系统管理系统论文提纲

论文题目：超级电容器管理系统研制

摘要：随着世界资源短缺和环境恶化问题日益突出,各国的电网、工业、交通等产业正渐渐迈向低耗能、低排放和低污染。超级电容器（Super Capacitor,SC）作为新一代储能介质,具有循环次数多、充放电时间短、功率密度高、工作性能稳定、环境友好等诸多优点,十分适合用于高频次、大电流快速充放电及能量缓冲再利用等诸多场合。然而在实际使用过程中,超级电容随着充放电循环次数的增多,超级电容模组内各单体超容性能差异将逐渐增大,而导致模组整体性能下降、寿命降低、引起安全隐患等诸多问题。超级电容管理系统（Capacitor Management System,CMS）的主要作用是对超级电容器各项电压、电流、温度及荷电状态（State of Charge,SOC）等数据进行监测,并实时监控各个超级电容器单元的运行状态,从而实现对超级电容的管理、控制与保护,提高超级电容的使用寿命,维持其稳定性,增强其可靠性。本文对超级电容管理系统的拓扑结构、硬件设计及软件设计进行了深入研究,相关工作如下:首先,介绍了超级电容管理系统的研究背景与研究现状,对国内不同厂家研发的超级电容管理系统进行了详细调研,并对比了超级电容管理系统的电压均衡拓扑、SOC估算策略及热管理方案。其次,分析了超级电容管理系统的实际应用需求,在结合经济性、实用性及可行性的基础上,详细阐述了超级电容管理系统的总体设计,提出了一种采用电源管理专用芯片的集中式结构超级电容管理系统。管理系统采用意法半导体公司的STM32F767ZIT6作为控制核心,结合亚德诺公司的LTC6813,进行硬件和软件设计。硬件电路设计包括两个模块:控制模块与采样均衡模块。采样均衡模块的主要作用是对超级电容的各项基本数据进行采样,并将信息上传至控制模块,所设计的硬件电路主要有:电压采样电路、温度采样电路、电压均衡电路等。控制模块的主要作用是对各项数据进行汇总处理,并实时判断超级电容的运行状态,从而对其进行控制或保护,所设计的硬件电路主要包括:CAN通讯电路、隔离型SPI通讯电路、继电器输出电路、数字信号输入电路、总电压采样电路等。软件设计主要在硬件电路的基础上,对超级电容管理系统的各项具体功能进行实现,所设计的软件程序主要包括:电压均衡控制程序、SOC估算程序、数据采样程序、故障报警程序、隔离型SPI通讯程序、上位机监控界面及程序、CAN通讯协议制定及程序等。最后,搭建了超级电容管理系统实验测试平台,对管理系统的CAN通讯信号、隔离型SPI通讯信号进行调试,并测试了管理系统的电压、温度采样精度、均衡控制效果,验证本文所设计的超级电容管理系统的可靠性。

关键词：超级电容;管理系统;电压均衡;数据采样;LTC6813

学科专业：电气工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 超级电容电压均衡拓扑

1.2.2 超级电容SOC估算策略

1.2.3 超级电容热管理方案

1.3 本文主要研究内容

第二章 超级电容管理系统方案设计

2.1 超级电容管理系统应用需求分析

2.2 超级电容管理系统总体设计

2.2.1 超级电容管理系统拓扑结构

2.2.2 电压均衡控制

2.2.3 SOC估算

2.2.4 热管理策略

2.2.5 通讯方式

2.3 超级电容管理系统性能指标

2.4 本章小结

第三章 超级电容管理系统硬件设计

3.1 控制模块电路设计

3.1.1 CPU外围电路

3.1.2 电源电路

3.1.3 通讯电路

3.1.4 继电器输出电路

3.1.5 数字信号输入电路

3.1.6 总电流采样电路

3.1.7 总电压采样电路

3.2 采样均衡模块电路设计

3.2.1 电源电路

3.2.2 电压采样电路

3.2.3 温度采样电路

3.2.4 电压均衡电路

3.3 硬件电路PCB绘制

3.4 本章小结

第四章 超级电容管理系统软件设计

4.1 主程序设计

4.2 LTC6813软件设计

4.2.1 单体超容电压采样

4.2.2 温度采样

4.2.3 单体超容电压均衡

4.3 总电压采样程序设计

4.4 总电流采样程序设计

4.5 SOC估算程序设计

4.6 CAN通讯程序设计

4.7 PC上位机程序及界面设计

4.8 本章小结

第五章 系统测试与验证

5.1 测试平台搭建

5.2 CAN通讯测试

5.3 隔离型SPI通讯测试

5.4 电压采样精度测试

5.5 温度采样精度测试

5.6 电压均衡测试

5.6.1 放电过程电压均衡

5.6.2 充电过程电压均衡

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