铅酸蓄电池智能充电控制器开题报告.dot

1、湖北民族学院信息工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称：铅酸蓄电池智能充电控制器的设计学生学号：031140811 学生姓名：龚家瑞 学科专业：电气工程及其自动化 导师姓名：杨永超 信息工程学院制2015年 10 月 13 日 填写填 表 需 知一、 填写本表前，学生应根据本表各部分要求写出初稿，由指导老师审查通过。二、 参照指导教师意见修改初稿后正式填写本表，所填内容一经确定，一般不随意变动。三、 本表各部分如不够填写，可自行加页。四、 本表一式两份，指导教师一份（可以电子稿），所在系部一份（打印稿）。一、课题来源老师指定 二、选题的国内外研究现状及水平、研究目标及意义（包括应用前景、科学

2、意义、理论价值）以及主要参考文献选题的目的、意义   自从 1859 年法国科学家普朗特以铅为电极制成铅酸蓄电池以来，铅酸蓄电池经过一百多年的发展与完善，已经成为世界上广泛使用的一种化学电池，铅酸蓄电池由于其成本低、容量大、安全可靠等特点，在通讯、铁路、军事、电动汽车、光伏发电等各个领域都有广泛的应用，逐渐发展成为社会生产和人类生活中不可缺少的设备。蓄电池在实际应用中遇到的最大问题是其使用寿命远远达不到设计寿命。设计寿命在1015 年的蓄电池，在实际使用时大都在 35 年便损坏，有些甚至不到一年便失效了，这不但影响了电气设备的可靠性，而且还造成了重大的经济损失。蓄电池的使用

3、寿命由多方面的因素决定，包括蓄电池本身的物理性能、使用环境、监控管理方式和充放电制度等。通过对过早失效的蓄电池进行统计及分析发现，大部分都是由于充放电控制不合理而造成的。因此，要提高蓄电池的寿命，最重要的是使用合理的充电方法对蓄电池进行充电。如何高效、快速、安全地对蓄电池进行充电控制，一直是人们关心的问题。虽然蓄电池问世至今已有 100 多年的历史，但是由于技术条件的限制，目前很多的充电器仍然采用传统的充电方式，在使用这些传统充电方法的充电过程中，铅酸蓄电池大多存在着的过量充电和析气等现象。在一定程度上缩短了蓄电池的使用寿命，给使用者造成了一定的经济损失。随着铅酸蓄电池在新能源开发中的广泛应用

4、，对蓄电池的充电方法和充电装置都提出了新的要求：研究并设计一种快速、高效、安全的蓄电池充电系统成为一项很重要的任务。对蓄电池电量状态 SOC、健康状态 SOH 实时监控，可方便的知道电池电量状态能够支持多长时间运行、何时需要充电、何时需要更换新的蓄电池。蓄电池快速充电是近年来的研究的热点问题，在尽可能短的时间内完成蓄电池充电过程可方便人们的应用和生活。蓄电池充电方法好坏会影响到蓄电池的使用寿命和循环利用率，事实也证明许多蓄电池并非是“用坏”的而是“充坏”的。铅酸蓄电池智能充电器主要解决电池管理与快速、高效、高质量充电问题，因而本文研究具有重要的意义。蓄电池常规充电方法有恒压充电与恒流充电，使用

5、恒压和恒流充电在充电过程中易造成蓄电池过充或欠充现象，且需要较长充电时间。研究蓄电池充电方法在实际生活中具有重要的意义：一方面快速充电使电动车辆的普及成为可能，因为实际应用中需要在尽可能短时间内完成蓄电池充电过程；另一方面合理的充电方法提高了蓄电池的使用寿命和循环利用率。国内外研究现状 综述从蓄电池充放电的研究历程来看，其技术的发展经过了一个漫长的过程。早在 1887 年，Peukert就已从两种速率的放电状态中预测到各种速率放电时的放电容量，但他对充电领域的研究分析较少。1935 年，Woodbrode发现了充电对温度的敏感性，并注意到电池充电时所要求的指数特性。1967 年美国科

6、学家马斯研究了充电过程中析气的问题，找出了析气的原因和规律。他以最低析气率为前提，提出了以最低析气率为前提的蓄电池可接受充电电流曲线。马斯提出的最佳充电电流曲线是各种充电方法的理论基础。按照该理论，充电过程中，若充电电流按马斯曲线的规律变化，既可以缩短充电时间又能保证蓄电池较低的析气率。然而事实上蓄电池充电过程中的充电电流不可能完全按照最佳充电电流曲线的规律变化，因此当前的各种充电方法都是让蓄电池的充电电流尽可能地模拟或者接近最佳充电电流曲线。随着人们对蓄电池充电问题的日益重视，蓄电池充电方法的研究得到了较大的发展，目前已经出现了许多种蓄电池的充电方法：1、 恒流充电方法恒流充电就是以恒定不变

7、的电流对蓄电池进行充电，在充电过程中随着蓄电池电压的变化要进行电流调整，使充电电流恒定不变。这种方法特别适合于由多个蓄电池串联的蓄电池组进行充电。当蓄电池组中有个别电池电压低时，能使落后蓄电池的容量便于得到恢复，特别适用于小电流长时间的充电模式。恒流充电法，即保持充电电流为一恒定值。恒流充电法电流选择必须适中，电流过大会造成充电后期蓄电池过充电，充电初期蓄电池充电电流过小，延长了电池充电时间。2、 恒压充电方法恒压充电就是以恒定不变的电压对蓄电池进行充电。在充电初期由于蓄电池电压较低，充电电流较大，但随着蓄电池端电压的逐渐升高，充电电流逐渐减少。在充电末期只有很小的充电电流，这样充电过程中就不

