采用神经网络预测和变结构模糊控制的铅酸蓄电池最优充电技术研究

摘要

作者在论文工作中试图利用现代电力电子技术、模式识别和参数辨识、人工智能和DSP应用等领域中的技术进展和最新成果,探索铅酸蓄电池充电过程的多目标优化问题,力求形成高效、快速、无损的铅酸蓄电池优化充电思想和技术方案.在论文撰写过程中,作者主要进行了如下方面的研究:-对铅酸蓄电池的电化学机理进行充分研究,并在大量充放电实验的基础上,提出了依据蓄电池充电时和停充瞬间的端电压和蓄电池荷电状态检测蓄电池极化状况的思想.-依据最佳曲线给定,采取瞬间放电减少极化.提出了以蓄电池极化电压和蓄电池的荷电状 态为输入变量,以去极化脉冲的宽度作为输出并根据蓄电池电解液温度进行修正的实时去极化策略.-采用具有良好自学习能力和非线性逼近能力的模糊神经网络控制策略,使充电电流动态跟踪离散的可接受充电曲线,使充电过程始终在最佳状态下进行.-采用一个两单元的智能功率模块IPM作主回路开关器件,实现新型Buck—Boost拓扑,完成向蓄电池充电和蓄电池去极化放电功能.-—实现基于数字信号处理器TMS320F240的充电装置控制电路的软硬件设计,实现高速的数 据采集、事件管理、复杂的控制算法和输出控制,从而实现真正高效、快速、无损的充电过程.实验表明,采用新型控制策略的充电过程可使充电效率提高到90﹪左右,充电时间缩短到2小时以内,蓄电池电解液的温升较之常规充电亦没有明显升高,实现了高效、快速、无损的充电思想.在研究工作中还探讨了蓄电池组串联的均衡充电等问题.

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前言

第一章铅酸蓄电池的电化学基础

1.1蓄电池及其充电技术发展综述

1.2铅酸蓄电池的电化学基础

1.2.1双极硫酸盐化理论

1.2.2铅酸蓄电池的电动势

1.2.3铅酸蓄电池的容量与荷电状态

1.3铅酸蓄电池的充、放电过程分析

1.3.1充电过程中电压的变化

1.3.2放电过程中电压的变化

1.3.3充、放电过程中电解液浓度和温度的变化

1.4 小结

第二章铅酸蓄电池充电方法的实验研究

2.1现有充电方法的综述与分析

2.1.1恒流充电

2.1.2恒压充电

2.1.3恒压限流充电

2.1.4变电流间歇充电

2.1.5变压间歇充电

2.1.6快速充电

2.1.7均衡充电

2.1.8智能充电

2.2实验数据采集系统设计

2.3铅酸蓄电池的充电实验

2.3.1两阶段恒流充电实验

2.3.2三阶段恒流充电实验

2.3.3变电流充电实验

2.3.4变电流间歇充电实验

2.3.5变电流间歇并去极化放电的充电方案

2.4小结

第三章高效快速无损充电方法的原理性分析

3.1极化及其对充电过程的影响

3.2马斯定理与可接受充电电流分析

3.3高效快速无损充电的控制策略及实现

3.4小结

第四章高效快速无损充电的模糊控制

4.1有关模糊控制器的简述

4.2充电装置的控制系统结构

4.3模糊控制器1的设计

4.4模糊控制器2的设计

4.5模糊神经元预测器设计

4.5.1隶属函数的网络模型

4.5.2模糊神经元网络模型

4.5.3模糊神经元网络的学习算法

4.6小结

第五章充电装置硬件电路设计

5.1方案比较

5.1.1三相反并联晶闸管可逆桥式AC-DC变换器

5.1.2 Buck/Boost双向功率传输电路

5.1.3双向功率Cuk变换器

5.1.4基于半桥式隔离的Buck变换

5.1.5具有脉冲变压器隔离的Buck/Boost双向功率传输电路

5.2主电路设计与分析

5.2.1 IPM-PM200DSA120模块简介

5.2.2主电路工作在充电状态分析及参数计算

5.2.3主电路工作在放电状态分析及参数计算

5.3控制电路

5.3.1 TMS320F240简介

5.3.2键盘显示电路

5.3.3外扩RAM

5.3.4检测电路

5.3.5保护电路

5.3.6电源电路

5.4小结

第六章高效快速无损充电的软件设计

6.1主程序设计

6.2实时时钟中断服务程序-模糊控制器1的软件设计

6.2.1模糊控制器1输入、输出变量隶属函数的存储

6.2.2模糊控制器1输入、输出变量隶属度的计算

6.2.3输入量实时值的模糊化

6.2.4模糊推理算法

6.2.5去模糊化算法

6.3去极化子程序设计

6.3.1模糊控制器2的软件设计

6.3.2通用定时器2中断服务程序

6.4模糊神经元预测器子程序设计

6.4.1离线训练

6.4.2在线控制的程序设计

6.5外中断服务程序

6.6小结

第七章实验结果分析与展望

7.1实验结果分析

7.2展望—蓄电池组串联均衡充电探讨

7.2.1耗能均流充电

7.2.2非耗能均流充电

7.3小结

第八章总结

8.1本人所做的工作

8.2有待改进或不足之处

参考文献

攻读博士期间发表的学术论文（1999.9～2002.11）

攻读博士期间参加的科研项目（1999.9～2002.11）