基于太陽能電池供電的復合電源控制系統畢業論文(已修改)

　

【正文】 2014屆湖北汽車工業學院畢業設計（論文）畢 業 設 計（論 文） 畢 業 論 文課題名稱基于太陽能電池供電的復合電源控制系統的設計系 部電氣工程系專 業電氣工程及其自動化班 級T11232學 號**********姓 名***指導教師***摘要本文對復合電源的控制系統進行研究。復合電源室友超級電容和鉛酸電池并聯構成，將蓄電池的高比能量和超級電容的高比功率的優點結合到了一起。超級電容可在電機負載啟動的過程中提供強大的電流，避免了因大電流放電而損壞鉛酸電池，可延長鉛酸電池的使用壽命；在電機制動的過程中反饋的大電流可由超級電容吸收，實現能量的回收，同時又保護了鉛酸電池不受大電流的沖擊而損壞。本文的研究內容對復合電源控制系統進行了初步的探索。在了解復合電源的特性的基礎上，了解了復合電源控制系統中需完成的工作任務。并根據復合電源的控制目標，制定了具體的控制方法，在一定的實際平臺上進行控制方法的模擬測試以及對系統部分工作模式進行了實際的測試分析。關鍵詞：復合電源；超級電容；鉛酸電池；控制系統AbstractThe hybrid power control system was researched in this paper. The hybrid power system constituted by the battery and the ultracapacitor can bine the advantage of the high energy density of battery and the high power density of ultracapacitor. Ultracapacitor can provide strong current when then motor load is starting in order to avoid the strong current discharge which can destroy the battery and to extend battery life. The feedback of strong current can be absorbed by the ultracapacitor when motor is braking in order to implement the energy recovery and protect the battery from the impact of the strong current. The research in this paper can be used as the initial exploration of hybrid power control system.Based on theunderstanding of the characteristicsofhybridpower system,what the control system ofhybridpoweris required to plete thetask is known. According to the control targetof hybrid power system,the specific control methods is formulated,Simulation test is taken forthe control methodsin practicalplatformof certain, and some part of the workmode ofsystem is analyzed inthe actual test.Key: Compositepower supply。 ultracapacitor。 leadacidbattery。control system目錄第1章 緒論 1 研究目的及意義 1 國內外現狀 1 課題主要研究內容 3 本章小結 3 第2章 基于太陽能電池板充電系統控制工作原理 4 系統總體框圖 4 系統工作原理 5 系統控制方法分析 6 繼電器控制連接框圖 6 系統工作模式 6 各工作模式下繼電器狀態 9 各工作模式間轉換時繼電器操作順序 10 本章小結 13 第3章 系統控制硬件設計 14 14 14 14 14 15 15 16 16 17 17 TL494輸出PWM控制 18 主回路繼電器控制 19 本章小結 19 第4章 系統軟件控制方法分析 20 軟件編程環境介紹 20 軟件控制總體流程分析 20 主程序分析 24 buck變換器單片機控制系統 24 boost變換器單片機控制系統 27 各部分子程序分析 29 buck變換單片機控制系統 29 boost變換器單片機控制系統 30 本章小結 32 第5章 實驗結果分析 33 各工作模式下實驗數據分析 33 模式轉換控制實驗結果分析 36 本章總結 37 全文總結 38 致謝 39 參考文獻 40 第1章 緒論 研究目的及意義為了解決環境污染和能源緊缺的問題,“節能減排”在世界各國政府產業政策中都處于重中之重的地位。為此世界各國的政府、學術界、工業界等正在加大對電動汽車開發的力度,加速電動汽車的商品化步伐。