鉛酸蓄電池智能充電控制器開題報(bào)告dot

1、湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱：鉛酸蓄電池智能充電控制器的設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號：031140811學(xué)生姓名：學(xué)科專業(yè)：導(dǎo)師姓名：信息工程學(xué)院制2015年10 月13 日填寫填表需知一、填寫本表前，學(xué)生應(yīng)根據(jù)本表各部分要求寫出初稿，由指導(dǎo)老師審查通過。二、參照指導(dǎo)教師意見修改初稿后正式填寫本表，所填內(nèi)容一經(jīng)確定，一般不隨意變動(dòng)。三、本表各部分如不夠填寫，可自行加頁。四、本表一式兩份，指導(dǎo)教師一份（可以電子稿），所在系部一份（打印稿）一、課題來源老師指定二、選題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及水平、研究目標(biāo)及意義（包括應(yīng)用前景、科學(xué)意義、理論價(jià)值）以及主要參考文獻(xiàn)選題的目的、意義？? 自從18

2、59年法國科學(xué)家普朗特以鉛為電極制成鉛酸蓄電池以來，鉛酸蓄電池經(jīng) 過一百多年的發(fā)展與完善，已經(jīng)成為世界上廣泛使用的一種化學(xué)電池，鉛酸蓄電池由 于其成本低、容量大、安全可靠等特點(diǎn)，在通訊、鐵路、軍事、電動(dòng)汽車、光伏發(fā)電 等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為社會(huì)生產(chǎn)和人類生活中不可缺少的設(shè)備。蓄電池在實(shí)際應(yīng)用中遇到的最大問題是其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。設(shè)計(jì)壽 命在1015年的蓄電池，在實(shí)際使用時(shí)大都在35年便損壞，有些甚至不到一年便失 效了，這不但影響了電氣設(shè)備的可靠性，而且還造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。蓄電池的使 用壽命由多方面的因素決定，包括蓄電池本身的物理性能、使用環(huán)境、監(jiān)控管理方式 和充放

3、電制度等。通過對過早失效的蓄電池進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析發(fā)現(xiàn)，大部分都是由于充 放電控制不合理而造成的。因此，要提高蓄電池的壽命，最重要的是使用合理的充電 方法對蓄電池進(jìn)行充電。如何高效、快速、安全地對蓄電池進(jìn)行充電控制，一直是人們關(guān)心的問題。雖然 蓄電池問世至今已有100多年的歷史，但是由于技術(shù)條件的限制，目前很多的充電器 仍然采用傳統(tǒng)的充電方式，在使用這些傳統(tǒng)充電方法的充電過程中，鉛酸蓄電池大多 存在著的過量充電和析氣等現(xiàn)象。在一定程度上縮短了蓄電池的使用壽命，給使用者 造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。隨著鉛酸蓄電池在新能源開發(fā)中的廣泛應(yīng)用，對蓄電池的充電方法和充電裝置都 提出了新的要求：研究并設(shè)計(jì)一種快速、

4、高效、安全的蓄電池充電系統(tǒng)成為一項(xiàng)很重 要的任務(wù)。對蓄電池電量狀態(tài) SOC健康狀態(tài)SOH實(shí)時(shí)監(jiān)控，可方便的知道電池電量 狀態(tài)能夠支持多長時(shí)間運(yùn)行、何時(shí)需要充電、何時(shí)需要更換新的蓄電池。蓄電池快速 充電是近年來的研究的熱點(diǎn)問題，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成蓄電池充電過程可方便人 們的應(yīng)用和生活。蓄電池充電方法好壞會(huì)影響到蓄電池的使用壽命和循環(huán)利用率，事 實(shí)也證明許多蓄電池并非是“用壞”的而是“充壞”的。鉛酸蓄電池智能充電器主要 解決電池管理與快速、高效、高質(zhì)量充電問題，因而本文研究具有重要的意義。蓄電 池常規(guī)充電方法有恒壓充電與恒流充電，使用恒壓和恒流充電在充電過程中易造成蓄 電池過充或欠充現(xiàn)象，且需

5、要較長充電時(shí)間。研究蓄電池充電方法在實(shí)際生活中具有 重要的意義：一方面快速充電使電動(dòng)車輛的普及成為可能，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中需要在盡 可能短時(shí)間內(nèi)完成蓄電池充電過程；另一方面合理的充電方法提高了蓄電池的使用壽 命和循環(huán)利用率。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀？綜述從蓄電池充放電的研究歷程來看，其技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了一個(gè)漫長的過程。早在 1887年，Peukert就已從兩種速率的放電狀態(tài)中預(yù)測到各種速率放電時(shí)的放電容量， 但他對充電領(lǐng)域的研究分析較少。1935年，Woodbrode發(fā)現(xiàn)了充電對溫度的敏感性， 并注意到電池充電時(shí)所要求的指數(shù)特性。1967年美國科學(xué)家馬斯研究了充電過程中析 氣的問題，找出了析氣的原因和規(guī)律。他

