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蓄電池檢測及均衡系統(tǒng)研究
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設計） |
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課程(專業(yè))
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電氣工程與自動化 |
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關鍵詞
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鉛酸電池|電池檢測|電池均衡|PI調(diào)節(jié)器 |
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適用年級
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大學 |
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身份要求
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普通會員 |
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金 幣
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100 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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word |
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文件大小
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461K |
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發(fā)布時間
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2013-02-25 11:14:00 |
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無 |
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下載次數(shù)
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1 |
| 發(fā)布人 |
fei62008 |
內(nèi)容簡介：
全文共43頁，22307字
前 言
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，能源和環(huán)境問題更顯尖銳。據(jù)有關部門統(tǒng)計，于2005年期間，在用車的保有量已經(jīng)達到 2560 萬輛(不含摩托車)。并估計于2010年期間增長達到5000萬輛，2015年至2020年期間，將會達到超過一億輛的驚人數(shù)字；全球每年新車產(chǎn)量約5000萬輛。汽車在帶給人們便利的同時，其尾氣成為城市大氣污染的罪魁禍首。據(jù)有關部門統(tǒng)計，燃油汽車的尾氣排放污染物約每年2億噸，占大氣總污染的30%～60%。大氣中的二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳、碳氫化合物，可吸入的懸浮顆粒物主要來自燃油汽車的尾氣。據(jù)統(tǒng)計，08年我國汽車用燃油近1.5億噸，占原油消耗量的 1/3。而隨著汽車保有量的不斷上升，這一比例還在不斷上調(diào)。石油、天然氣作為不可再生能源，按這樣的消耗速度，在不久的將來終會枯竭。
節(jié)能和環(huán)保已成為十分突出的社會問題，引起了各國人們的密切關注，并都積極采取應對的措施。蓄電池作為既能存儲又能提供電量的清潔能源裝置，得到了廣泛的應用。被稱為二十一世紀綠色工程的電動汽車，就是以動力蓄電池為動力源的。電動汽車是為解決燃油汽車的能源消耗和所引起的污染這兩個問題而產(chǎn)生的。由于環(huán)保的要求，以及新材料和新技術的不斷推出，電動車的發(fā)展進入了高潮。電動汽車作為綠色交通工具，將在21世紀給人類社會帶來巨大的變化。順應當前國際科技發(fā)展的大趨勢，將電動汽車作為中國進入二十一世紀汽車工業(yè)的切入點，不僅是實現(xiàn)中國汽車工業(yè)技術跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略抉擇，同時也是實現(xiàn)中國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。目前我國電動車研究已取得階段性成果，完成了概念車車身設計及界面設計，電池方面正在組織開發(fā)鉛酸電池、鋰離子電池、鋅空氣電池、燃料電池，有望取得突破。電動汽車的標準體系已經(jīng)編制完成，同時建立了有關電動汽車的數(shù)據(jù)庫。電動汽車項目的國際合作正在按計劃進行。
蓄電池具有能提供穩(wěn)定的電壓、可靠性好、成本低、運用場合廣、可回收等特點。現(xiàn)在被廣泛應用在電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、UPS 系統(tǒng)及電動機車等設備上。
目 錄
前 言 0
中 文 摘 要 I
ABSTRACT: II
1引 言 1
1.1課題的背景及意義 1
1.2電池均衡技術的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.1電池均衡的概念 2
1.2.2 電池均衡的分類 2
1.2.3 電池均衡的發(fā)展趨勢 3
1.3本課題研究的主要內(nèi)容 4
1.4本章小結(jié) 4
2電池均衡控制策略 6
2.1均衡的目的及意義 6
2.2均衡方法分析 7
2.2.1電池均衡的判據(jù) 7
2.2.2具體均衡方法 8
2.3本文均衡方案的選擇 13
2.4本章小結(jié) 15
3控制板硬件設計 16
3.1整體設計概述 16
3.2 PIC16F628A單片機及外圍電路設計 16
3.2.1單片機PIC16F628A簡介 16
3.2.2晶振電路設計 17
3.2.3復位電路設計 17
3.3電池組監(jiān)測模塊的設計 18
3.3.1單總線簡介[27] 18
3.3.2電池電壓檢測電路的設計 22
3.3.3串口通訊電路的設計 22
3.4電池組均衡模塊的設計 23
3.4.1均衡放電電路的設計 23
3.4.2MOSFET并聯(lián)應用 24
3.4.3 Pl調(diào)節(jié)器的設計 25
3.5熱設計 28
3.6本章小結(jié) 29
4系統(tǒng)軟件設計 30
4.1主程序設計 30
4.2USART串行收發(fā)模塊程序設計 30
5 課題總結(jié)與展望 32
6 致 謝 35
7 主要參考文獻 36
中 文 摘 要
