便携式光伏电源能量管理系统

【摘要】：随着地球上众多不可再生能源的过度开采和利用,使得能源问题成为当今世界需首要解决的问题之一。太阳能相比化石能源,其充足的供给和清洁环保等优势使其在近些年来被越来越广泛地利用。便携式光伏电源是离网型的光伏发电系统,其结构、运行方式和对其能量的管理直接影响着光伏发电和充电的效率,决定着整个系统的稳定和可靠性。为此,本文以便携式光伏电源的能量管理问题为研究对象,就系统的充放电电路、最大功率跟踪等能量管理的关键问题展开了研究,并设计样机和进行实验。论文首先介绍了所研究便携式光伏电源的整体结构,分析了光伏电池的特性和储能电池的选择及特性,并进行了比较和论述,然后根据这些特性分析了其能量管理的关键性问题。其次,论文对常见的光伏充电拓扑进行了研究,并设计了光伏充电控制器的主电路结构,对光伏充电的最大功率跟踪方法进行了分析和比较,并利用DSP对电路的驱动和反馈控制,完成了锂电池组的三阶段充电过程和光伏电池的最大功率跟踪。再次,论文对市电充电适配器及其能量管理电路进行了设计,前级的单片开关电源结构利用计算机辅助设计,确定了电路中的各参数和反馈机制,并进行优化;后级采用电池组管理芯片设计并分析了其工作原理和功能,根据系统要求的三阶段充电流程对外围电路及参数进行了设计和计算。最后,设计了能量管理系统主要的控制程序流程和硬件电路,并对所设计的系统进行了软硬件集成,组装和实现了一台350W的实验样机,实验结果表明,所设计的能量管理系统能够实现所设计的功能,且效果良好。 【关键词】：光伏电源 能量管理 锂电池管理 光伏充电 DSP控制
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-16
• 第二章 便携式光伏电源系统组成和特性16-32
• 2.1 便携式光伏电源系统的硬件组成和结构设计16-17
• 2.2 光伏电池的工作原理和等效电路17-21
• 2.2.1 薄膜光伏电池的应用17-18
• 2.2.2 光伏电池的工作原理18
• 2.2.3 光伏电池的特性18-21
• 2.3 锂离子电池的工作原理和特性21-26
• 2.3.1 锂电池和铅酸蓄电池21-22
• 2.3.2 锂离子电池的工作原理22-23
• 2.3.3 锂离子电池的充放电特性23
• 2.3.4 锂离子电池的充电方法23-26
• 2.4 大容量锂电池组能量管理的关键技术26-31
• 2.4.1 锂电池组的SOC估算27-28
• 2.4.2 锂电池组的均衡充电28-31
• 2.4.3 锂电池组的热管理31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 光伏充电控制器及其能量管理32-44
• 3.1 光伏电池最大功率跟踪的研究32-36
• 3.1.1 最大功率跟踪的原理32
• 3.1.2 扰动观察法32-34
• 3.1.3 电导增量法34-35
• 3.1.4 恒定电压法35-36
• 3.2 光伏充电控制器的设计36-42
• 3.2.1 光伏充电控制器拓扑设计36-38
• 3.2.2 光伏充电控制器的工作模式和控制方式38-40
• 3.2.3 光伏充电过程的实现40-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 市电充电能量管理系统44-58
• 4.1 市电充电管理的实现方式44
• 4.2 用于能量管理的离线控制集成管理芯片44-50
• 4.2.1 充电管理芯片的特点和工作过程45-48
• 4.2.2 充电管理外围电路主要元器件选择和参数设定48-50
• 4.3 基于单片开关电源的AC-DC适配器设计50-56
• 4.3.1 适配器输入输出参数的确定50-51
• 4.3.2 单片开关电源的计算机辅助设计和优化51-54
• 4.3.3 反馈电路的选择54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 光伏电源管理系统的软硬件实现58-68
• 5.1 控制系统框图58-59
• 5.2 系统主控制器的选择和软件设计59-61
• 5.2.1 系统主控芯片的选择和初始化59
• 5.2.2 系统控制流程设计59-61
• 5.3 采样和驱动电路设计61-64
• 5.3.1 采样电路的设计61-63
• 5.3.2 光伏充电开关管驱动电路的设计63-64
• 5.3.3 继电器驱动电路64
• 5.4 系统辅助电源设计64-65
• 5.4.1 DSP供电电源设计65
• 5.4.2 DSP保护电源设计65
• 5.4.3 其他电压辅助电源设计65
• 5.5 整机集成65-66
• 5.6 本章小结66-68
• 第六章 实验结果和分析68-72
• 6.1 实验结果68-71
• 6.2 本章小结71-72
• 第七章 总结与展望72-76
• 参考文献76-82
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果82-84
• 致谢84

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