安徽工程大学机电学院

本科毕业设计(论文)开题报告

题目：风力发电系统蓄电池充电控制器的设计

课 题 类 型： 设计□ 实验研究□ 论文□ 学 生 姓 名： 李 先 亮 学 号： 3112116318 专 业 班 级： 电气2113班

教 学 单 位： 安徽工程大学机电学院 指 导 教 师： 安 芳 开 题 时 间：

201 年 月 日

一、 毕业设计（论文）内容及研究意义（价值） 二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）

1、国内外风力发电状况概况

能源是现代社会和经济发展的基础。远期，能源工业面临矿物资源枯竭的问题；近期，能源工业面临全球环境污染的压力。自19xx年发生石油危机以来，世界各国都在寻求替代化石燃料的能源，投入大量的经费进行研究开发。因此推动了太阳能、风能等可再生能源的发展，成为近期内最有大规模开发利用前景的可再生能源。20年来风力发电从试验研究迅速发展为一项成熟技术，发电成本从每千瓦时20美分降到5美分，接近常规能源发电，形成一个新兴的产业。我国从80年代初把风力发电作为农村电气化的措施，主要研究、开发和示范应用小型充电用风电机，供牧民和渔民一家一户使用。我国政府在19xx年就环境和发展问题提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等新能源”。并陆续出台了“乘风计划”、“双加工程”等。

丹麦是开发风电最早的国家，而且当前在风电机技术和生产方面仍处于领先地位，风电装机约占发电总装机容量的5%以上。20xx年德国风电装机611.3万千瓦，连续几年居世界第一。表1为世界风电发展状况。

表1 世界风电发展状况 单位:万千瓦

注：（ ）为预计数，美国前后统计不一 1）、风力发电系统分类

风力发电的利用方式主要有两类，一类是独立运行（离网型）供电系统，即电网未通达的偏远地区，如高山、草原和海岛等，用小型风力发电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端电器供电，单机容量一般在100W-10KW；

或者采用中型风电机与柴油发电机或光伏太阳电池组成混合供电系统，目前系统的容量约10KW-200KW，解决小社区用电问题。另一类是作为常规电网的电源，并网运行，商业化的机组单机容量为150KW-1650KW，既可单独并网，也可以 由多台，甚至成百上千台组成风力发电场（简称风电场，国外亦称风力田）。 本次设计的充电控制器就是针对第一类独立运行（离网型）供电系统。

2）、离网型风力发电系统的组成及基本的工作原理

图1就是一般的离网型风力发电系统的组成示意图。其基本的工作原理为：风力机把风能转化为机械能，拖动发电机发电。发出的三相交流电经整流器整流后得到直流电，一方面给直流负荷供电，一方面通过充电控制器给蓄电池充电。在发电机发出的电能不足的情况下，蓄电池中储存的电能经逆变器输出三相交流电，供给交流负载。

图1 离网型风力发电系统的组成

在离网型风力发电系统中，蓄电池是必不可少的辅助设备。蓄电池在风力发电设备中主要起两个作用。一是储能，由于自然风是不稳定的，有时大有时小，一旬或一日之内相差很大，所以有风时把电能储存起来，以备无风时使用，以保证正常供电；二是稳压，风力发电机的转速和输出电压大小决定于风速大小。由于自然风速变化很大，使电压剧烈变动，无法用电，而通过蓄电池调节，供电电压即可保持稳定。蓄电池属于化学电池，由离子导电性的电解液和两边的正极、负极组成。放电时，通过氧化反应，将化学反应吉布斯能的差值变为电能由正负极引出使用。反之，在充电时发生还原反应。从理论上讲可达到100％的可逆反应，故可在寿命期间内重复充电和放电。蓄电池的种类很多如：铁-镍蓄电池、镉-镍蓄电池、锌-银蓄电池、氢-镍蓄电池、锂离子二次电池等。但至今，无论是在产量上，还是在应用领域上铅酸蓄电池仍然占主导地位。本次的设计主要的就是针对铅酸蓄电池。蓄电池容量配置是否合理，对风力发电的技术经济指标影响很大。容量选小了，有风时发出的多余电量不能充分储存，无风时用电就得不到满足供应；容量选大了一则增大了投资，二则蓄电池可能长期处在充电不足状态，影响使用寿命和效率。对风能储能的蓄电池，要求免维护型，因为风能用在较偏僻的地区，用户科学知识较少，所以使用越简单越好。近年来国外发展的完全免维护密封型蓄电池，对用户来说是很方便的。

2、常规充电方法综述

1） 恒压充电

在电池两端加上恒定的电压，那么充电电流为：I=（V-E）/r，因此，当充电初期时，电池电动势比较低，充电初期有很大的电流。随着充电过程的进行，电池电动势上升，充电电流自动下降，直到充电终止。由于充电后期电流减小，很容易控制过充。这种充电方法使充电电流与电池电动势联系起来，而电动势又是电池内部物理、化学状态的反映。因此，这种充电方法是有效的、相对于恒流充电而言有着更多的优点。但是，恒压充电也有许多不足之处:在充电初期时充电电流非常大，而充电末期，由于电池电动势的回升使得充电电流又非常小，充电设备容量难以充分利用:而且充电电压微小变动就会引起充电电流很大变化:电动势变化所反映的电化学过程与充电电流之间不仅仅是线性关系，因而仅仅以线性关系来描述并不理想。