6、以最低析氣率為前提，提出了以最低析氣率 為前提的蓄電池可接受充電電流曲線。馬斯提出的最佳充電電流曲線是各種充電方法 的理論基礎(chǔ)。按照該理論，充電過程中，若充電電流按馬斯曲線的規(guī)律變化，既可以 縮短充電時(shí)間又能保證蓄電池較低的析氣率。然而事實(shí)上蓄電池充電過程中的充電電 流不可能完全按照最佳充電電流曲線的規(guī)律變化，因此當(dāng)前的各種充電方法都是讓蓄 電池的充電電流盡可能地模擬或者接近最佳充電電流曲線。隨著人們對蓄電池充電問 題的日益重視，蓄電池充電方法的研究得到了較大的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多種蓄電池的充電方法:1、恒流充電方法恒流充電就是以恒定不變的電流對蓄電池進(jìn)行充電，在充電過程中隨著蓄電池電 壓

7、的變化要進(jìn)行電流調(diào)整，使充電電流恒定不變。這種方法特別適合于由多個(gè)蓄電池 串聯(lián)的蓄電池組進(jìn)行充電。當(dāng)蓄電池組中有個(gè)別電池電壓低時(shí)，能使落后蓄電池的容 量便于得到恢復(fù)，特別適用于小電流長時(shí)間的充電模式。恒流充電法，即保持充電電 流為一恒定值。恒流充電法電流選擇必須適中，電流過大會(huì)造成充電后期蓄電池過充 電，充電初期蓄電池充電電流過小，延長了電池充電時(shí)間。2、恒壓充電方法恒壓充電就是以恒定不變的電壓對蓄電池進(jìn)行充電。在充電初期由于蓄電池電壓 較低，充電電流較大，但隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電流逐漸減少。在充電 末期只有很小的充電電流，這樣充電過程中就不必調(diào)整電流。相對恒流充電來說，恒 壓充電

8、方法的充電電流自動(dòng)減小，所以充電過程中蓄電池析氣量小，充電時(shí)間短，能 耗低。由于電池內(nèi)阻很小，充電初期電池自身電壓很低，恒壓充電會(huì)導(dǎo)致初始充電電 流過大使電池產(chǎn)生析氣現(xiàn)象。充電后期充電電壓較小，蓄電池會(huì)有欠充現(xiàn)象。因而恒 壓充電法充電時(shí)間長，電池過充和欠充過程降低電池使用壽命。3、階段是式電方法階段式充電是指恒流和恒壓分階段進(jìn)行， 一般分為二階段充電法和三階段充電法 二階段、三階段充電都是為克服恒流和恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合的一種充電策略。恒流 或恒壓充電都會(huì)造成蓄電池過充和欠充。恒壓充電過充是發(fā)生在充電初期，恒流充電 則是發(fā)生在充電后期。在充電初期采用恒流方法充電避免初始充電電流過大，造成蓄電池

9、的出氣與溫升現(xiàn)象；等電池電壓上升到一定值時(shí)開始采用恒壓充電，有效抑制了 充電后期蓄電池出氣與溫升現(xiàn)象。恒壓恒流兩段充電法雖然解決了電池的過充現(xiàn)象， 但是不能提高電池的充電速率，充電時(shí)間仍較長。4、快速充電法前面介紹的幾種蓄電池充電方法都是比較常規(guī)的充電方法，這些充電方法都采用 小電流的恒壓或恒流充電，充電時(shí)間較長，給實(shí)際使用帶來許多的不便。為了能夠最 大限度地加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度，縮短蓄電池達(dá)到充滿狀態(tài)的時(shí)間，同時(shí)，保證 蓄電池正負(fù)極板的極化現(xiàn)象盡量地少，提高蓄電池的充電效率，國內(nèi)外一直都在不斷 地研究和開發(fā)快速充電方法和技術(shù)，快速充電技術(shù)近年來得到了迅速發(fā)展。主要參考文獻(xiàn)：1 陳慧玲延長

10、獨(dú)立光伏電站蓄電池使用壽命的措施探討J.蓄電池,2005,3: 106107.2 陳體銜.VRLA蓄電池變電流間歇充電方法J. 電池.1998, 28(6): 2742773 趙健.基于智能控制技術(shù)的鉛酸蓄電池充電設(shè)備的研究D.南京：南京理工大學(xué)(碩士),2008.4 高嵩，曾國宏.基于68HC08MCU勺蓄電池充放電系統(tǒng)研究J.計(jì)算機(jī)信息,2009, 25(3) :135137.5 孟亞峰，王民全，黃考利.單片機(jī)在10kW充電系統(tǒng)中的應(yīng)用J.電子技術(shù),2002, 2: 2122.6 徐曼正.新型蓄電池原理與應(yīng)用M.北京：人民郵電出版社,20047 王偉.基于模糊控制的VRLA蓄電池智能充電技

