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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 超级电容器 ( 又称电 化学电容器、电双层电容器) 是一种介于传统电容 器和电池之间的新型储能元件，属新一代绿色能源。在使用超级电容器时， 如果需要较大的电量， 就需要采用电容器组的方式进行供电。电容器间一般 都存在性能差异、它们之间的容量误差将会降低系统的性能和使用寿命。因 此，在超级电容器组的使用过程中，为了保证其正常运行，需要对其进行自 动的在线维护。 本文首先介绍了超级电容器在线自 动维护系统的功能要求和技术指标。 接着介绍了系统的初步设计并提出系统的设计方案和元器件选型。然后，对 系统的电器部分结构、P L C软件编程和可编程控制面板的编程分别
2、进行了 详细论述。同时对超级电容器浮充j 放电的产生机理进行了详细的分析，并 提出了利用在线学习的方法进行浮充/ 放电压差的补偿方法。文中还对系统 中使用的可编程逻辑器件 G A L的编程、P L C语言的编程和可编程控制面板 的编程进行了详述，并给出了其中比较重要部分的程序框图和部分源代码。 目 前，已经完成了所设计的实际系统的全部现场调试和实际运行测试工作。 通过在实际环境中的运行测试，证明了该系统设计方案是先进的、可行 的，并且系统运行可靠。 关键词超级电容器;在线维护;P L C ;可编程控制面板 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Ab s t r a c t S u p e r c a
3、 p a c i t o r ( e l e c t r o c h e m i s t r y c a p a c i t o r , e l e c t r i c d o u b l e l a y e r c a p a c i t o r ) i n t e r v e n i n g i n t r a d i t i o n a l c a p a c i t o r a n d b a tt e r y i s a n o v e l t y p e o f e n e r g y - s t o r i e d c o m p o n e n t , w h i c h i
4、s a n e w g e n e r a t i o n o f g r e e n e n e r g y . T o u s e s u p e r c a p a c i t o r , i f t h e d e m a n d o f e l e c t r i c q u a n t i t y i s l a r g e , t h e m e a n s o f c a p a c it o r b a n k i s n e c e s s a r i l y a d o p t e d t o s u p p l y p o w e r . T h e r e a r e
5、 m a n y d i ff e r e n c e s i n p e r f o r m a n c e s o f c a p a c i t o r s c o m m o n l y , a n d t h e c a p a c i t y e r r o r w i l l d e g r a d e t h e p e r f o r m a n c e s a n d w o r k i n g l i f e o f s y s t e m . T h e r e f o r e , a u t o m a t i c o n l i n e m a i n t e n
6、a n c e i s r e q u i r e d t o a s s u r e i t s n o r m a l f u n c t i o n w h e n s u p e r c a p a c i t o r b a n k i s w o r k i n g F i r s t , t h e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s a n d t e c h n i c a l c r i t e r i a o f a u t o m a t i c o n l i n e ma i n t e n a n c e s y
7、 s t e m f o r s u p e r c a p a c it o r s a r e p r o p o s e d i n t h i s p a p e r . S e c o n d , t h e p r e l i m i n a ry d e s i g n o f s y s t e m i s i n t r o d u c e d , a n d t h e d e s i g n p r o j e c t o f s y s t e m a n d l e c t o t y p e o f d e v i c e s a n d c o m p o n e
8、 n t s i s p r o p o s e d . T h i r d , t h e s e c t i o n o f e l e c t r i c a l s t r u c t u r e , s o f t p r o g r a m o f P L C , a n d p r o g r a m o f p r o g r a m m a b l e c o n t r o l l i n g p a n e l a r e d i s c u s s e d i n d e t a i l . A t o n e t i m e , m e c h a n i s m o
