鉛酸蓄電池智能充電控制器開題報告dot

1、湖北民族學院信息工程學院畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱：鉛酸蓄電池智能充電控制器的設計學生學號：031140811 學生姓名：龔家瑞 學科專業(yè)：電氣工程及其自動化 導師姓名：楊永超 信息工程學院制2015年 10 月 13 日 填寫填 表 需 知一、 填寫本表前，學生應根據(jù)本表各部分要求寫出初稿，由指導老師審查通過。二、 參照指導教師意見修改初稿后正式填寫本表，所填內(nèi)容一經(jīng)確定，一般不隨意變動。三、 本表各部分如不夠填寫，可自行加頁。四、 本表一式兩份，指導教師一份（可以電子稿），所在系部一份（打印稿）。一、課題來源老師指定 二、選題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及水平、研究目標及意義（包括應用前景、科學

2、意義、理論價值）以及主要參考文獻選題的目的、意義   自從 1859 年法國科學家普朗特以鉛為電極制成鉛酸蓄電池以來，鉛酸蓄電池經(jīng)過一百多年的發(fā)展與完善，已經(jīng)成為世界上廣泛使用的一種化學電池，鉛酸蓄電池由于其成本低、容量大、安全可靠等特點，在通訊、鐵路、軍事、電動汽車、光伏發(fā)電等各個領域都有廣泛的應用，逐漸發(fā)展成為社會生產(chǎn)和人類生活中不可缺少的設備。蓄電池在實際應用中遇到的最大問題是其使用壽命遠遠達不到設計壽命。設計壽命在1015 年的蓄電池，在實際使用時大都在 35 年便損壞，有些甚至不到一年便失效了，這不但影響了電氣設備的可靠性，而且還造成了重大的經(jīng)濟損失。蓄電池的使用

3、壽命由多方面的因素決定，包括蓄電池本身的物理性能、使用環(huán)境、監(jiān)控管理方式和充放電制度等。通過對過早失效的蓄電池進行統(tǒng)計及分析發(fā)現(xiàn)，大部分都是由于充放電控制不合理而造成的。因此，要提高蓄電池的壽命，最重要的是使用合理的充電方法對蓄電池進行充電。如何高效、快速、安全地對蓄電池進行充電控制，一直是人們關心的問題。雖然蓄電池問世至今已有 100 多年的歷史，但是由于技術條件的限制，目前很多的充電器仍然采用傳統(tǒng)的充電方式，在使用這些傳統(tǒng)充電方法的充電過程中，鉛酸蓄電池大多存在著的過量充電和析氣等現(xiàn)象。在一定程度上縮短了蓄電池的使用壽命，給使用者造成了一定的經(jīng)濟損失。隨著鉛酸蓄電池在新能源開發(fā)中的廣泛應用

4、，對蓄電池的充電方法和充電裝置都提出了新的要求：研究并設計一種快速、高效、安全的蓄電池充電系統(tǒng)成為一項很重要的任務。對蓄電池電量狀態(tài) SOC、健康狀態(tài) SOH 實時監(jiān)控，可方便的知道電池電量狀態(tài)能夠支持多長時間運行、何時需要充電、何時需要更換新的蓄電池。蓄電池快速充電是近年來的研究的熱點問題，在盡可能短的時間內(nèi)完成蓄電池充電過程可方便人們的應用和生活。蓄電池充電方法好壞會影響到蓄電池的使用壽命和循環(huán)利用率，事實也證明許多蓄電池并非是“用壞”的而是“充壞”的。鉛酸蓄電池智能充電器主要解決電池管理與快速、高效、高質(zhì)量充電問題，因而本文研究具有重要的意義。蓄電池常規(guī)充電方法有恒壓充電與恒流充電，使用

5、恒壓和恒流充電在充電過程中易造成蓄電池過充或欠充現(xiàn)象，且需要較長充電時間。研究蓄電池充電方法在實際生活中具有重要的意義：一方面快速充電使電動車輛的普及成為可能，因為實際應用中需要在盡可能短時間內(nèi)完成蓄電池充電過程；另一方面合理的充電方法提高了蓄電池的使用壽命和循環(huán)利用率。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 綜述從蓄電池充放電的研究歷程來看，其技術的發(fā)展經(jīng)過了一個漫長的過程。早在 1887 年，Peukert就已從兩種速率的放電狀態(tài)中預測到各種速率放電時的放電容量，但他對充電領域的研究分析較少。1935 年，Woodbrode發(fā)現(xiàn)了充電對溫度的敏感性，并注意到電池充電時所要求的指數(shù)特性。1967 年美國科