2） 恒流充电

在充电过程中，以一定的电流进行充电。在充电过程中随着电池电压的变化要调整电流使之恒定，一般采用10h或20h率电流充电。恒流充电方式的不足是，开始充电阶段的电流过小，在充电后期充电电流又过大。在整个充电过程中能耗高，充电效率不足65%。恒流充电的变型是分段恒流充电，为避免充电后期电流过大的缺点，在充电后期把电流减小。因此此法也叫递减电流充电法。

3） 恒压限流充电

恒压充电开始时电流很大，温度升高过快，会对电池造成危害。为了防止电流过大，一般在充电的过程中限制电流在一定值，这样的充电方式便称为恒压限流充电方式。在其限流阶段，实际上是以限流值为恒值的恒流充电。因此，这种方式又可称为混合充电方式。恒压限流充电是一种非常有效的充电方式，如果加上过充判断、浮充控制、温度补偿等，就形成了一个简单的电池管理系统，蓄电池可以在这个系统控制下更好的工作。

4） 绢流充电

在蓄电池组放电过程结束之后，为了使得电极化学物质可以有个逐渐恢复的程，希望在这种状态下以相对较小一点的电流充电，等电池端电压上升到一定数值之后，再采用大电流的恒压限流充电方式，这种充电过程称为涓流充电过程。涓流充电事实上是一种近似的恒流充电方式，它要保持充电电流稳定且很小，随着电池状态的恢复，整流器的电压必须逐渐升高。涓流充电过程执行的时间和电池放电深度有关，是否涓流充电的判据是电池端电压，而终止的判据是电池端电压或渭充时间。

5） 浮充充电

浮充，不仅仅是一种充电方式，更准确地说应该是蓄电池的一种运行方式。它是直流电源系统中，与整流器设备并联，作为支持系统工作的后备电源的蓄电池工作方式。蓄电池在浮充工作方式下，充放电循环次数少，自放电和深放电的容量又能及时补足，活性物质利用率高，使用寿命长。浮充使用时蓄电池的充电电压必须保持一恒定值，在该电压下，充入的电量应足以补偿蓄电池由子自放电而损失的能量。同时，应保证在相对较短时间内使放过电的电池充足电。这样就可以使蓄电池长期处子充足电状态，不会由于欠充电造成容量损失。另一方面，该电压的选择应使蓄电池因过充电而造成的损坏达到最低程度。因此，选择恰当的浮充电压对于蓄电池的使用寿命来说是至关重要的。

三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）

1、研究方案：

风力发电系统蓄电池充电控制器，其主电路采用双管正激DC-DC变换器拓扑结构。其控制电路主要是由芯片SG3525、采样电路和一些运算比较电路组成。控制电路的主要作用是对主电路的充电电流、电压进行双闭环控制，其中电压环为外环，电流环为内环。

2、工作计划：

第1- 2周：接收毕业设计任务书，了解设计内容；

第 3-4周：查阅收集相关课题资料并完成开题报告；

第 5周：国内外风力发电状况概况，风力发电系统分类，离网型风力发电系统的组成及基本的工作原理；

第 6-7周：风力发电系统蓄电池充电控制器设计：双管正激变换器的工作原理，主电路中主要器件参数的计算；

第 8-9周：SG3525的特性分析，控制电路及辅助电路的设计；

第 10-12周：电流电压双闭环电路的设计，功率管MOSFET驱动电路设计； 第 13周：风力发电系统最大功率点跟踪的探讨；

第 14-16周：查阅资料，书写论文，准备答辩。

四、主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3个页面以上）及其译文）

[1] 张占松 蔡宣三著，《开关电源的原理与设计》，电子工业出版社,1999

[2] 王兆安 黄俊著，《电力电子技术》，机械工业出版社,2003.9

[3] 杨宝清 宋文贵著，《实用电路手册》，机械工业出版社,2002.6

[4] 康华光 陈大钦著，《电子技术基础-模拟部分》，高等教育出版社,1999.6

[5] 陈伯时著，《电力拖动自动控制系统》，机械工业出版社,2003.7

[6] 朱松然 张勃然著，《铅蓄电池技术》，机械工业出版社，2002

[7] 贾要勤 曹秉刚 杨仲庆，风力发电的MPPT快速响应控制方法，太阳能学报，

20xx年4月第2期第25卷P171-P176。

[8] 陈鹏 耿读艳 李志军 杨彦杰，基于bq2031的开关型铅酸蓄电池充电控制

器，《国外电子元器件》，20xx年第11期。

[9] 邱允和 车杰 王鸿麟，集成电路UC3906在密封铅酸蓄电池充电器中的应用，

电源技术，19xx年10月第5期第19卷。

[10] 潘文霞 陈允平 沈祖诒，风力系统及其电压特性研究，河海大学学报，2001

年1月第1期第29卷。

[11]《Wind Power Generation Technology》

 

第二篇：机电学院毕业设计(论文)开题报告要求

机电学院工业设计专业毕业设计(论文)开题报告要求

开题报告包括综述、关键技术、可行性分析和时间安排等四个方面。

开题报告应包括下列主要内容：

（1） 课题来源及研究的目的和意义；

（2） 国内外在该方向的研究现状及分析；

（3） 主要研究内容；

（4） 研究方案及进度安排、预期达到的目标；

（5） 为完成课题已具备和所需的条件；

（6） 预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施；

（7） 主要参考文献。

开题报告是文字体现的论文总构想，因而篇幅不必过大，但要把计划研究的课题、如何研究、理论适用等主要问题说清楚。

机电学院工业设计教研室