8、必调整电流。相对恒流充电来说，恒压充电方法的充电电流自动减小，所以充电过程中蓄电池析气量小，充电时间短，能耗低。由于电池内阻很小，充电初期电池自身电压很低，恒压充电会导致初始充电电流过大使电池产生析气现象。充电后期充电电压较小，蓄电池会有欠充现象。因而恒压充电法充电时间长，电池过充和欠充过程降低电池使用寿命。3、 阶段是式电方法阶段式充电是指恒流和恒压分阶段进行，一般分为二阶段充电法和三阶段充电法。二阶段、三阶段充电都是为克服恒流和恒压充电的缺点而结合的一种充电策略。恒流或恒压充电都会造成蓄电池过充和欠充。恒压充电过充是发生在充电初期，恒流充电则是发生在充电后期。在充电初期采用恒流方法充电避免

9、初始充电电流过大，造成蓄电池的出气与温升现象；等电池电压上升到一定值时开始采用恒压充电，有效抑制了充电后期蓄电池出气与温升现象。恒压恒流两段充电法虽然解决了电池的过充现象，但是不能提高电池的充电速率，充电时间仍较长。4、 快速充电法前面介绍的几种蓄电池充电方法都是比较常规的充电方法，这些充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，充电时间较长，给实际使用带来许多的不便。为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到充满状态的时间，同时，保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少，提高蓄电池的充电效率，国内外一直都在不断地研究和开发快速充电方法和技术，快速充电技术近年来得到了迅速发展。主要参考文

10、献：1 陈慧玲. 延长独立光伏电站蓄电池使用寿命的措施探讨J. 蓄电池, 2005, 3: 106107.2 陈体衔. VRLA 蓄电池变电流间歇充电方法J. 电池. 1998, 28(6): 274277. 3 赵健. 基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电设备的研究D. 南京: 南京理工大学(硕 士),2008.4 高嵩, 曾国宏. 基于 68HC08MCU 的蓄电池充放电系统研究J. 计算机信息, 2009, 25(3):135137.5 孟亚峰, 王民全, 黄考利. 单片机在 10kW 充电系统中的应用J. 电子技术, 2002, 2: 2122.6 徐曼正. 新型蓄电池原理与应用M. 北京

11、: 人民邮电出版社, 20047 王伟. 基于模糊控制的 VRLA 蓄电池智能充电技术的研究D. 吉林: 吉林大学(硕士),2007.8 周玲. 基于单片机控制的智能充电器设计D. 广西: 广西大学(硕士), 2006.三、研究的主要内容、研究方案及准备采取的技术路线、拟解决的关键问题（注：本部分内容必须详细填写）研究内容1、概述传统的充电方法和近年来提出的快速充电方法，通过对比它们的优缺点提出一种新的智能充电方法；2、研究铅酸蓄电池电量状态测试方法；3、对系统建模，设计智能充电控制器，并通过仿真验证其可行性；4、设计简易充电电源，搭建实验平台，对系统硬件与软件进行设计与调试，实现以新的智能充

12、电方法对电池充电。研究方法、研究手段1、查阅相关资料，了解传统的充电方法和快速充电方法，对比他们的优缺点，设计新的充电方法。通过资料了解并研究铅酸蓄电池电量状态测试方法。2、设计新的智能充电器以及简易充电电源，详述系统硬件与软件的设计过程，最后对实验结果进行分析。3、搭建实验平台，验证设计的可行性。技术路线每隔一定时间在线检测电池容量 SOC，根据麦斯第一定律确定此时电池可接受的最大充电电流，然后将该值作为控制器充电电流的给定值。通过在线检测电池 SOC 使电池以最大可接受电流充电，大大提高了充电速度，也避免了蓄电池充电过程中过充现象；脉冲电流采用慢脉冲模式，脉冲电流周期为 20s，脉宽为 1

13、0s。电池欧姆极化与电化学极化在电池停止充电数微秒内就可以消失，而电池浓度极化则需要一段时间才可以逐渐消失。因而采用脉冲电流充电有利于消除电池极化现象尤其是浓度差极化，避免了电池内压增大和温升，缓解了电池的析气现象增加了电池的寿命；另一方面极化现象的消除增加了充电电流接受率，提高了电池充电速度和充电电流利用率；在充电行将结束时以浮充电压充电直到充电结束，浮充的作用是补充蓄电池自放电使蓄电池能够充分充电，浮充过程对增加电池寿命具有很重要作用。智能充电系统结构原理图智能充电系统主要包括两个功能：第一是 SOC 在线检测，作用是在线检测电池电量状态 SOC 用于电池管理。同时根据 SOC 得到最大可

14、接受充电电流参考值，作为控制器充电电流给定值；第二是控制器的设计，由于蓄电池充电电流随 SOC 的变化而变化，因而控制器的设计必须能够快速跟踪电流给定；另一方面由于蓄电池内阻很小，尤其是在充电后期，充电电压的微小变化都可能引起充电电流较大的变化，这就要求控制器的设计要有较强的抗干扰能力。 拟解决的关键问题第一个问题是增加电池寿命和循环利用率；第二个问题是实现电池的快速、高效充电。四、已进行的科研工作基础和已具备的科学研究条件（包括已经取得的科研成果、已经完成的科学实验及调查研究、具备的主要仪器设备及资料与数据等），以及可行性分析大学期间，学习过自动控制原理、单片机原理、MATLAB、DSP等相关课程与实验，学校还有专用的实验室，设计中的相关实验与建模仿真都可以在实验室中很好的完成。大学图书馆资料非常丰富，相关文献资料都能在图书馆中找到，这对于毕业设计有很大的帮助。在老师的指导下，我相信完成本设计没有问题。五、课题研究起止年限、任务安排、分阶段要求和预期结果2015年9月9日-2015年10月15日：确定毕业