6、學家馬斯研究了充電過程中析氣的問題，找出了析氣的原因和規(guī)律。他以最低析氣率為前提，提出了以最低析氣率為前提的蓄電池可接受充電電流曲線。馬斯提出的最佳充電電流曲線是各種充電方法的理論基礎。按照該理論，充電過程中，若充電電流按馬斯曲線的規(guī)律變化，既可以縮短充電時間又能保證蓄電池較低的析氣率。然而事實上蓄電池充電過程中的充電電流不可能完全按照最佳充電電流曲線的規(guī)律變化，因此當前的各種充電方法都是讓蓄電池的充電電流盡可能地模擬或者接近最佳充電電流曲線。隨著人們對蓄電池充電問題的日益重視，蓄電池充電方法的研究得到了較大的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多種蓄電池的充電方法：1、 恒流充電方法恒流充電就是以恒定不變

7、的電流對蓄電池進行充電，在充電過程中隨著蓄電池電壓的變化要進行電流調(diào)整，使充電電流恒定不變。這種方法特別適合于由多個蓄電池串聯(lián)的蓄電池組進行充電。當蓄電池組中有個別電池電壓低時，能使落后蓄電池的容量便于得到恢復，特別適用于小電流長時間的充電模式。恒流充電法，即保持充電電流為一恒定值。恒流充電法電流選擇必須適中，電流過大會造成充電后期蓄電池過充電，充電初期蓄電池充電電流過小，延長了電池充電時間。2、 恒壓充電方法恒壓充電就是以恒定不變的電壓對蓄電池進行充電。在充電初期由于蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電流逐漸減少。在充電末期只有很小的充電電流，這樣充電過程中就不

8、必調(diào)整電流。相對恒流充電來說，恒壓充電方法的充電電流自動減小，所以充電過程中蓄電池析氣量小，充電時間短，能耗低。由于電池內(nèi)阻很小，充電初期電池自身電壓很低，恒壓充電會導致初始充電電流過大使電池產(chǎn)生析氣現(xiàn)象。充電后期充電電壓較小，蓄電池會有欠充現(xiàn)象。因而恒壓充電法充電時間長，電池過充和欠充過程降低電池使用壽命。3、 階段是式電方法階段式充電是指恒流和恒壓分階段進行，一般分為二階段充電法和三階段充電法。二階段、三階段充電都是為克服恒流和恒壓充電的缺點而結(jié)合的一種充電策略。恒流或恒壓充電都會造成蓄電池過充和欠充。恒壓充電過充是發(fā)生在充電初期，恒流充電則是發(fā)生在充電后期。在充電初期采用恒流方法充電避免

9、初始充電電流過大，造成蓄電池的出氣與溫升現(xiàn)象；等電池電壓上升到一定值時開始采用恒壓充電，有效抑制了充電后期蓄電池出氣與溫升現(xiàn)象。恒壓恒流兩段充電法雖然解決了電池的過充現(xiàn)象，但是不能提高電池的充電速率，充電時間仍較長。4、 快速充電法前面介紹的幾種蓄電池充電方法都是比較常規(guī)的充電方法，這些充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，充電時間較長，給實際使用帶來許多的不便。為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學反應速度，縮短蓄電池達到充滿狀態(tài)的時間，同時，保證蓄電池正負極板的極化現(xiàn)象盡量地少，提高蓄電池的充電效率，國內(nèi)外一直都在不斷地研究和開發(fā)快速充電方法和技術，快速充電技術近年來得到了迅速發(fā)展。主要參考文

10、獻：1 陳慧玲. 延長獨立光伏電站蓄電池使用壽命的措施探討J. 蓄電池, 2005, 3: 106107.2 陳體銜. VRLA 蓄電池變電流間歇充電方法J. 電池. 1998, 28(6): 274277. 3 趙健. 基于智能控制技術的鉛酸蓄電池充電設備的研究D. 南京: 南京理工大學(碩 士),2008.4 高嵩, 曾國宏. 基于 68HC08MCU 的蓄電池充放電系統(tǒng)研究J. 計算機信息, 2009, 25(3):135137.5 孟亞峰, 王民全, 黃考利. 單片機在 10kW 充電系統(tǒng)中的應用J. 電子技術, 2002, 2: 2122.6 徐曼正. 新型蓄電池原理與應用M. 北京

