基于STM32F103RCT6无线充电电路的设计与研究

摘要：随着手机的普及、电动汽车和无线电技术的不断发展,电子产品也越来越丰富。对各种电池的充电速度和工作时间提出越来越高的要求。由于目前电池的电量工作时间较短、快速充电、远距离充电等问题不能解决,从而给人们的生活带来了极大的不便,特别限制了电动汽车工业的发展。所以针对电池的充电问题,本文设计了一款电磁谐振式无线充电器。该充电器采用STM32超低功耗单片机作为无线充电电路的主控制器,通过对发射信号频率的控制,使处于异地的输出电路工作在谐振状态,实现最大功率无线传送,接收端线圈输出再经过整流、稳压、滤波后输出+5V电压,最终经过智能控制电路给便携式设备中的锂电池充电。并通过指示灯显示电池是否正在充电、充满、电池反接和电源欠压等状态。该设计的充电设备具有使用灵活、方便、工作可靠,电能利用率高,无线充电距离远等特点,同时具有过压、过流保护,具有广泛的应用价值。     

MV级Marx发生器恒流充电过程分析

设计了一种输出电压为4 MV的超前触发型Marx发生器,为了进一步优化采用电阻充电的Marx发生器输出特性,提高系统的充电效率并且减小级间充电电压不均匀性,对Marx发生器恒流充电过程进行了解析求解。结果表明:各级间充电电压差为与充电电阻、电容和充电速率成正比,与时间无关的定值,充电时间越长电压效率越高,且与电压变化率无关 。该结论具有普遍适用性。结合我们设计的4 MV超前触发型Marx发生器回路,利用PSpice对Marx发生器的恒流充电过程进行了模拟,得到了自洽的结果,并且与恒压充电进行了对比。当充电电阻为10 k,各级电容为400 nF,充电速率为10 kV/s时,恒流充电能量效率达到90%,约为恒压充电能量效率的2倍,充电时间为恒压充电的1/3。     

爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电的理论分析

 将爆磁压缩等效为电流源的方法，对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了理论分析，得出爆磁压缩发生器在负载上产生电流波形（简称负载电流）为直线情况和任意电流波形情况下充电电流和充电电压的表达式。分析表明变压器耦合互感与负载电流随时间变化增长率是脉冲形成线充电的两个重要参数，脉冲形成线第一个充电电压峰值与变压器的耦合互感和负载电流波形斜率成正比，负载电流波形斜率的变化可以改变充电电压峰值的时间，斜率不断增加可以延长第一个充电电压峰值时间，从而可能增加充电电压的幅值，提高爆磁压缩发生器能量的利用效率。     

基于DISLab电容充电法速度的测量

将物体通过一小段距离的时间,转换成用此过程对电容两端的充电电压来描述,而电容的充电电压可用DISLab电压传感器采集,再经反相推导,把电压量转换成时间量.根据v=s/t,即可测量物体的速度.实验表明,这种电容充电法测得的速度与传统光电门法所测的速度相一致.     

充电不均匀对脉冲形成系统输出方波脉冲平顶的影响

在对脉冲形成线进行充电时,由于充电时间较短,以及形成线具有一定的长度,往往会使得充电电压在脉冲形成线上存在一定的不均匀性,从而影响到负载输出电压。对此进行了理论和模拟研究,分析了引起充电不均匀的原因和机制;在此基础上,通过求解不均匀充电初始条件下的电报方程,得到负载输出电压,并进行了模拟。结果表明,充电不均匀会引起负载输出电压平顶的起伏。     

μs级负充电时不同体积分数去离子水与乙二醇混合液电性能的实验研究

 以去离子水与乙二醇的混合液（体积分数分别为36.5%,48.7%,59.0%及71.2%，以下简称混合液）作为同轴传输线的绝缘介质，进行了μs级高电压负充电条件下的正电极击穿实验，研究了混合液的击穿电压、击穿时间、相对介电常数及电阻率与体积分数的关系。实验结果表明：在充电电压为20kV时，71.2%的混合液比36.5%的混合液的平均击穿电压提高25.1%，平均击穿时间延长10.49%，而相对介电常数减小868%。同时，随着充电时间的缩短，混合液的击穿电压提高。     