目前，蓄電池已廣泛應用于生產(chǎn)和生活中，特別是作為高壓電源。但儲能裝置存在的問題已經(jīng)成為了電動汽車發(fā)展的瓶頸。電動汽車用儲能裝置多采用串聯(lián)電池組，電池在串聯(lián)使用時，其性能和使用壽命比不上單體電池。研究表明，這主要是由電池組中單體間的不均衡性造成的。相比電池的制作材料、數(shù)學模型、充電方法等方面的研究，蓄電池的均衡性研究是一個新的研究方向，給國內(nèi)外的研究者提出了大量的挑戰(zhàn)性課題。這種不均衡性是客觀存在的，只能盡量減小不可能徹底消除；這種不均衡性在蓄電池的使用過程因過充過放等因素的影響會加劇，因此不均衡性的控制是一個動態(tài)過程。
本文對成組電池進行了分析，指出電池不一致將嚴重影響電池組的使用壽命和性能，針對這一問題需要對電池組進行有效地均衡。通過對國內(nèi)外現(xiàn)有的均衡方案進行分析，提出了適合機車鉛酸蓄電池的檢測及均衡方案，實現(xiàn)了對單體電池電壓自動循環(huán)檢測和自動均衡功能。均衡模塊采用PI調(diào)節(jié)器控制使均衡電流快速穩(wěn)定并且可調(diào)。本系統(tǒng)將電池數(shù)據(jù)實時地顯示在上位機界面上，方便對電池進行智能化管理，對電池的維護和更換起到了指導作用;自動均衡功能可以緩解電池的不一致性，提高電池的使用效率，延長電池的使用壽命，提高系統(tǒng)的可靠性，同時也減少了廢舊電池對環(huán)境的污染。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，擴展性好。
關鍵詞:鉛酸電池，電池檢測，電池均衡，PI調(diào)節(jié)器
ABSTRACT
At present, storage batteries are already widely used in production and daily life. The problem of energy storing device becomes the bottleneck in the development of it. Energy storing device equipment on electric vehicle generally use series battery stack. When batteries are connected in series, its performance and life span can’t compare with single cell. Studies have shown that it’s primarily caused by imbalance between cells in series battery stack. Compared to the research of battery materials, mathematical models, charging methods, the battery balance is a new research field and has a bright future in application. This imbalance can’t be completely eliminated because of its objective reality; this imbalance will be intensified during using course, so its control is a dynamic process.
The paper analyzes battery group, points out the serious effects of battery inconsistency on battery Life and performance, in response to this question the batteries need to be equalized. Through analyzes the current equalization methods，regarding locomotive Lead-acid batteries proposes appropriate detection and equalization methods, achieve single cell voltage automatic cycle detection and automatic equalization. The equalization modules adopt PI regulator to allow current rapidly stabilized and controlled. This system displays the battery data in real time on PC interfaces, conveniently and intelligently managing batteries, protecting batteries and switching to an instructive function. Automatic equalization can ease the inconsistency of batteries, improve the efficiency in the use of battery prolong the battery’s life, reduce operating costs, improve the reliability of the system, and lessen environmental pollution from old battery waste. This system has simple structure, low cost, easily expanding.
KEYWORDS: Lead-Acid Battery; Battery Detection; Battery Equalization; PI Regulato
1引 言
1.1課題的背景及意義
鉛酸蓄電池與電力、交通、信息等產(chǎn)業(yè)發(fā)展息息相關，在機車、汽車等運輸工具和大型不間斷供電電源系統(tǒng)中具有重要地位，是社會生產(chǎn)和人類生活不可或缺的。鉛酸蓄電池作為機車控制電路的后備電源，與接觸網(wǎng)產(chǎn)生的控制電源并聯(lián)使用。在機車正常運行中，機車可通過接觸網(wǎng)獲得控制電源，機車正常行駛;但當電力機車進入接觸網(wǎng)的分相區(qū)時，因主斷路器斷開，機車無法從接觸網(wǎng)獲得控制電源，如果此時沒有蓄電池供電，全車控制電路就將失去電源，機車制動機就會產(chǎn)生常用制動作用，均衡風缸、列車管減壓至零，制動缸壓力上升，使全列車制動，造成機車無法正常行駛[2]。由此可見，蓄電池組本身的運行狀態(tài)及壽命直接決定了機車電源系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。
蓄電池在實際應用中所遇到的最大問題是其使用壽命遠遠達不到設計壽命。本應壽命在10～15年的蓄電池，在實際使用時大都在3～5年便損壞，有些甚至不到一年便失效了[3]，這不但影響了供電電源的可靠性，而且還造成了重大經(jīng)濟損失。
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