光伏-燃料电池复合电源管理电路的设计与研究
发布时间：2021-02-03 03:06
我国全面进入人工智能时代,新能源的到来为常规电源和无线传感网络带来新的机遇和挑战。无线传感器节点数量众多且尺寸较小,频繁更换电池不切实际,传统电池的废弃和回收也易对环境造成污染。如何高效收集、转化新能源为传感节点供电,是无线传感网络低功耗设计的关键。本文从理论仿真、电路设计和系统测试三方面进行探讨,提出一种低压自启动式复合电源管理电路。首先分析光伏电池、锂电池、微型燃料电池的输出特性,建立PV模型并融合管理策略,搭建输入功率200m W的复合电源管理系统级仿真模型。仿真结果表明:该系统模型可快速响应环境因子变化且续航稳定。结合仿真数据和各传感设备的功率需求,按照能量收集-存储-转化的电路结构设计,以光伏电池作为启动源,微型燃料电池为后备电源,采用数字逻辑控制设计方法搭建低压启动电源管理硬件电路。然后根据复合能源间的工作特异性,对系统内部多路能量流动管理,完成了在不同光照环境下电源间切换仲裁。通过改进电路结构、板载锂离子电池并修正微矩形J32H-21ZK-I接口满足电流承载需求,优化板集成度提高24.26%,高度降低50%。最后完成系统测试与仿真结论对比,证实仿真模型的准确性。经测试,系...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双输入双向DC-DC变换器的拓扑结构[20]
-4-图1-2射频能量与热能复合电源管理电路框图[21]2010年，泰国的ViboonChunkag等人对比多种能源混合后提出质子交换膜燃料电池（PEMFC）、超级电容和光伏电池复合能源的管理电路[23]，为管理电源与负载之间的能量路径共设置三种运行模式：充电模式、放电模式和存储模式，该系统相比于两种能源复合的效率大幅度提升，仿真结果表明混合电源比单一能源管理虽为复杂，但续航时间更长，整体系统框架如图1-3所示。图1-3复合能源管理系统设计框架[23]2012年，FengDanquin利用低功耗芯片收集到环境中由树林摆动所产生的微弱能量[24]。2014年，PrijicA、VracarL等人使用凌力尔特LTC3108型号芯片搭配电源管理设计热能收集电路，用来收集两个铝芯印刷板之间的热能为自动遥测无线传感器节点供电，在没有热源时节点的能源自主性比普通电路高达30%，
-4-图1-2射频能量与热能复合电源管理电路框图[21]2010年，泰国的ViboonChunkag等人对比多种能源混合后提出质子交换膜燃料电池（PEMFC）、超级电容和光伏电池复合能源的管理电路[23]，为管理电源与负载之间的能量路径共设置三种运行模式：充电模式、放电模式和存储模式，该系统相比于两种能源复合的效率大幅度提升，仿真结果表明混合电源比单一能源管理虽为复杂，但续航时间更长，整体系统框架如图1-3所示。图1-3复合能源管理系统设计框架[23]2012年，FengDanquin利用低功耗芯片收集到环境中由树林摆动所产生的微弱能量[24]。2014年，PrijicA、VracarL等人使用凌力尔特LTC3108型号芯片搭配电源管理设计热能收集电路，用来收集两个铝芯印刷板之间的热能为自动遥测无线传感器节点供电，在没有热源时节点的能源自主性比普通电路高达30%，
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂电池PNGV模型与二阶RC模型分析与比较[J]. 程燕兵,韩如成. 太原科技大学学报. 2019(06)
[2]自供电无线振动传感器网络的双模组振动能量收集与管理方法[J]. 李俊,汤宝平,舒云龙,肖鑫. 中国测试. 2019(09)
[3]智慧能源微网系统能源供应设计探索[J]. 王学奎,刘金永. 科技创新与应用. 2019(16)
[4]风电机组基于最优跟踪路径的改进型MPPT控制[J]. 赵骞,邵一川,姚兴佳,郭庆鼎,厉伟. 中国电机工程学报. 2020(01)
[5]质子交换膜燃料电池的数学模型及其仿真研究[J]. 彭湃,程汉湘,陈杏灿,杨健,余音. 电源技术. 2017(03)
[6]充电方式对超级电容能量效率的影响[J]. 孟彦京,张商州,陈景文,段明亮. 电子器件. 2014(01)
[7]面向无人值守机房的智能监控系统设计[J]. 马迅飞,毛承国,张进铎,张卫华,邵伟,张俊. 信息系统工程. 2014(01)
[8]锂离子电池充电方法及其评价指标[J]. 张彦琴,刘汉雨,卢明哲. 电池工业. 2013(Z2)
[9]基于恒定电压优化的光伏系统MPPT控制方法[J]. 张新亮. 电子设计工程. 2013(10)
[10]电动汽车充电负荷空间分配优化算法[J]. 田文奇,和敬涵,姜久春,牛利勇,王小君. 电工技术学报. 2013(03)
硕士论文
[1]微型复合能源电源管理系统的设计与实现[D]. 张警文.哈尔滨工业大学 2019
[2]循环经济视域下我国新能源技术发展研究[D]. 纪鹏.沈阳师范大学 2019
[3]可再生能源收集嵌入式系统研究设计[D]. 陈凯.长春理工大学 2018
[4]燃料电池系统建模与仿真研究[D]. 周鹏.华北水利水电大学 2018