9、 f t h e g e n e r a t i o n o f s u p e r c a p a c i t o r s c h a r g i n g a n d d i s c h a r g i n g i s p a rt i c u l a r l y a n a l y z e d . A n d t h e m e t h o d o # c o m p e n s a t i o n i s p r o p o s e d f o r t h e d i ff e r e n c e o f c h a r g i n g a n d d i s c h a r g i n
10、 g f o r u s i n g t h e o n l i n e l e a r n i n g . I n a d d i t i o n , t h e p r o g r a m m i n g o f p r o g r a m m a b l e l o g i c d e v i c e s - G A L , P L C a n d p r o g r a m m a b l e c o n t r o l p a n e l i s i n t r o d u c e d . A n d t h e f r a m e s o f s o m e i m p o r t
11、 a n t p r o g r a m s a n d p a r t o f o r i g i n a l p r o g r a m c o d e a r e p r o v i d e d . A t p r e s e n t , t h e s p o t d e b u g g i n g a n d r u n - t i m e t e s t s o f t h e d e s i g n e d p r a c t i c a l s y s t e m a r e a c h i e v e d . T h e p e r f o r m a n c e o f r
12、 u n - t i m e t e s t i n a c t u a l c i r c u m s t a n c e i n d i c a t e s t h a t t h i s d e s i g n p r o j e c t o f s y s t e m i s a d v a n c e d a n d f e a s i b l e , a n d t h e s y s t e m r u n n i n g i s s t a b l e . K e y w o r d s S u p e r c a p a c i t o r ; O n l i n e m a
13、 i n t e n a n c e ; P L C ; P r o g r a m m a b l e c o n t r o l p a n e l . t I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第1 章 绪论 1 . 1 课题背景 近十几年来，世界范围内，特别是几个发达国家， 针对蓄电池这种化学二 次电源在实际使用中所表现的窄脉冲输出功率、低压特性及使用寿命方面的缺 陷，积极的研究和开发一种旨在弥补蓄电池的上述不足，物理储能的二次电 源 容量电容器， 有些国 家称作超级电 容器川 。 在使用超级电 容器组时， 需要对其进行自 动在线维护。国内现有许多种蓄 电池的在线维护系统和智能检测仪
14、， 但超级电容器不同于普通的蓄电池，具有 很多自 身特点，原有的蓄电 池在线维护系统和智能检测仪无法应用，因此，研 究一种针对超级电 容器的自 动维护系统就显得十分重要。 1 . 2 课题来源、研究目的及意义 本课题来源于与合作公司联合制作的“ 电力平衡系统超级电容器均压装 置” 实际研发项目 。主要目 的是研制出一套超级电容器在线自 动维护系统， 针 对超级电容器大电流、高压等实际情况，实现电容系统状态实时检测、均压、 保护等自动维护功能。 超级电容器 ( 又称电化学电容器、电双层电容器)是一种介于传统电容器 和电池之间的新型储能元件，属新一代绿色能源。它的性能介于普通电容器和 充电电池之间
15、，在较宽的温度范围内 ( - 4 0一6 0 0 C )工作，可以在大电流 0 00 年 G 月 确 哈尔滨T业大学工学硕上学位论文 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 超级电容器在线自动维护系统研究系本人在哈尔滨工业大学攻读硕 士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨1 _ 业人学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈 尔f宾 业大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送 交沦文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨土业大 学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部 分内容。 保
16、密口，在年解密后适用本授权书。 木学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打 “J ) 作 者 签 名 : 瑟2 扮 导 师 签 名 : 两肯 日 期 : ; W o 年 6 月 汤 日 期 :2, 0 年 卿日 哈尔滨工业大学工学硕十 学位论文 致谢 在论文完成之际，向我的导师何平教授表示深深的敬意! 本论文是在何老师的悉心指导下完成的，导师对学科前沿和研究方向的敏 锐洞察和正确把握，是我能够顺利进行课题研究的基础。导师的广博学识、严 谨治学态度，以及不懈努力、锐意进取、诲人不倦的精神品质令我难以忘怀。 导师高尚的敬业精神和平易近人的作风，使我深刻地认识到了作为一名科研人 员所应该具有的素质和品德，为我以后步入工作岗位奠定了基础。 感谢本实验室的 所有同学，与他们的密切合作和富有启发性的讨论是完成 本论文不可缺少的。特别感谢尤志毅同学在 G A L编程方面给我的帮助和支 持，以及王加鑫同学在电路板设计上给我的帮助。 感谢他们各种富有创新性的 建议以及给我无私的帮助，和他
