超級電容智能充電機(jī)的研制.pdf

1、超級電容器(superCapacitor)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種介于傳統(tǒng)靜電電容器與化學(xué)電池之間的新型儲能器件。超級電容器與傳統(tǒng)靜電電容器相比，比容量是傳統(tǒng)靜電電容器的2000～6000倍，具有提供瞬時大電流、快速充電、電容量大的特征;與化學(xué)電池相比，比功率是化學(xué)電池的10倍，功率密度是化學(xué)電池的100倍，可以大電流充電，充滿電的時間只需幾秒到數(shù)分鐘，具有充電效率高，充電循環(huán)次數(shù)多（高達(dá)10萬次），無污染、免維護(hù)、工作溫度范圍

2、寬、無記憶且安全等優(yōu)點(diǎn)。因此，超級電容器受到各個國家的高度重視，并對其展開了大量研究，被廣泛應(yīng)用于風(fēng)能與太陽能發(fā)電、機(jī)車啟動系統(tǒng)、電能武器、通訊、消費(fèi)和娛樂電子、信號監(jiān)控、后備電源(UPS)以及叉式升降機(jī)的電源等方面，尤其是在電動汽車領(lǐng)域中的開發(fā)應(yīng)用已引起全球的廣泛關(guān)注，成為了當(dāng)前能源技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
　　 國內(nèi)外對于超級電容的研究主要集中在材料、機(jī)理、能量密度、充放電特性等方面，而專門針對超級電容充電機(jī)方面的研究報道比較罕

3、見。因此，本論文利用國內(nèi)外對超級電容的機(jī)理及充放電特性研究成果，結(jié)合傳感器技術(shù)和智能控制理論，對超級電容智能充電機(jī)的整體設(shè)計方案進(jìn)行了分析和設(shè)計，確定了超級電容智能充電機(jī)的設(shè)計參數(shù)要求，并以此為依據(jù)對系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計。
　　 本論文的設(shè)計思想是，采用模塊化設(shè)計，將整個充電機(jī)系統(tǒng)分為:充電主電路模塊、控制模塊子系統(tǒng)、充電保護(hù)電路模塊以及軟件模塊設(shè)計。其中，控制模塊的子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、IGBT驅(qū)動模塊、人機(jī)交互模塊、C

4、AN通信模塊、顯示模塊和故障報警模塊，并對這些模塊進(jìn)行了詳細(xì)分析和設(shè)計。充電主電路模塊主要由三相橋式整流電路、濾波電路、IGBT全橋變換電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路構(gòu)成，并運(yùn)用了高頻開關(guān)電源技術(shù)。充電機(jī)的控制電路模塊子系統(tǒng)設(shè)計是以PIC18F4580單片機(jī)為控制核心，接收數(shù)據(jù)模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信號，并進(jìn)行策略判斷，發(fā)出充電控制信號，同時也向顯示屏送顯;通過CAN通訊口讀取被充電超級電容器信息或向外輸出充電信息;IGBT驅(qū)動電路模塊

5、由PIC18F4580單片機(jī)輸出PWM控制信號給IR2233芯片，再由IR2233驅(qū)動IGBT工作。數(shù)據(jù)采集電路模塊主要采集了充電機(jī)輸出電壓及電流、主電路原邊輸入電壓、IGBT溫度、環(huán)境溫度等。在軟件模塊設(shè)計上，以充電控制策略為編程依據(jù)，通過CAN通訊口讀取充電超級電容信息，采用預(yù)充電的方式，收集預(yù)充電時的電流電壓變化，判斷分析充電超級電容組的技術(shù)狀況，綜合考慮超級電容器的充電電流、充電時間、已儲存能量和充電效率等因素，自動選擇不同的充

6、電模式，以期滿足用戶實(shí)際需求。在充電的同時，不斷對充電機(jī)系統(tǒng)本身和電池組進(jìn)行檢測和判斷，并將異常及時報警和儲存，即充電機(jī)系統(tǒng)具有自診斷能力。
　　 在硬件設(shè)計上，具有缺相保護(hù)、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過熱保護(hù)等較為豐富的保護(hù)電路設(shè)計;在軟件編程控制上，采用數(shù)據(jù)的多次判別、對比分析、調(diào)用數(shù)學(xué)模型等方法，提高系統(tǒng)的可靠性和精確性。
　　 對研制的充電機(jī)輸出直流電源的紋波、電氣性能、充電效率、充電機(jī)溫升等參數(shù)進(jìn)