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智能化储能式可移动应急电源系统的研究与设计

付国强  
【摘要】:社会的信息化和现代化正在飞速的发展,人们生活水平有了改善,用户对供电可靠性要求越来越高。应用在某些大型会场、建筑场所和政府机构等的供电系统一旦突然发生故障而不能正常供电,会造成重大的政治和经济损失。为了保障重点负荷不间断供电,维持正常稳定的社会和生活秩序,开展适用于重点负荷的移动式应急电源技术研究非常必要。随着现代电力电子技术的高速发展,应急电源技术水平有了很大的提高,保证了供电系统的安全性和可靠性。本文基于STM32F103嵌入式处理器设计了应急电源系统。首先分析了磷酸铁锂电池的化学反应机理和充放电特性,并结合实际应用,构建了一阶电池模型。其次剖析了几种常用的电池组均衡电路及其工作原理,通过对比其优缺点,选用了电感式无损均衡电路结构。然后利用matlab/simulink仿真软件对磷酸铁锂电池充放电过程、五段式充电模式、均衡控制过程、双电源快速切换等进行了建模与仿真。接着设计了应急电源系统和电池管理系统的总体结构,所设计的电池管理系统主要包括主控模块、电源供电模块、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、均衡模块、双电源快速切换模块、充放电控制模块等。其中,采集模块用来实时采集电池组中各节电池电压和温度以及流过整个电池组的电流大小;均衡模块是根据所采集的电压值判断出电压最高和电压最低的电池,并进行能量传递,达到电池电压一致;双电源快速切换开关模块用来在2ms内实现主副电源之间的切换,达到不间断供电的目的;充放电控制模块用来切换整个电池组充放电回路的开合。最后,对应急电源系统的各个模块进行了软件设计。经过系统建模仿真与样机实际测试,结果表明所设计的应急电源系统达到了预期目标和要求。


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