11、術(shù)的研究D.吉林：吉林 大學(xué)（碩士 ）,2007.8 周玲.基于單片機(jī)控制的智能充電器設(shè)計(jì)D.廣西：廣西大學(xué)（碩士 ）,2006.三、研究的主要內(nèi)容、研究方案及準(zhǔn)備采取的技術(shù)路線、擬解決的關(guān)鍵問題（注： 本部分內(nèi)容必須詳細(xì)填寫）研究內(nèi)容1、概述傳統(tǒng)的充電方法和近年來提出的快速充電方法，通過對比它們的優(yōu)缺點(diǎn)提 出一種新的智能充電方法；2、研究鉛酸蓄電池電量狀態(tài)測試方法；3、對系統(tǒng)建模，設(shè)計(jì)智能充電控制器，并通過仿真驗(yàn)證其可行性；4、設(shè)計(jì)簡易充電電源，搭建實(shí)驗(yàn)平臺，對系統(tǒng)硬件與軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)試，實(shí)現(xiàn) 以新的智能充電方法對電池充電。研究方法、研究手段1、查閱相關(guān)資料，了解傳統(tǒng)的充電方法和快速充電方

12、法，對比他們的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)新的充電方法。通過資料了解并研究鉛酸蓄電池電量狀態(tài)測試方法。2、設(shè)計(jì)新的智能充電器以及簡易充電電源，詳述系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)過程，最 后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。3、搭建實(shí)驗(yàn)平臺，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。技術(shù)路線每隔一定時(shí)間在線檢測電池容量 SOC,根據(jù)麥斯第一定律確定此時(shí)電池可接受的最大充電電流，然后將該值作為控制器充電電流的給定值。通過在線檢測電池SOC使電池以最大可接受電流充電，大大提高了充電速度，也避免了蓄電池充電過程中過充 現(xiàn)象；脈沖電流采用慢脈沖模式，脈沖電流周期為20s，脈寬為10s。電池歐姆極化與電化學(xué)極化在電池停止充電數(shù)微秒內(nèi)就可以消失，而電池濃度極化則需要一段

13、時(shí)間 才可以逐漸消失。因而采用脈沖電流充電有利于消除電池極化現(xiàn)象尤其是濃度差極化， 避免了電池內(nèi)壓增大和溫升，緩解了電池的析氣現(xiàn)象增加了電池的壽命；另一方面極 化現(xiàn)象的消除增加了充電電流接受率，提高了電池充電速度和充電電流利用率；在充 電行將結(jié)束時(shí)以浮充電壓充電直到充電結(jié)束，浮充的作用是補(bǔ)充蓄電池自放電使蓄電 池能夠充分充電，浮充過程對增加電池壽命具有很重要作用。智能充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖智能充電系統(tǒng)主要包括兩個(gè)功能： 第一是SOC在線檢測，作用是在線檢測電池電 量狀態(tài)SOC用于電池管理。同時(shí)根據(jù) SOC得到最大可接受充電電流參考值，作為控 制器充電電流給定值；第二是控制器的設(shè)計(jì)，由于蓄電池充電電

14、流隨SOC的變化而變 化，因而控制器的設(shè)計(jì)必須能夠快速跟蹤電流給定；另一方面由于蓄電池內(nèi)阻很小， 尤其是在充電后期，充電電壓的微小變化都可能引起充電電流較大的變化，這就要求 控制器的設(shè)計(jì)要有較強(qiáng)的抗干擾能力。擬解決的關(guān)鍵問題第一個(gè)問題是增加電池壽命和循環(huán)利用率；第二個(gè)問題是實(shí)現(xiàn)電池的快速、高效充電。四、已進(jìn)行的科研工作基礎(chǔ)和已具備的科學(xué)研究條件（包括已經(jīng)取得的科研成果、 已經(jīng)完成的科學(xué)實(shí)驗(yàn)及調(diào)查研究、具備的主要儀器設(shè)備及資料與數(shù)據(jù)等），以及可行性 分析大學(xué)期間，學(xué)習(xí)過自動(dòng)控制原理、單片機(jī)原理、MATLAB DSP等相關(guān)課程與實(shí)驗(yàn)，學(xué)校還有專用的實(shí)驗(yàn)室，設(shè)計(jì)中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)與建模仿真都可以在實(shí)驗(yàn)室中很好的完成。大學(xué)圖書館資料非常豐富，相關(guān)文獻(xiàn)資料都能在圖書館中找到，這對于畢業(yè)設(shè)計(jì)有很 大的幫助。在老師的指導(dǎo)下，我相信完成本設(shè)計(jì)沒有問題。五、課題研究起止年限、任務(wù)安排、分階段要求和預(yù)期結(jié)果2015年9月9日-2015年10月15日：確定畢業(yè)論文選題，查找參