太阳能LED照明系统电池管理策略的优化研究

发布时间：2020-11-17 13:43

　　 当今世界经济迅速发展,对能源的需求也日益增加,太阳能LED照明系统具有使用绿色太阳能和高效率LED的双重优点,大量使用这类系统对缓解能源短缺问题具有重要的意义。电池组在太阳能LED照明系统中的成本占比较大,由于其内部各单体电池特性不一致,电池组寿命较单个的电池要短得多。目前学者所提出的多种不同的电池管理策略,可以大幅度提高电池组寿命,但均存在结构复杂、成本高的问题,难以直接应用于小功率的太阳能LED照明系统中。本文在分析现有电池管理策略的原理和优缺点的基础上,对太阳能LED照明系统中的电池管理策略进行研究。通过将载波层叠思想应用于级联拓扑结构,提出了一种基于载波层叠的电池管理策略,用以均衡电池组中各单体电池的工作电压;又通过分析太阳能LED照明系统中MPPT控制策略与电池管理策略的共同点,将一种自适应变步长MPPT算法与前述的电池管理算法结合,提出了一种优化后的电池管理策略。通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了仿真模型,对优化前与优化后的电池管理算法进行了充电与放电的仿真分析对比。仿真结果表明,优化后的电池管理算法能够使得电池组中各单体电池更快达到均衡状态,均衡后的各单体电池电压差异度小,更有利于降低电池组寿命衰减。基于以上研究,为了将优化后的电池管理策略应用于实际系统中,在考虑产品的成本、体积以及电路开关损耗的基础上,设计了一种太阳能LED照明系统包括系统硬件电路、优化后的电池管理算法软件程序和其他相关软件程序,并在该系统中进行了MPPT充电、电池充放电管理、LED放电、无线收发等功能的测试。实验结果表明,本文提出的电池管理策略可使电池组各单体电池快速达到均衡状态且差异度小,并且该照明系统工作稳定、使用寿命长,适应经济欠发达地区家庭照明或野外便携使用,适当增加功率则可以应用于路灯、发电站等场合,适用范围广泛。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM923.34
【部分图文】：

图 2.1 太阳能 LED 照明系统基本结构中红色框内为太阳能 LED 照明系统控制器最基本的功能，通过桥的开关电源电路来实现能量的转移，能量从太阳能板转移到电池组，能量从电池组转移到 LED 时为放电状态。为了提升对太阳能的太阳能照明系统都采用 MPPT（最大功率点跟踪）算法来控制太阳合其特性的最佳工作状态。为了可以调节 LED 灯光亮度，系统的 PWM 输出来调节平均输出电流以达到调光的目的。从上述描述可太阳能 LED 照明系统中，电池组需要根据控制器给出的指令不断放能量，由于电池的自身特性，随着充放电次数增多以及外部环境寿命会逐渐衰减，因此会导致整个照明系统的使用寿命缩短或者系增加。开关电路原理一节提到的开关电源电路是太阳能 LED 照明系统中最基本的电路

功率、开关频率以及主要器件参数选择均需考虑在内。开点主要有以下几点：由于电感电容的储能特性，电感中的电流与电容两端的电压在开关电路中，电感两端电压的平均值为 0，流经电容的电在理想变压器中，电压与匝数成正比并且同名同极性，电流点出；电容恒流充电的公式为 C ΔU=I T，电感恒压储能 T；变压器与电感的伏秒积必须平衡。源电路拓扑结构根据电气性质分为非隔离型与隔离型，非Boost、Buck-Boost 等，隔离型结构有 Flyback、Forward 等单分析 Buck-Boost 电路工作原理，如图 2.2 和图 2.3 分别为构以及输入输出对比。

出；容恒流充电的公式为 C ΔU=I T，电感恒压；器与电感的伏秒积必须平衡。电路拓扑结构根据电气性质分为非隔离型与隔离型，ost、Buck-Boost 等，隔离型结构有 Flyback、Forwar分析 Buck-Boost 电路工作原理，如图 2.2 和图 2.3 分别以及输入输出对比。图 2.2 Buck-Boost 电路拓扑结构
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 李宁;王跃;王兆安;张辉;;4种三电平载波调制策略对比研究[J];电气传动;2015年12期

2 王亮;孙守娟;;新型MMC电容电压均衡控制策略研究[J];电力电子技术;2015年11期

本文编号：2887567