锂电池化成能量回收系统的设计与实现

发布时间：2017-10-30 08:07

  本文关键词：锂电池化成能量回收系统的设计与实现

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【摘要】：当今社会智能硬件、电动汽车和航空航天等行业迅猛发展,锂电池因其体积小、重量轻和容量大等优点在相关设备中得到了大量的推广和应用,锂电池特别是大容量锂电池的产量逐年增长。随着锂电池产量的增加,锂电池化成设备的需求也越来越大,然而现阶段的锂电池化成设备普遍存在着能量使用粗放和节能效率不高的缺点,不符合节能环保的理念。本论文致力于提高锂电池化成设备的节能效率,研究并设计了适用于锂电池化成设备的能量回收系统,并完成了该系统硬件电路和控制策略的实现。主要工作如下:1.根据锂电池的化成流程和化成设备的工作需求,研究了能量回收系统的总体架构,制定了基于母线储能的能量回收总体方案。2.根据能量回收系统储能模块的工作需求,进行了母线储能能力的计算,完成了储能蓄电池的选型。根据能量回收系统供能模块的设计要求,对AC/DC的工作原理和常用拓扑结构进行了详细的研究,根据降压隔离输出的要求选择了半桥型结构,并进行了硬件电路设计和样机的焊接与调试,实现了恒压恒流可控输出,达到了85%的工作效率。根据能量回收系统耗能模块的工作需求,进行了耗能电路的设计与搭建,实现了系统的可控耗能。根据系统控制的硬件实现需求,完成了基于STM32的母线控制板的设计与调试,并实现了模拟控制信号的隔离传输。3.根据系统进行能量回收的总体控制需求,通过对能量回收系统可能工作状态的详细分析,制定了总体控制方案。根据控制方案需要获取蓄电池实时容量值的需求,对常用的蓄电池容量估计方法进行了详细的研究,实现了开路电压+安时积分法的蓄电池容量估计,并通过加入卡尔曼滤波对上述方法进行了改进,提高了估计精度。根据控制方案中对系统各硬件模块的工作电流值进行实时控制的设计要求,进行了系统各硬件模块实时工作电流值算法的研究,并通过加入PID闭环控制实现了AC/DC工作电流值的实时控制。4.最后,在锂电池化成过程中进行了能量回收系统的实际运行,并对系统的节能效果进行了测试,测试证明该系统达到了40%以上的节能效率。
【关键词】：锂电池化成 能量回收 AC/DC 容量估计 PID控制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 论文研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文主要研究内容12
• 1.4 论文结构安排12-14
• 第二章 能量回收系统理论基础和总体方案设计14-28
• 2.1 能量回收系统的理论基础14-21
• 2.1.1 AC/DC常用拓扑结构14-18
• 2.1.2 蓄电池容量估计18-20
• 2.1.3 PID闭环控制原理20-21
• 2.2 能量回收系统的指标21-22
• 2.3 总体方案设计22-27
• 2.3.1 锂电池化成系统总体方案22-24
• 2.3.2 能量回收系统总体方案设计24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 能量回收系统硬件设计与实现28-50
• 3.1 能量回收系统硬件设计总体方案28-29
• 3.2 AC/DC拓扑结构的选择和仿真验证29-32
• 3.2.1 AC/DC拓扑结构的选择29-30
• 3.2.2 AC/DC半桥型拓扑结构的仿真验证30-32
• 3.3 AC/DC硬件电路设计与实现32-44
• 3.3.1 控制电路设计33-37
• 3.3.2 驱动电路设计37-38
• 3.3.3 高频变压器设计38-40
• 3.3.4 输出滤波电路设计40-42
• 3.3.5 信号采集电路和保护电路设计42-44
• 3.4 可控耗能电路设计与实现44-46
• 3.5 控制板的设计与实现46-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 能量回收系统控制的设计与实现50-71
• 4.1 能量回收系统控制方案总体设计50-56
• 4.2 蓄电池容量估计技术56-65
• 4.2.1 基于开路电压+安时积分法的蓄电池容量估计56-60
• 4.2.2 扩展卡尔曼滤波对蓄电池容量估计方法的改进60-65
• 4.3 能量回收系统的闭环控制技术65-70
• 4.3.1 系统充耗电实时工作电流值的计算66
• 4.3.2 系统实时工作电流值跟踪的闭环控制实现66-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 系统测试与分析71-82
• 5.1 能量回收系统硬件电路测试结果与分析71-76
• 5.1.1 AC-DC测试结果与分析71-75
• 5.1.2 耗能电路测试结果与分析75-76
• 5.2 蓄电池容量估计结果与分析76-77
• 5.3 系统实时工作电流值跟踪的结果与分析77-78
• 5.4 系统节能效率的测试与分析78-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82
• 6.2 展望82-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张耀;陈息坤;杨胜;;锂电池化成双向AC/DC变换器研究[J];电工电能新技术;2014年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 冯飞;混合动力车储能系统特性及其管理技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 康序;高功率轴快流CO_2激光器功率监控系统的设计[D];华中科技大学;2008年

3 何栋;大容量锂电池化成系统中DC/DC变换器的设计与实现[D];电子科技大学;2013年

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本文编号：1116807