蓄电池太阳能充电系统研究

【摘要】： 在污染和能源日趋紧张的背景下,太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,具有储量大、利用经济、清洁环保等优点。因此,太阳能的利用越来越受到人们的重视。本文试图设计一种切实可行的太阳能充电控制器,通过对蓄电池充电,满足小功率的用户需求。 一套基本的太阳能充电系统是由太阳能电池板、充电控制器和蓄电池(组)构成。其中,太阳能电池是整个系统的的基础,为系统提供能量。控制器是系统的核心部分,根据太阳能电池和蓄电池的不同状态,选择不同的控制策略,保护蓄电池。 本文从以下几个方面进行研究: 首先,本文介绍了太阳能电池的结构原理。太阳能电池通过光伏效应,把太阳能转化为电能,它是一个典型的非线形元件。文中给出了太阳能电池的物理数学模型,并对不同环境和不同日照强度下的太阳能电池板的输出进行了模拟仿真,验证了它的非线性。 其次,蓄电池作为整个系统的储能装置,它是一个非常重要的部件。因此有必要对蓄电池进行合理的管理来延长其使用寿命。本文对常用的铅酸蓄电池原理及工作情况作了详细介绍,也对锂离子电池和铁电池原理进行了分析。在此基础上介绍常用的蓄电池充电方法。 最后,构建了太阳能充电控制系统的实验电路,对蓄电池充电效果进行了验证。设计了一种基于脉冲宽度调制技术的充电控制器。整个系统采用单片机作为控制中心,用LM331实现对太阳能电池和蓄电池电压的A/D转换(V/F转换),通过计算蓄电池的荷电状态来确定开关管的占空比,确保蓄电池在充电初期有足够的充电电流,而在充电后期不会因为电流过大导致过充,达到保护蓄电池的目的。实验结果表明,系统能够有效的判断蓄电池的荷电状态,并采取相应的充电方式,达到延长其使用寿命的目的。 【关键词】：太阳能 蓄电池 充电 控制 PWM
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题研究的背景和意义9-11
• 1.1.1 能源危机及环境污染问题9
• 1.1.2 太阳能的开发和利用9-11
• 1.2 我国太阳能的资源状况11
• 1.3 我国光伏发电产业的发展11-12
• 1.4 本论文研究的主要内容12-13
• 2 太阳能电池13-22
• 2.1 太阳能电池原理13
• 2.2 太阳能电池的分类13-14
• 2.3 太阳能电池的等效电路14-16
• 2.4 太阳能电池板的输出特性16-19
• 2.5 工作效率19
• 2.6 最大功率点跟踪(MPPT)的原理19-22
• 2.6.1 最大功率跟踪控制的理论基础19-20
• 2.6.2 MPPT 在电力电子技术应用方面的研究进展20-22
• 3 蓄电池22-30
• 3.1 铅酸蓄电池原理22-24
• 3.2 锂离子电池24-26
• 3.3 铁电池26-27
• 3.4 蓄电池特性的参数27-30
• 3.4.1 蓄电池的端电压27-28
• 3.4.2 蓄电池容量28
• 3.4.3 蓄电池的荷电状态28-29
• 3.4.4 放电深度29
• 3.4.5 放电速率29
• 3.4.6 自放电现象29-30
• 4 太阳能----蓄电池充电技术研究30-34
• 4.1 恒流充电30
• 4.2 恒压充电30-31
• 4.3 恒压限流充电31
• 4.4 两阶段、三阶段充电31-32
• 4.5 快速充电32
• 4.6 智能充电32-34
• 5 太阳能充电控制器研究及设计34-51
• 5.1 太阳能充电系统原理图34-35
• 5.2 PWM 充电控制器原理图35
• 5.3 PWM 控制器电路设计35-48
• 5.3.1 主控芯片的设计35-37
• 5.3.2 电源模块的设计37-38
• 5.3.3 电压输入采样模块38-43
• 5.3.4 输出驱动模块的设计43-48
• 5.4 系统软件设计48-51
• 5.4.1 系统软件总体流程48
• 5.4.2 蓄电池荷电状态子程序设计48-49
• 5.4.3 脉宽调制充电子程序49-51
• 6 测试结果及分析51-60
• 6.1 太阳能光伏电池的建模与仿真51-55
• 6.1.1 MATLAB/SIMUlink 的简介51
• 6.1.2 太阳能光伏电池的建模51-52
• 6.1.3 太阳能光伏电池的仿真结果及分析52-55
• 6.2 测试结果及结论55-59
• 6.2.1 太阳能充电器实验电路及实物图55-56
• 6.2.2 空载时充电器充电测试56-57
• 6.2.3 带小负载时充电测试57-59
• 6.3 实验结果分析59
• 6.4 本章小结59-60
• 7 结论60-61
• 7.1 本文工作总结60
• 7.2 进一步工作设想60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 附录65-67

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