铅酸蓄电池光伏充电控制器的研究

【摘要】：随着当今社会飞速发展,环境污染日益严重,发展清洁能源迫在眉睫,而太阳能作为一种清洁的可再生能源,是未来新型能源开发的首选。太阳能转化成电能后,一般都需要存储于如蓄电池等储能设备中,如何在保证蓄电池充电安全的情况下,最高效率的利用太阳能实现快速充电已成为了当今社会的研究热点。光伏充电控制器的核心控制原理包括光伏电池的最大功率点跟踪(MPPT)与蓄电池的安全快速充电,本文对应用于铅酸蓄电池充电的光伏充电控制器进行研究,主要包含以下几方面:首先,分析光伏电池的工作原理与特性,对目前常用MPPT方法和铅酸蓄电池原理与特性进行了分析。并以铅酸蓄电池为研究对象设计充放电实验,进行大量实验并建立初始荷电状态SOC预测模型和可接受充电曲线模型。然后,对光伏充电控制器的控制方法进行设计,先对抛物线极值计算的MPPT方法进行设计,再基于铅酸蓄电池的可接受充电曲线模型设计采用相应充电方法,实现铅酸蓄电池的快速充电。最后,对光伏充电控制器进行软硬件设计和上位机设计,并对充电控制器控制效果进行了分析。硬件电路采用MSP430F149作为控制中心和SEPIC拓扑电路作为主电路,达到用PWM波来实现MPPT及快速充电的控制,上位机采用Labview软件实现对控制器的监控与数据记录,实验结果表明,光伏充电控制器能够实现MPPT和对铅酸蓄电池的安全快速充电。 【关键词】：光伏电池 铅酸蓄电池 最大功率点跟踪 快速充电 充电控制器
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM910.6
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-20
• 1.1 选题背景与意义15-16
• 1.2 光伏系统研究现状16-19
• 1.2.1 光伏电池与蓄电池研究现状17-18
• 1.2.2 光伏充电控制器研究现状18-19
• 1.3 本文主要内容19-20
• 2 光伏充电系统组成与特性20-29
• 2.1 光伏充电系统组成20
• 2.2 光伏电池的工作原理与特性20-25
• 2.2.1 光伏电池的工作原理20-21
• 2.2.2 光伏电池等效电路与输出特性21-25
• 2.3 光伏充电系统常用最大功率点跟踪方法25-26
• 2.3.1 最大功率点跟踪控制原理25
• 2.3.2 常用最大功率点跟踪方法25-26
• 2.4 铅酸蓄电池概述26-28
• 2.4.1 铅酸蓄电池工作原理26-27
• 2.4.2 铅酸蓄电池主要特性27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 铅酸蓄电池充放电特性研究与建模29-41
• 3.1 铅酸蓄电池充放电特性研究29-34
• 3.1.1 现有铅酸蓄电池荷电状态预测方法29-30
• 3.1.2 现有铅酸蓄电池充电方法30-31
• 3.1.3 铅酸蓄电池充放电实验设计与结果分析31-34
• 3.2 初始荷电状态预测模型的建立与验证34-36
• 3.2.1 初始荷电状态预测模型的建立34-35
• 3.2.2 仿真结果分析35-36
• 3.3 可接受充电曲线模型的建立与验证36-40
• 3.3.1 可接受充电曲线模型的建立36-38
• 3.3.2 仿真结果分析38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 光伏充电器控制方法研究41-51
• 4.1 最大功率点跟踪方法设计41-47
• 4.2 充电控制方法设计47-50
• 4.2.1 光伏充电系统快速控制方法设计47-48
• 4.2.2 充电控制方法的仿真与结果分析48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 光伏充电控制器软硬件设计与结果分析51-68
• 5.1 充电控制器的总体设计51-52
• 5.1.1 设计要求51
• 5.1.2 设计方案51-52
• 5.2 硬件电路设计52-58
• 5.2.1 控制电路设计52-54
• 5.2.2 升降压斩波电路设计54-57
• 5.2.3 辅助电源设计57
• 5.2.4 保护模块设计57-58
• 5.3 软件设计58-61
• 5.3.1 系统软件总体流程58-59
• 5.3.2 最大功率点跟踪控制程序设计59-60
• 5.3.3 充电控制程序设计60-61
• 5.4 上位机设计61
• 5.5 实验结果分析61-66
• 5.4.1 最大功率点跟踪效果与数据分析62-65
• 5.4.2 铅酸蓄电池充电控制结果与数据分析65-66
• 5.6 控制器性能分析66-67
• 5.7 本章小结67-68
• 6 总结与展望68-69
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-72
• 附录A 光伏控制器原理图72-73
• 附录B 光伏控制器PCB图73-74
• 附录C MPPT计算和快速充电控制程序74-79
• 作者简历79

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