储等详细设计流程。最后,本文进行了硬件平台的实际测试,实验结果表明,本文提出的基于SPC5604P能源管理系统设计具有储能速度快、能源利用高、控制精度高的特点。
【关键词】：能源管理系统 主被动复合 LTC6804 电荷均衡调节
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V272;TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-15
• 1.1 论文背景及意义12-13
• 1.2 国内外现状13-14
• 1.3 课题分析14-15
• 1.3.1 需求分析14
• 1.3.2 研究目标14-15
• 第二章 能源管理系统的关键技术研究15-33
• 2.1 锂电池特性分析15-18
• 2.1.1 锂电池结构和化学特性15
• 2.1.2 锂电池的工作参数分析15-18
• 2.2 电池的SOC计算18-24
• 2.2.1 安时积分法18-19
• 2.2.2 内阻法19-20
• 2.2.3 开路电压法20-21
• 2.2.4 负载电压法21
• 2.2.5 神经网络法21-22
• 2.2.6 卡尔曼滤波法22-24
• 2.3 充电方法研究24-27
• 2.3.1 恒压充电方案24
• 2.3.2 恒流充电方案24-25
• 2.3.3 恒流恒压充电方案25-26
• 2.3.4 脉冲式充电方案26-27
• 2.3.5 智能充电方案27
• 2.4 均衡技术方案的研究27-31
• 2.4.1 能耗型均衡27-29
• 2.4.2 非能耗型均衡电路29-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 系统硬件电路设计33-48
• 3.1 系统控制方案选择33
• 3.2 系统总体设计33-34
• 3.3 主动均衡电路设计34-36
• 3.3.1 滤波电路的设计34-35
• 3.3.2 主动控制电路的调压控制电路设计35-36
• 3.4 被动均衡电路设计36-43
• 3.4.1 均衡检测电路37-39
• 3.4.2 电流检测电路39-40
• 3.4.3 温度采集电路40-42
• 3.4.4 激励电路42
• 3.4.5 被动式均衡电路设计42-43
• 3.5 控制电路设计43-47
• 3.5.1 主控制器43-44
• 3.5.2 供电电路设计44-45
• 3.5.3 数据通讯电路设计45-46
• 3.5.4 串口通讯电路设计46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 软件程序设计48-60
• 4.1 电池能源管理系统通讯协议48-55
• 4.1.1 通讯机制48-52
• 4.1.2 遥测帧中第4H字节和遥控帧中第54H内容说明52-55
• 4.2 电池充放电均衡算法程序设计55-56
• 4.3 电池的恒流恒压程序设计56-57
• 4.4 SOC算法程序设计57
• 4.5 主动调压程序设计57-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 实验结果分析60-69
• 5.1 系统硬件平台60-63
• 5.2 不同充电率下电池电压变化分析63-65
• 5.3 主动均衡调压控制电路调节控制实验65
• 5.4 主被动复合均衡控制下的电能存储效率分析65-66
• 5.5 充电均衡效果验证66-67
• 5.6 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文75

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