[5]基于改进的粒子群优化双卡尔曼滤波的锂电池SOC估计方法[D]. 刘璐.哈尔滨工业大学 2017
[6]防倒灌电流型安全电源系统设计与实现[D]. 李明.武汉大学 2017
[7]电动汽车复合能源系统的研究[D]. 黄智奇.浙江大学 2016
[8]质子交换膜燃料电池建模仿真与特性研究[D]. 刘树良.武汉理工大学 2013
[9]面向μDMFC的复合微能源系统电源管理设计[D]. 邹善亮.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3015801
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双输入双向DC-DC变换器的拓扑结构[20]
-4-图1-2射频能量与热能复合电源管理电路框图[21]2010年，泰国的ViboonChunkag等人对比多种能源混合后提出质子交换膜燃料电池（PEMFC）、超级电容和光伏电池复合能源的管理电路[23]，为管理电源与负载之间的能量路径共设置三种运行模式：充电模式、放电模式和存储模式，该系统相比于两种能源复合的效率大幅度提升，仿真结果表明混合电源比单一能源管理虽为复杂，但续航时间更长，整体系统框架如图1-3所示。图1-3复合能源管理系统设计框架[23]2012年，FengDanquin利用低功耗芯片收集到环境中由树林摆动所产生的微弱能量[24]。2014年，PrijicA、VracarL等人使用凌力尔特LTC3108型号芯片搭配电源管理设计热能收集电路，用来收集两个铝芯印刷板之间的热能为自动遥测无线传感器节点供电，在没有热源时节点的能源自主性比普通电路高达30%，
-4-图1-2射频能量与热能复合电源管理电路框图[21]2010年，泰国的ViboonChunkag等人对比多种能源混合后提出质子交换膜燃料电池（PEMFC）、超级电容和光伏电池复合能源的管理电路[23]，为管理电源与负载之间的能量路径共设置三种运行模式：充电模式、放电模式和存储模式，该系统相比于两种能源复合的效率大幅度提升，仿真结果表明混合电源比单一能源管理虽为复杂，但续航时间更长，整体系统框架如图1-3所示。图1-3复合能源管理系统设计框架[23]2012年，FengDanquin利用低功耗芯片收集到环境中由树林摆动所产生的微弱能量[24]。2014年，PrijicA、VracarL等人使用凌力尔特LTC3108型号芯片搭配电源管理设计热能收集电路，用来收集两个铝芯印刷板之间的热能为自动遥测无线传感器节点供电，在没有热源时节点的能源自主性比普通电路高达30%，
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂电池PNGV模型与二阶RC模型分析与比较[J]. 程燕兵,韩如成. 太原科技大学学报. 2019(06)
[2]自供电无线振动传感器网络的双模组振动能量收集与管理方法[J]. 李俊,汤宝平,舒云龙,肖鑫. 中国测试. 2019(09)
[3]智慧能源微网系统能源供应设计探索[J]. 王学奎,刘金永. 科技创新与应用. 2019(16)
[4]风电机组基于最优跟踪路径的改进型MPPT控制[J]. 赵骞,邵一川,姚兴佳,郭庆鼎,厉伟. 中国电机工程学报. 2020(01)
[5]质子交换膜燃料电池的数学模型及其仿真研究[J]. 彭湃,程汉湘,陈杏灿,杨健,余音. 电源技术. 2017(03)
[6]充电方式对超级电容能量效率的影响[J]. 孟彦京,张商州,陈景文,段明亮. 电子器件. 2014(01)
[7]面向无人值守机房的智能监控系统设计[J]. 马迅飞,毛承国,张进铎,张卫华,邵伟,张俊. 信息系统工程. 2014(01)
[8]锂离子电池充电方法及其评价指标[J]. 张彦琴,刘汉雨,卢明哲. 电池工业. 2013(Z2)
[9]基于恒定电压优化的光伏系统MPPT控制方法[J]. 张新亮. 电子设计工程. 2013(10)
[10]电动汽车充电负荷空间分配优化算法[J]. 田文奇,和敬涵,姜久春,牛利勇,王小君. 电工技术学报. 2013(03)
硕士论文
[1]微型复合能源电源管理系统的设计与实现[D]. 张警文.哈尔滨工业大学 2019
[2]循环经济视域下我国新能源技术发展研究[D]. 纪鹏.沈阳师范大学 2019
[3]可再生能源收集嵌入式系统研究设计[D]. 陈凯.长春理工大学 2018
[4]燃料电池系统建模与仿真研究[D]. 周鹏.华北水利水电大学 2018
[5]基于改进的粒子群优化双卡尔曼滤波的锂电池SOC估计方法[D]. 刘璐.哈尔滨工业大学 2017
[6]防倒灌电流型安全电源系统设计与实现[D]. 李明.武汉大学 2017
[7]电动汽车复合能源系统的研究[D]. 黄智奇.浙江大学 2016
[8]质子交换膜燃料电池建模仿真与特性研究[D]. 刘树良.武汉理工大学 2013
[9]面向μDMFC的复合微能源系统电源管理设计[D]. 邹善亮.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3015801
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