车载智能充电器的设计与实现

设计一款车载智能充电器,根据电池容量、当前电压值及电池温度调节充电电流、充电电压及充电时间;并通过充电器闭环拓扑反馈系统实时评估电池状态、对充电流程及模式进行动态调整,确保充电最优化及效率最大化。文章根据车载电池使用说明及充电需求,提出一种智能充电流程,并重新设计工作模式与功能,对充电器的软件及硬件系统进行探索开发。实验结果表明智能充电器不仅可提高充电效率,对电池的寿命维护及安全使用都有巨大改善。     

发光二极管放电实验现象分析

利用直流电源对发光二极管(LED)的结电容充电,切断直流电源后对LED的电压-时间特性进行测量。当充电电压低于LED复合发光的门槛电压,LED的电压-时间特性与普通二极管的相似。当充电电压高于LED复合发光的门槛电压,首次观察到:开始放电的瞬间会出现一个快速下降过程,快速下降到门槛电压以下;LED上的电压越高,快速下降到的电压越低。对该现象进行分析,得到一些新的结论。当LED的正偏电压高于复合发光的门槛电压后,出现了注入到扩散区的非平衡载流子随正偏电压的提高而减小的现象,即dQ/du<0。     

微型爆炸箔设计参数对电爆特性的影响北大核心CSCD

通过实验,研究了充电电压、爆炸箔尺寸、绝缘膜覆盖情况等因素对微型爆炸箔电爆炸特性的影响。结果表明,当回路参数一定时,爆炸箔的爆炸时间主要由充电电压和爆炸箔的横截面积决定,充电电压越高或者爆炸箔的横截面积越小,爆炸时间越短;而爆炸箔长度以及绝缘膜覆盖情况对爆炸箔爆炸时间的影响较小。此外,实验还给出了微型铜箔横截面积为100~600μm^2时的电压起爆阈值,能够为以微型爆炸箔作为导通元件的平面介质开关的优化设计提供参考。     

双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应

空间等离子体在有些情形下,并非单麦克斯韦分布,而是双麦克斯韦分布。为了研究双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应,基于等离子体动理学理论,建立表面充电平衡方程,综合考虑双麦克斯韦分布等离子体的粒子参数、航天器的单位电容、二次电子发射及光照等因素,得出了双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面充电电位的计算表达式,给出了表面充电电位随时间的变化规律。研究结果表明:当等离子体为双麦克斯韦分布时,航天器表面充电电位低于单麦克斯韦分布等离子体环境下的表面充电电位,单麦克斯韦分布的等离子体假设会过高估计航天器表面的充电效应;双麦克斯韦分布的第二分布函数中,对最终的表面充电平衡电位影响较大的主要是离子成分;双麦克斯韦分布等离子体的粒子数密度或温度越高,则表面充电达到平衡所需的时间越长;单位电容仅影响表面充电电位达到稳定所需的时间,对最终的充电平衡电位值影响不大。     

基于DSP的电动汽车锂电池荷电状态估算的研究与实现

锂电池荷电状态(SOC)的准确估算是电动汽车能源管理的关键技术。为了提高锂电池SOC的估算精度,将无迹卡尔曼滤波(UKF)应用于锂电池SOC估算,以减小拓展卡尔曼滤波(EKF)简单线性化带来的误差。搭建电池检测系统的硬件平台,以TMS320F28335型数字信号处理器(DSP)为主控芯片(MCU),实现电压、电流、温度的检测及UKF算法,并设计了相关的电池测试实验。实验结果表明,UKF可以实时估算锂电池SOC,估算误差在4%以内,高于传统的拓展卡尔曼滤波(EKF)。     

