超级电容储能的太阳能航空灯系统设计

摘要

随着航空工业和通信技术的飞速发展，航空灯的应用已经不再局限于传统的飞机航运，其它行业的迅速应用，对航空灯的输出效率和持久耐用提出了更高的要求。电容储能的太阳能航空灯是由太阳能转换后的能量向航空灯提供，并将不用时候的电能和多余的电能储存在超级电容里面。无污染，能源高效清洁环保，且使用寿命长久，都使得其应用越来越广泛，高塔、山顶上的导航预警等，而其转换过程中的高效率传输、系统的稳定性直接影响了超级电容储能的太阳能航空灯的最终性能。
　　本论文针对上述的问题，以智能控制系统和电源高效率转换技术为主要的研究对象，在传统航空灯系统的研究基础上，对系统控制以及电源效率转换做了深入的分析研究，提出了一种实用新型的设计方案。主要能容有：研究太阳能航空灯的系统控制方法，提出了一种应用于多种区域的航空灯控制系统结构，包括与风力水力的相结合。其中太阳能应急电源供能部分采用两块20瓦 YL20（17） P610×291型太阳能电池，采用10支1200F2.7V超级电容作为储能装置，配以宽输入电压DC-DC变换器，设置有3.3V和5V两组输出电压，且两组电源均可单独输出15瓦功率。在15W输出功率下正常工作45分钟。由于使用了超级电容作为储能元件，使得系统寿命大大提高，理论可以正常使用10年以上，且因此使本系统不含有铅、硫酸、镉、镍、氢氧化钠等采用蓄电池方案的系统中大量含有的有害物质，使得本系统非常具有环保价值。
　　方案实施中，通过实验平台，验证将太阳能电池板、超级电容组、航空灯三者相结合，通过太阳能电池板的光-电转换和超级电容组的储能作用，可以实时让航空灯处于正常工作状态。同时对航空灯整个控制系统，在传统控制方案上做了进一步改进，优化了部分控制方法。
　　系统测试中，给出了测试方法和结果分析，并通过对输出的5V电压和3.3V电压的相关参数（输出效率、输出电压、输出电流、输出纹波、电压调整率、负载调整率等）测量，绘制出了功率曲线，完成了系统功能的验证。

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第一章 绪论

1.1超级电容储能与太阳能航空灯概述

1.2 本文主要工作

1.3 本论文的结构安排

第二章 航空灯控制系统的业务需求

2.1典型航空灯控制系统作业流程

2.2 信号发送与采集组成结构

2.3 自动化控制与智能化控制系统的要求

2.4 电源技术的能量高效率转换

2.5 本章小结

第三章 超级电容储能的太阳能航空灯控制系统实现

3.1 系统结构设计

3.2 系统各个模块实施方案选取

3.3 系统参数设计

3.4 本章小结

第四章 控制系统设计

4.1 控制系统开发环境

4.2软件结构设计

4.3 软件设计指标

4.4 软件设计实现

4.5 本章小结

第五章 测试方法与实测结果分析

5.1 5V输出测试方法及结果

5.2. 3.3V输出测试方法及结果

5.3 过载保护测量

5.4 超级电容组供电时间测量

5.5 航空灯系统控制测量方法

5.6 航空灯系统控制测量结果

5.7 测量结果分析

5.8 本章小结

第六章 结 论

6.1 本文的主要贡献

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献