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微型復(fù)合能源電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2020-11-20 17:25
   能源是使社會蓬勃發(fā)展的必不可少的一部分,出于應(yīng)對環(huán)境變暖、石油資源枯竭以及新能耗標(biāo)準(zhǔn)的考慮,使用可再生環(huán)境能源作為通訊節(jié)點(diǎn)的能源供應(yīng)成為潮流。微型復(fù)合能源電源管理系統(tǒng)將可再生能源和傳統(tǒng)能源綜合起來發(fā)揮它們各自最大的特性及優(yōu)勢,在通訊、軍事、清潔能源汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文旨在實(shí)現(xiàn)一個(gè)響應(yīng)時(shí)間能達(dá)到5ms以內(nèi),系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到80%以上,系統(tǒng)輸出電流能到達(dá)50mA輸出電壓水平能達(dá)到近似3.3V的一個(gè)微型復(fù)合能源電源管理系統(tǒng)。首先對微能源工作原理及系統(tǒng)模塊工作原理進(jìn)行研究,建立復(fù)合能源電源管理系統(tǒng)的基本框架。接著根據(jù)能源特性,完成各能源的電源管理電路的設(shè)計(jì)工作,分別進(jìn)行管理電路前后的測試驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。最后完成具有電流電壓檢測、鋰電池充電、切換能源輸出等功能的復(fù)合能源電源管理系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì),硬件上優(yōu)化電路布局,選擇相應(yīng)元器件提高性能,通過限制充電電流的方式克服燃料電池?zé)o法適應(yīng)負(fù)載電流快速變化的局面;軟件上根據(jù)五種能源的不同特性,詳細(xì)分析能量管理決策過程,通過采集的電流電壓值完成電源切換過程,軟硬件結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)測試,得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率達(dá)到82%,響應(yīng)時(shí)間達(dá)到170ns,動態(tài)判斷能源輸入的微型復(fù)合能源電源管理系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)了作為電源供給無線通訊節(jié)點(diǎn)使用的功能。本文實(shí)現(xiàn)的微型復(fù)合能源電源管理系統(tǒng)高效高響應(yīng),達(dá)到指標(biāo)需求,具有良好的穩(wěn)定性,能夠適應(yīng)各情況環(huán)境下負(fù)載的需求正常工作。本系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充兼容性,未來對于各無線通訊節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用上可以裝配適應(yīng)的該系統(tǒng)。
【學(xué)位單位】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位年份】:2019
【中圖分類】:TK018;TM91
【部分圖文】:

原理圖,DC-DC轉(zhuǎn)換器,原理圖,最高電壓


哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 國外研究發(fā)展現(xiàn)狀在 2006 年美國的 Srdjan M.Lukic 等人就率先提出了 HEV 中超級電容器/電池合能量存儲系統(tǒng)的電源管理,Pba最高電壓為 2.75V,NiMH最高電壓為 1.5V,Li-ion高電壓為 4V,UC 最高電壓為 3V,輸入能源為直流,最大總功率約到達(dá) 19kW, 的充電狀態(tài)可以被提高到 100%以幫助加速,雙輸入雙向的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的拓如圖 1-1 所示[23]。雖然沒有采用可再生能源作為輸入能源,但是不再使用單一的池進(jìn)行電源供電,選擇與超級電容器混合,同等體積下超級電容器的功率要遠(yuǎn)于鋰離子電池,能達(dá)到近 20 倍以上,且其滿電的速度極其快,能滿足輸出電流常大的負(fù)載情況輸出,完成了一個(gè)可加速的能量存儲系統(tǒng)的電源管理。

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圖 1-2 混合電源能量管理框圖[24]12 年,來自印度的 karthik kadirvel 等人研發(fā)了一個(gè)可以有效提取來自太板、熱電發(fā)電機(jī)充電電池和超級電容器的一個(gè)超低靜態(tài)電流充電器和電成電路[25],僅 330nA 靜態(tài)電流,輸入電壓和功率分別為 330mV 和 5μW源是直流,充電器的效率與輸入電壓和輸入電流的關(guān)系如圖 1-3 所示,可用了超級電容器以及太陽能電池板的充電器的效率在輸入電壓 3V 時(shí)能8%的效率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接用充電電池充電的情況,可以說充分利用了各性達(dá)到了能源復(fù)用的作用并達(dá)到了很高的指標(biāo)。

框圖,充電器,輸入電壓,輸入電流


圖 1-2 混合電源能量管理框圖[24]012 年,來自印度的 karthik kadirvel 等人研發(fā)了一個(gè)可以有效提取來自太板、熱電發(fā)電機(jī)充電電池和超級電容器的一個(gè)超低靜態(tài)電流充電器和電成電路[25],僅 330nA 靜態(tài)電流,輸入電壓和功率分別為 330mV 和 5μW源是直流,充電器的效率與輸入電壓和輸入電流的關(guān)系如圖 1-3 所示,可用了超級電容器以及太陽能電池板的充電器的效率在輸入電壓 3V 時(shí)能98%的效率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接用充電電池充電的情況,可以說充分利用了各性達(dá)到了能源復(fù)用的作用并達(dá)到了很高的指標(biāo)。
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本文編號:2891749

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