光伏系统中锂电池智能管理系统设计

【摘要】：随着社会的快速发展,能源危机问题显得越来越突出。太阳能是全社会公认的绿色无污染能源,并且认为是取之不尽用之不竭的。近些年来,太阳能的研究和利用得到了空前的发展。由于受到环境和气候的影响,利用太阳能发电输出的电能是不稳定的,因此将太阳能电池发出的电能先储存到蓄电池中,就可以得到稳定的电能输出。一直以来,人们是用铅酸电池作为能量的储存体,但是铅酸电池有体积大、能量密度低等缺点。而锂离子电池由于自身的优越性,被认为是铅酸电池的完美替代品。 锂离子电池与铅酸电池比较,有单节电池工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环使用寿命长等优点。目前锂离子电池已经应用到许多方面,例如手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车等等。但是将大量锂电池串联起来使用的时候,会存在一定的安全隐患,因此需要设计锂电池管理系统来保护锂电池的安全运行,并且合理的管理方法可以在一定程度上延长锂电池的循环寿命。 本文针对太阳能发电的特点和锂电池的工作特性,设计了一套功能完善的锂电池管理系统,可以应用于光伏路灯照明或者电动汽车充电桩等。该系统利用太阳能电池发出的电能给锂电池组充电,实时控制管理整个充放电过程,并实现锂电池组的运行状态监测和保护。重点介绍了光伏系统中锂电池管理系统的硬件电路设计和软件设计,按照模块化的概念,通过对比分析,设计了系统的充电回路、电压和电流采样调理电路、电池电压均衡电路、充放电保护电路、环境温度测量电路等。采用扰动观察法,在软件中实现了太阳能最大功率跟踪。选用以ARM7为内核的LPC2138作为主控制器,并将嵌入式操作系统UC/OS-Ⅱ移植到主控制器中。 实验证明,本文设计的电池管理系统,其硬件电路运行安全可靠、经济实用、抗干扰能力强,剩余容量的计算准确,经过比较,电池电压、充放电电流的采样值与实际测量值比较一致,太阳能最大功率跟踪也基本实现。 【关键词】：锂电池 电池管理系统 光伏系统 嵌入式系统 ARM
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM912
【目录】：

• 目录4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 本课题的背景和研究意义8-10
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势10-11
• 1.3 本文主要研究内容11-12
• 第二章 锂电池及其管理系统12-21
• 2.1 锂电池简介12-15
• 2.1.1 锂电池的特点12-13
• 2.1.2 锂电池的结构13-14
• 2.1.3 锂电池的研究及应用14
• 2.1.4 锂电池充放电特性14-15
• 2.2 锂电池的安全运行15-17
• 2.3 电池管理系统(BMS)的组成17-21
• 2.3.1 电量管理系统18
• 2.3.2 电池组运行状态管理18-19
• 2.3.3 锂离子电池组均衡管理系统19-21
• 第三章 电池管理系统硬件设计21-46
• 3.1 系统总体框图21-22
• 3.2 主控单元的选择及其外围电路设计22-28
• 3.2.1 主控单元的选择22-23
• 3.2.2 电源设计23-25
• 3.2.3 复位电路25-26
• 3.2.4 模数转换参考电压电路26-27
• 3.2.5 系统时钟电路27
• 3.2.6 程序下载调试端口27-28
• 3.3 充电回路设计28-38
• 3.3.1 充电回路拓扑分析28-32
• 3.3.2 充电同路元件参数选择32-34
• 3.3.3. 开关管驱动电路设计34-38
• 3.4 电压电流采样调理电路设计38-41
• 3.4.1 单节电池电压的测量38-39
• 3.4.2 放电电流采样39-40
• 3.4.3 充电电流采样40-41
• 3.4.4 光伏电池输出电压采样调理电路41
• 3.5 均衡电路设计41-44
• 3.6 温度测量电路设计44-46
• 第四章 uC/OS-Ⅱ及系统软件设计46-60
• 4.1 uC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统46-47
• 4.2 uC/OS-Ⅱ的工作原理47-49
• 4.2.1 任务管理47-48
• 4.2.2 时间管理48
• 4.2.3 内存管理48-49
• 4.2.4 任务调度49
• 4.3 系统软件设计49-58
• 4.3.1 保护任务50-51
• 4.3.2 电压采集任务51-53
• 4.3.3 均衡任务53-54
• 4.3.4 MPPT任务54-56
• 4.3.5 PWM任务56
• 4.3.6 UART任务56-58
• 4.4 软件抗干扰措施58-60
• 第五章 试验结果及分析60-63
• 参考文献63-65
• 附录65-82
• 致谢82-83
• 攻读学位期间发表的学术论文目录83-84

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