基于遗传算法的锂离子电池等效电路参数识别

结合锂离子电池双极性等效电路模型提出了一种基于遗传算法的参数识别方法,该方法通过指数函数对电路模型中的电阻、电容、恒压源等元件进行有理逼近,根据电池在不同充放电速率下的输出电压特性数据,通过实数编码遗传算法得到最优的函数参数,从而得到最优的电阻、电容,开路电压等电路参数值,针对电池在不同的工作状态,不同的工作参数下的运行数据,系列仿真和实验结果表明该算法原理简明,收敛较快,辨识得到的最优模型其电压输出特性与电池的实际电压输出特性基本吻合,能较精确的反映电池的实际特性,具有较高的辨识精度。     

锂离子电池多尺度数值模型的应用现状及发展前景

锂离子电池是一种较为复杂的电化学系统, 其涵盖质量传递、电荷传递、热量传递以及多种电化学反应等物理化学过程. 其不仅物理尺度跨越大, 从微观活性颗粒、极片、电芯跨越到电池模组, 还面临着成组配对以及均衡性的问题, 这些问题加剧了电池设计和性能综合评估的难度. 通过计算机数值仿真技术, 建立数学模型, 全面和系统地捕捉电池工作过程各物理场的相互作用机理, 分析其演化规律, 能够为优化电池系统设计提供理论支撑. 本文对锂离子电池的数值模型研究进展和发展趋势进行了综述. 同时对主要理论模型进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在, 这些对锂离子电池多尺度数值模型的理论研究和工程应用都具有指导性的意义.     

Properties of Mott contacts with an ultralow metal-semiconductor barrier

The current-voltage and capacitance characteristics of Mott contacts with an ultralow metal-semiconductor barrier are investigated. The analysis is based on the analytical solution of the Poisson equation for the space charge of carriers in the “metal-i-layer-n ⁺-substrate” structure without regard for bulk doping of the i layer. For contacts with ultralow metal-semiconductor barriers (comparable in magnitude to the thermal energy of charge carries), it is demonstrated that the reverse current becomes greater than the forward current, the sign of rectification is reversed, and the capacitance of the contact acquires a strong dependence on the voltage. This means that the mechanism of nonlinearity of the structure changes and the nonlinearity governed by charge carriers injected into the i layer becomes dominant. In a specific range of bias voltages close to zero, the differential resistance and the capacitance of the structure exponentially increase with increasing voltage. The observed behavior is not typical of conventional metal-semiconductor contacts. The obtained dependences of the electric current and capacitance on the voltage determine the characteristics of new advanced instruments, in particular, highly sensitive microwave detectors operating without a bias voltage.     

Effect of incidence angle on the electrical parameters of vertical parallel junction silicon solar cell under frequency domain

The effect of incidence angle on the electrical parameters of vertical parallel silicon solar cell under frequency domain was theoretically analyzed. Based on the diffusion-recombination equation, the expression of excess minority carrier density in the base was established according to the modulation frequency and the illumination incidence angle. The excess minority carrier density, the photocurrent density, the photo voltage, series resistance, shunt resistance, electric power and the space charge region capacitance were calculated and plotted. The objective of this work was to show the effects of solar cell modulation frequency and the illumination incidence angle on these electrical parameters, electric power and space charge region capacitance. Plots of solar cell’s electric power with the junction recombination velocity gave the maximum solar cell’s electric power; Pm. Influence of various parameters of incidence angles on the solar cell’s electric power was also studied.     

兰姆波锂电池极化电压优化实验*

为了降低极化对电池的影响,应用兰姆波技术对锂电池进行优化极化电压的实验。结合二阶电路模型,计算锂电池的极化电压,分析极化电压随各影响因素的变化关系。实验结果表明：当兰姆波的激发频率一定时,极化电压优化幅值随加在压电陶瓷两端的激发电压的增大而增大,呈线性变化;当兰姆波的激发电压保持不变时,极化电压优化幅值与加在压电陶瓷两端的激发频率不成线性关系,而是在某一共振激发频率内达到最优。     

