液流电池管理系统的研究

发布时间：2017-04-28 16:20

  本文关键词：液流电池管理系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,作为新能源的代表,风力发电和太阳能发电在国家的大力支持下得到了前所未有的快速发展。然而风能和太阳能的输出与自然因素密切相关,自然因素的不确定性导致输出功率不稳定。为解决上述问题,储能技术在电网中得以推广,而液流电池作为储能系统的存储量介质也得到了广泛认可。随着储能容量不断加大,所需的液流电池的数目也随之增大,由此导致现在的电池管理系统无法满足要求。本文以20kW液流电池储能项目为背景,研制一套具有“快速电压采样,结构灵活,实时性强”的电池管理系统。主要做了以下工作:首先,分析了当前主流电池管理系统在功能上和结构上的缺陷。针对本项目的特点,提出了具有两级式结构的电池管理系统并对功能进行了划分。该电池管理系统结构简单,具有较强的灵活性,方便后期的维护和扩容。其次,研究了现有电池管理系统中单体电池电压采样电路,分析了该电路的缺陷。设计了一款具有同时采集多路电池电压的采集电路。该采样电路选用了具有并行处理能力和大量外接I/O口的FPGA作为中央处理器,实现电池电压的快速采集。该方法解决了电池电压采样的时间变长的问题,为实现快速保护电池和其他设备奠定了基础。再次,电池管理系统内部通信采用了具有较强的抗干扰性,完善通信机制和较高通信速率的CAN总线。保证了通信的稳定性和传输数据的准确性。最后,给出了电池管理系统的硬件设计电路和软件流程图,并在5kW液流电池平台上进行了大量的试验和调试,最终电池管理系统能够快速、安全、稳定的运行。
【关键词】：电池管理系统 液流电池 FPGA CAN总线
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 微电网的形式9-11
• 1.2 储能技术的概述11-14
• 1.2.1 微电网对储能技术的需求11-12
• 1.2.2 储能技术的分类12-13
• 1.2.3 储能用蓄电池概述13-14
• 1.3 液流电池的国内外发展概况14-15
• 1.3.1 国外发展状况15
• 1.3.2 国内发展状况15
• 1.4 电池管理系统的国内外发展概况15-17
• 1.4.1 国外发展概况17
• 1.4.2 国内发展概况17
• 1.5 本课题主要研究内容17-19
• 1.5.1 研究意义17
• 1.5.2 研究内容17-19
• 第二章 液流电池管理系统的功能与结构分析19-25
• 2.1 全钒液流电池19-20
• 2.1.1 全钒液流电池原理19-20
• 2.1.2 液流电池特点20
• 2.2 储能方案20-22
• 2.3 液流电池管理系统的功能分析22-23
• 2.4 液流电池管理系统的结构分析23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 系统硬件设计25-43
• 3.1 DMU板整体设计25-35
• 3.1.1 电源模块的设计26-28
• 3.1.2 控制器的设计28
• 3.1.3 电流采样电路的设计28-30
• 3.1.4 总电压采样电路的设计30-32
• 3.1.5 温度采样电路的设计32-33
• 3.1.6 压力采样电路的设计33-34
• 3.1.7 85通信总线的设计34-35
• 3.2 BMU板整体设计35-42
• 3.2.1 控制器的设计35-36
• 3.2.2 单体电池电压采样电路的设计36-41
• 3.2.3 CAN总线的设计41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 系统软件设计43-58
• 4.1 软件设计概述43-45
• 4.1.1 软件开发环境简介43-44
• 4.1.2 DSP资源介绍44-45
• 4.1.3 FPGA资源介绍45
• 4.2 直流管理单元软件设计45-47
• 4.3 电池管理单元软件设计47-49
• 4.4 各部分子程序的设计49-57
• 4.4.1 单体电压测量子程序49-51
• 4.4.2 故障检测子程序51
• 4.4.3 CAN通信程序51-53
• 4.4.4 温度检测及控制程序53
• 4.4.5 电流及其它信号检测程序53-54
• 4.4.6 Modbus通信程序54-56
• 4.4.7 数据存储程序56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 液流电池管理系统的测试与分析58-72
• 5.1 实验目的58
• 5.2 实验平台58-60
• 5.3 采样精度测试60-62
• 5.3.1 单体电压采集测试60
• 5.3.2 电流采集测试60-61
• 5.3.3 压力采集测试61-62
• 5.4 CAN总线通信测试62-63
• 5.5 ModBus通信测试63-65
• 5.6 FPGA与AD芯片的数据通信测试65-66
• 5.7 FPGA与DSP芯片的数据通信测试66-67
• 5.8 电池管理系统的整体测试67-71
• 5.9 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 在学期间发表的论文79-80
• 附件80-82

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