11、: 人民郵電出版社, 20047 王偉. 基于模糊控制的 VRLA 蓄電池智能充電技術的研究D. 吉林: 吉林大學(碩士),2007.8 周玲. 基于單片機控制的智能充電器設計D. 廣西: 廣西大學(碩士), 2006.三、研究的主要內(nèi)容、研究方案及準備采取的技術路線、擬解決的關鍵問題（注：本部分內(nèi)容必須詳細填寫）研究內(nèi)容1、概述傳統(tǒng)的充電方法和近年來提出的快速充電方法，通過對比它們的優(yōu)缺點提出一種新的智能充電方法；2、研究鉛酸蓄電池電量狀態(tài)測試方法；3、對系統(tǒng)建模，設計智能充電控制器，并通過仿真驗證其可行性；4、設計簡易充電電源，搭建實驗平臺，對系統(tǒng)硬件與軟件進行設計與調(diào)試，實現(xiàn)以新的智能充

12、電方法對電池充電。研究方法、研究手段1、查閱相關資料，了解傳統(tǒng)的充電方法和快速充電方法，對比他們的優(yōu)缺點，設計新的充電方法。通過資料了解并研究鉛酸蓄電池電量狀態(tài)測試方法。2、設計新的智能充電器以及簡易充電電源，詳述系統(tǒng)硬件與軟件的設計過程，最后對實驗結(jié)果進行分析。3、搭建實驗平臺，驗證設計的可行性。技術路線每隔一定時間在線檢測電池容量 SOC，根據(jù)麥斯第一定律確定此時電池可接受的最大充電電流，然后將該值作為控制器充電電流的給定值。通過在線檢測電池 SOC 使電池以最大可接受電流充電，大大提高了充電速度，也避免了蓄電池充電過程中過充現(xiàn)象；脈沖電流采用慢脈沖模式，脈沖電流周期為 20s，脈寬為 1

13、0s。電池歐姆極化與電化學極化在電池停止充電數(shù)微秒內(nèi)就可以消失，而電池濃度極化則需要一段時間才可以逐漸消失。因而采用脈沖電流充電有利于消除電池極化現(xiàn)象尤其是濃度差極化，避免了電池內(nèi)壓增大和溫升，緩解了電池的析氣現(xiàn)象增加了電池的壽命；另一方面極化現(xiàn)象的消除增加了充電電流接受率，提高了電池充電速度和充電電流利用率；在充電行將結(jié)束時以浮充電壓充電直到充電結(jié)束，浮充的作用是補充蓄電池自放電使蓄電池能夠充分充電，浮充過程對增加電池壽命具有很重要作用。智能充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖智能充電系統(tǒng)主要包括兩個功能：第一是 SOC 在線檢測，作用是在線檢測電池電量狀態(tài) SOC 用于電池管理。同時根據(jù) SOC 得到最大可

14、接受充電電流參考值，作為控制器充電電流給定值；第二是控制器的設計，由于蓄電池充電電流隨 SOC 的變化而變化，因而控制器的設計必須能夠快速跟蹤電流給定；另一方面由于蓄電池內(nèi)阻很小，尤其是在充電后期，充電電壓的微小變化都可能引起充電電流較大的變化，這就要求控制器的設計要有較強的抗干擾能力。 擬解決的關鍵問題第一個問題是增加電池壽命和循環(huán)利用率；第二個問題是實現(xiàn)電池的快速、高效充電。四、已進行的科研工作基礎和已具備的科學研究條件（包括已經(jīng)取得的科研成果、已經(jīng)完成的科學實驗及調(diào)查研究、具備的主要儀器設備及資料與數(shù)據(jù)等），以及可行性分析大學期間，學習過自動控制原理、單片機原理、MATLAB、DSP等相關課程與實驗，學校還有專用的實驗室，設計中的相關實驗與建模仿真都可以在實驗室中很好的完成。大學圖書館資料非常豐富，相關文獻資料都能在圖書館中找到，這對于畢業(yè)設計有很大的幫助。在老師的指導下，我相信完成本設計沒有問題。五、課題研究起止年限、任務安排、分階段要求和預期結(jié)果2015年9月9日-2015年10月15日：確定畢業(yè)