【摘要】：隨著煤炭開采量的加大,煤礦井下的用電設(shè)備快速增長,一方面對其安全可靠供電提出了更高的要求,另一方面在一些移動場合也提出了便攜性的要求。而不論是不間斷電源,還是電機(jī)車、便攜監(jiān)測設(shè)備等,均對儲能電池提出了更高的容量、安全要求。相比傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池而言,鋰離子電池,以其具有較高的能量質(zhì)量比與能量體積比、無記憶效應(yīng)、自放電率低、較長的使用壽命等特點(diǎn),成為煤礦井下儲能裝置的首選。為了推動鋰離子電池在煤礦井下的安全可靠應(yīng)用,必須要了解鋰離子電池在煤礦井下隔爆密閉環(huán)境中的充放電特性,為充放電電路、電池管理系統(tǒng)、保護(hù)等的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。鑒于此,本研究顯得很有必要。 本文首先介紹了鋰電池的相關(guān)特性、應(yīng)用現(xiàn)狀以及國內(nèi)外對鋰電池充放電的研究現(xiàn)狀,并以磷酸鐵鋰電池作為研究對象,說明了其工作原理。之后又介紹了鋰電池的關(guān)鍵性能和特性參數(shù),并針對鋰電池的充放電特性、溫度特性做出了重點(diǎn)說明。然后,介紹了電池的荷電狀態(tài)的定義,以及預(yù)測它的各種方法。在研究原有電池模型的基礎(chǔ)上,對比了幾種模型的優(yōu)缺點(diǎn),提出了修正的Thevenin模型。由于單體電池電壓較低、容量較小,故實(shí)際使用時需要若干單體電池串并聯(lián)之后組成電池組再使用。而單體電池存在不可避免的不一致性缺點(diǎn),我們需要給電池組加入均衡控制結(jié)構(gòu)。本文采用非耗散型雙向均衡電路,使相鄰的兩個單體電池之間的多余能量可以雙向流動,相比耗散型均衡方法減少了能量的損失。為了研究磷酸鐵鋰電池在礦井隔爆、密閉、散熱不良工況下的充放電特性,設(shè)計(jì)了一套充放電檢測采集裝置。在采集裝置的硬件設(shè)計(jì)中,采用了TI公司的TMS320LF2407DSP作為主控制器,外圍電路主要包括信號的采集和串行通訊電路的設(shè)計(jì),需要采集的信號包括串聯(lián)電池組中的單體電池電壓值、溫度、電池組總電壓值以及電池組電流值。串行通訊電路采用的是RS-232接口設(shè)計(jì),將采集的電池?cái)?shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。編寫了上位機(jī)軟件,由上位機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理、顯示與存儲。 由此采集裝置,將磷酸鐵鋰電池置于模擬的礦井下隔爆、密閉、散熱不良的隔爆腔中,實(shí)際測試磷酸鐵鋰電池的充放電特性,得出其在此種環(huán)境下的充放電特性曲線。由特性曲線,通過曲線擬合算法,辨識出模型中的參數(shù),得到其數(shù)學(xué)表達(dá)式,建立了磷酸鐵鋰電池在此種環(huán)境下的數(shù)學(xué)模型。對于均衡控制電路,搭建了實(shí)際電路,并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn),表明了該均衡電路可以完成均衡的任務(wù)。最后,在MATLAB\Simulink環(huán)境下,搭建了電池模型電路,對模型進(jìn)行驗(yàn)證,得出了結(jié)論。為磷酸鐵鋰電池在隔爆環(huán)境中的安全、高效應(yīng)用,奠定一定的基礎(chǔ)。 文章的結(jié)尾是對本文研究的總結(jié)與展望。
【圖文】：

它們以化學(xué)能的方式存儲電能，，或者因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生種Ji打不同的iH標(biāo)準(zhǔn)還原電位的材料通過屯子負(fù)載(在用電設(shè)備上產(chǎn)zkiT，則會自發(fā)進(jìn)行伽伐尼反應(yīng)。具有較低的正標(biāo)準(zhǔn)還原電位的材料發(fā)zi，通過外電路釋放電子；而其有較高的:in標(biāo)準(zhǔn)還原屯位的材料發(fā)生還原外電路吸收屯子。這兩種反應(yīng)同時發(fā)生，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥湍埽橥馔吐�。具有較低的正標(biāo)準(zhǔn)還原電位的材料被稱為負(fù)極或存放屯時可因?yàn)樗峁┮沧樱哂休^高的」H標(biāo)準(zhǔn)還原電位的材料被稱為正極或叫做陰極（因?yàn)樗@得屯子）。除屯極之外，發(fā)斗：上述反應(yīng)所需的其它兩個重要組成部分楚屯解質(zhì)溶）和隔膜。屯解質(zhì)是?類離-了導(dǎo)體材料，它以溶液、溶體或者\(yùn)∪芴澹桓艄勺鬩煥嗄ぷ次錚游錮硌У鬧蓉豪唇�，它可以阻止两蛨D�，允许离�

本文編號：2550684