單一的能量源不能滿足需要,由超級電容和蓄電池組合成復合電源,充分利用超級電容比功率高和蓄電池比能量高的特點[[] [M].:人民交通出版社,2006.]。超級電容可以在電動汽車啟動、加速、爬坡時提供強大的電流,避免了因大電流放電而損壞了蓄電池,延長了蓄電池的使用壽命。在電動汽車下坡或制動時,反饋的大電流被超級電容所吸收,實現了能量回收,同時也保護了蓄電池不受大電流的沖擊而損壞。同時在如今能源越來越短缺的今天，太陽能作為一種清潔的、取之不盡用之不竭的能源，用做復合電源系統中的能量源也十分有利于能源的利用和環境的保護。復合電源在電動汽車上的應用,具有重要意義,使得對復合電源的控制系統的研究有著重要的意義。本文針對基于太陽能電池供電的復合電源控制系統進行研究?？傊?復合電源的應用使電動汽車滿足動力性、經濟性的要求,提高了電動汽車的實用性,具有重要的實用價值和廣闊的發展前景，決定了對于復合電源控制系統的應運而生。 國內外現狀復合電源的研制與開發可以進一步提高電動汽車的經濟性及動力性,降低整車成本和使用費用,加快電動汽車在我國推廣應用的進程,盡快使我國汽車工業在世界汽車舞臺上占有一席之地國內一些汽車公司和高校已經加快了對復合電源的研制工作,并且已經取得了相應的進展。2003年北京理工大學與北方華德尼奧普蘭客車股份有限公司共同研制純電動旅游客車“BFC6110EV”[[] [D].. ]。該車使用安裝了鏗電子電池組、超級電容儲能系統以及先進的多能源管理控制系統、交通驅動系統,目前己通過整車型式認證試驗,主要技術指標達到或超過預定要求。吉林大學汽車工程學院混合動力客車研究組負責承擔解放牌混合動力城市客車車載部件的實驗工作,對電池裝置進行了比較充分的研究,并且掌握了大量的相關數據,為復合電源的開發打下了堅實的基礎[[] [D].. ]。并且該課題組早已著手復合電源的研制工作,目前已經完成了第一階段的工作,即仿真軟件的編寫及開發階段工作,已經可以進行各種連接及參數匹配形式的仿真研究?？傊?國內對由蓄電池和超級電容構成的復合電源的設計與控制理論的研究還剛剛起步,雖然對超級電容的研究和生產已經有了很大的進展,但對復合電源的研究還比較少,還需要長時間的努力。在以后的幾年內,復合電源的研究必然會引起人們的高度重視。在國外,復合電源作為電動汽車電源裝置已經有原型車問世,不少企業及機構的研究已經取得了一定的進展。FlAT Cinquecento Eletra使用Sonnensehein公司的鉛酸電池和AlsthomAleatel的超級電容構成復合電源。性能測試結果顯示:市區和郊區行駛工況分別節能40%和20%,在完整的ECE循環工況下節能14%[[] 陳清泉,孫逢春,[M].:北京理工大學出版社,2002.]。Chugoku電力公司和豐田公司研發中心合作在MazdaBongoFriend上安裝由VRLA和超級電容組成的混合儲能系統,并進行相關的性能測試[4]。該儲能系統使用402的Panasonic超級電容,用超級電容作為負載均衡裝置使閥控鉛酸電池更好地運用于電動汽車。澳大利亞一家科研機構研制出一臺電動汽車,采用的是鉛酸電池和超級電容混合,電動機采用永磁無刷直流電動機。在電動汽車啟動時,由超級電容提供能量,采用降壓斬波驅動。正常運行時,由蓄電池提供所需能量,采用升壓斬波驅動。ISE公司將Maxwell的超級電容整合到汽油、柴油和燃料電池混合動力車之中。特別需要說明的是,自從開發ThundercaPn超級電容系統,ISE已經將其動力系統引入到汽一電混合動力車、柴一電混合動力車、氫一電混合動力車和燃料電池混合動力車的設計之中[[] [D]..]。清潔運行、安靜、低維護要求的車輛己經走上了一些美國的城市,包括LongBeach和SacramentoCA。ISE己經與西門子及Flyer公司結成伙伴關系,共同生產這些混合動力車。目前,在ISE的混合動力和燃料電池公交車上,有3萬多超級電容器在工作, 提供超過7500萬法拉的電力驅動和再生剎車功率。早在2006年初,Bartley就估計超級電容供電的公交車隊己經提供了超過200萬英里的清潔、可靠的服務,為我們的星球提供了清潔的運輸服務[5]。以上可以看出,國外對復合電源的研究已卓有成效,相信在不久的將來,在電動汽車上,復合電源會得到更廣泛的應用。 課題主要研究內容本課題首先針對光伏電池的特性進行了系統性的分析，對光伏電池的原理，負載特性和輸出特性曲線等深入掌握和了解，確定了光伏充電器的系統結構。本設計中用到了buck，boost 變換器，主回路的連接使用繼電器控制，繼電器則采用單片機控制，buck，boost變換器均有一塊單片機控制，兩塊單片機之間可相互通信，來控制電路的工作狀態。PWM控制電路的核心采用的是TL494。其中buck變換器用于給電容充電，boost變換器用于給鋰電池充電和負載供電，鋰電池，超級電容用于給負載供電，考慮到鋰電池的充放電特性，及負載啟動，制動的特性，超級電容主要作用就是提供負載啟動時所需電流，及吸收制動時所能量回饋產生的沖擊電流。 總而言之，有以下幾點：1. 控制buck變換器恒流工作模式2. 控制boost變換器恒壓、恒流工作模式及模式間的切換3. 控制系統充電工作模式時，變換器的選擇以及充電對象的選擇。4. 控制負載工作時，供電對象的選擇