纳米颗粒的表面效应和电极颗粒间挤压作用对锂离子电池电压迟滞的影响

硅作为锂离子电池电极材料之一,其应力效应尤为突出,进而将影响电池性能.本文建立了电化学反应-扩散-应力全耦合模型,并研究了恒压充放电条件下扩散诱导应力、表面效应和颗粒间挤压作用对电压迟滞的影响.结果发现,应力及其导致的电压迟滞程度与颗粒尺寸相关.在大颗粒(颗粒半径r 100 nm)中,扩散诱导应力是导致电势迟滞效应的主要因素,这将导致电池能量耗散.对于纳米级小颗粒(r 100 nm)而言,表面效应占据主导,表面效应虽然能缓解电压迟滞,同时却会使驱动电化学反应部分的过电势回线下移,造成锂化容量衰减.本文综合考虑了扩散诱导应力和表面效应,得出:半径为10 nm的颗粒将会使电极具备较好的综合性能.此外,对于硅电极而言,颗粒间挤压作用会使应力回线向压应力状态演化,进而导致锂化容量的衰减.计算结果表明,在电极设计中,对孔隙率设定下限值有助于提升电极性能.     

Oxidation process of polysulfides in charge process for lithium�Csulfur batteries

The oxidation of polysulfides to element sulfur in charge process was studied by solution thermodynamic analysis and means of cyclic voltammetry (CV), X-ray diffraction (XRD), and charge?Cdischarge test. Basing on the solution thermodynamic analysis, the oxidation process of polysulfides to element sulfur would arise only if the charge voltage exceeds 3.36 V in a lithium?Csulfur cell employing 1.0 M LiN(CF₃SO₂)₂ in 1,2-dimethoxy ethane. Furthermore, the minimum of charge voltage which can push the oxidation would fall down with the increasing solubility of elemental sulfur in electrolyte solution. These analyses were confirmed by practical measurements. One new anodic peak corresponding to the oxidation process of polysulfides to solid sulfur was observed by CV. Both XRD patterns and charge?Cdischarge test showed that the element sulfur appeared in the cathode after the battery was charged over 3.4 V. Hence, the lithium?Csulfur cell charged over 3.4 V exhibited an improved cycle life since the capacity degradation between the first cycle and the second was depressed. In order to improve the energy efficiency, carbon disulfide was added in the electrolyte solution of lithium?Csulfur cell to increase the solubility of sulfur.     

Low-voltage antimony-doped SnO₂ nanowire transparent transistors gated by microporous SiO₂-based proton conductors

A battery drivable low-voltage transparent lightly antimony(Sb)-doped SnO 2 nanowire electric-double-layer(EDL) field-effect transistor(FET) is fabricated on an ITO glass substrate at room temperature.An ultralow operation voltage of 1 V is obtained on account of an untralarge specific gate capacitance(～2.14 μF/cm 2) directly bound up with mobile ions-induced EDL(sandwiched between the top and bottom electrodes) effect.The transparent FET shows excellent electric characteristics with a field-effect mobility of 54.43 cm 2 /V · s,current on/off ration of 2 × 10 4,and subthreshold gate voltage swing(S = dV gs /d(log I ds)) of 140 mV/decade.The threshold voltage V th(0.1 V) is estimated which indicates that the SnO 2 namowire transistor operates in an n-type enhanced mode.Such a low-voltage transparent nanowire transistor gated by a microporous SiO 2-based solid electrolyte is very promising for battery-powered portable nanoscale sensors.     

考虑内阻时变特性的电池状态估计方法

针对锂离子电池欧姆内阻随温度变化情况,提出了一种考虑内阻时变特性的两步无迹H∞滤波锂电池状态估计方法。首先,对锂电池和内阻抗进行分开建模,在电池Thevenin模型的基础上构建内阻抗预测模型,实时修正模型参量;接着,将无迹变换嵌入到扩展H∞滤波中,降低测量噪声对估计精度的扰动,从而提高电池荷电状态的估计精度。最后,在实验室环境下对电池进行充放电实验,分别针对降温和升温情况下的内阻值及电池端电压的估计进行了详细的实验分析,同传统方法相比,本文方法具有较高的估计精度。