Сравнительный анализ способов заряда и моделирование системы заряда NiMH-аккумуляторов в различных режимах

Закомлистов, Игорь Викторович Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Целю данной работы является исследование капельного заряда NiMH аккумулятора и методов детектирования окончания процесса заряда.
Задачи поставленные при выполнении работы: анализ существующих методов заряда, синтез модифицированного метода заряда, проектирование и создание стенда для проведения исследование.
При проведении исследования использовались следующие методы: изучение и анализ литературы по данной тематике, эксперимент, математическое моделирование.
Объектом исследования данной выпускной работы является процесс заряда NiMh аккумулятора.

Реферат ………………………………………………………………………………………………………… 1

Оглавление …………………………………………………………………………………………………. 13

Введение …………………………………………………………………………………………………….. 15

Обзор литературы ……………………………………………………………………………………….. 17

Объект и методы исследования …………………………………………………………………… 19

1. Обзор основных теоретических сведений об аккумуляторах ……………………. 20

2. Исследование математических моделей систем заряда аккумуляторов …….. 22

3. Проведение исследования и создание исследовательского стенда ……………. 33

Исследовательский стенд …………………………………………………………………………. 33
Результаты……………………………………………………………………………………………….. 36

4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ….. 37

4.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………….. 38
4.1.1 FAST анализ………………………………………………………………………………….. 40
4.1.2 Диаграмма Исикавы ………………………………………………………………………. 45
4.1.3 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………… 47
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………………… 48
4.2 Инициация проекта …………………………………………………………………………….. 49
4.3 Организационная структура проекта. ………………………………………………….. 50
4.4 планирование управления научно-техническим проектом …………………… 52
4.4.1 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ……………………….. 58
4.4.2 Расчет материальных затрат НТИ ………………………………………………….. 58
4.4.3 Основная заработная плата исполнителей работы ………………………….. 59
4.4.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………. 60
4.4.5 Накладные расходы ………………………………………………………………………. 61
4.4.6 Реестр рисков проекта …………………………………………………………………… 62
4.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования …………………….. 64

5 Социальная ответвенность ……………………………………………………………………….. 67

5.1 Производственная безопасность………………………………………………………….. 67
5.1.1 Анализ выявленных вредных факторов при разработке и эксплуатации
проектируемого решения. ……………………………………………………………………… 67
5.1.2 Анализ выявленных опасных факторов при разработке и эксплуатации
проектируемого решения. ……………………………………………………………………… 73
5.2 Экологическая безопасность:………………………………………………………………. 76
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях:……………………………………………. 77
Вывод по разделу социальная ответственность …………………………………………. 80

Заключение…………………………………………………………………………………………………. 81

Список литературы……………………………………………………………………………………… 82

Приложение А…………………………………………………………………………………………….. 84

Приложение Б …………………………………………………………………………………………….. 97

Приложение В …………………………………………………………………………………………….. 98

Приложение Г …………………………………………………………………………………………….. 99

Приложение Д …………………………………………………………………………………………… 100

Приложение Ж ………………………………………………………………………………………….. 101

В данной исследовательской работе представлена разработка измененного
алгоритма заряда NiMH аккумуляторов, реализованного на платформе Arduino
UNO.
В последние годы все острее встает вопрос усовершенствования
мобильных источников энергии, этот вопрос как глобальный, так и
повседневный.
С каждым годом увеличивается использование аккумуляторных батарей
больших емкостей. На сегодняшний день эксплуатируется более 2 миллионов
электромобилей. По расчётам Международного энергетического агентства, если
человечество пойдёт по пути выполнения решений Парижского соглашения по
климату, к 2030 году на земле будет уже 140 млн электрических машин. Такой
рост приведёт к тому, что до того же 2030 года электромобили «произведут» 11
млн тонн отходов в форме использованных литий-ионных батарей [1].
К сожалению, все аккумуляторы со временем выходят из строя. В Европе
на сегодняшний день перерабатывается всего лишь 5% таких батарей [1]. Это
приводит к высоким рискам загрязнения окружающей среды. При повреждении
аккумуляторов выделяются токсичные элементы и газы, а также существуют
другие экологические проблемы, связанные с утилизацией аккумуляторов.
Следовательно, человечество должно более эффективно использовать
аккумуляторы. А это означает увеличивать срок их службы.
Данная работа направлена на изучение исследование уже существующих
способов заряда и их модификацию. В данной работе будет разработан и
реализован исследовательский стенд, а также специальные программы,
позволяющие работать с ним.
Разработка программных средств для исследования процессов на уровне
контроллеров требует значительного времени от разработчика. Подключение
контроллера к среде высокого уровня позволяет может сократить время
проектирования алгоритма для контроллера. MatLab является удачным
примером мощной специализированной среды для работы с сигналами.
Особенностью канала «Arduino UNO – MatLab» является то, что такты
реального времени задаются не MatLab, а контроллером. Такое построение не
требует компиляции Simulink модели с библиотекой реального времени
(rtwin.tlc), за счет этого становится возможным использовать в модели
практически любые блоки библиотеки Simulink [2].
В этой работе используется среда Simulink для приёма, отображения и
обработки данных контроллера Arduino.
Simulink – это интерактивная среда и язык программирования для
имитационного моделирования, позволяющая при помощи блок-диаграмм
строить динамические модели процессов. Simulink интегрирована в среду
MatLAB. Интеграция позволяет использовать уже готовые библиотеки блоков,
встроенные математические алгоритмы, мощные средства обработки и
графического отображения данных для решения всего спектра задач от
разработки концепции модели до тестирования, проверки, генерации кода и
аппаратной реализации.
Для исследования процессов, проходящих при заряде при помощи Simulink,
в данной работе используются надстройки Embedded Coder позволяющий
генерировать код на языке C и Simulink Support Package for Arduino создавать и
запускать модели Simulink платах Arduino. Пакет поддержки включает
библиотеку блоков Simulink для настройки. Он также позволяет вам
интерактивно отслеживать и настраивать алгоритмы, разработанные в Simulink,
когда они работают на Arduino.
Цель работы: проектирование и разработка устройства для исследования
методов заряда аккумуляторов.
Обзор литературы
При написании данной работы были использованы научная и учебно-
методическая литература, статьи в периодических изданиях, нормативно-
законодательные акты.
Актуальность данной темы раскрывается в статье J. Gardiner приводятся
доводы в пользу важности проблемы производства, эксплуатации и утилизации
аккумуляторов. Так, например, автор утверждает, что при повреждении
аккумуляторов выделяются токсичные элементы и газы, а также существуют
другие экологические проблемы, связанные с утилизацией аккумуляторов.
Следовательно, человечество должно более эффективно использовать
аккумуляторы. А это означает увеличивать срок их службы [1].
Основными источниками, раскрывающими теоретические устройства
аккумуляторов и методы их заряда, явились работы Isidor Buchmann, Д. П.
Чупин, Ходасевич А.Г., Лаврус В., Хрусталев Д. А. Грачев В. Ю. А. Кашкаров,
в данных источниках подробно рассмотрено внутреннее устройство
аккумуляторов, способы их заряда и их различия, а также представлены еще не
решенные проблемы специфичные для данной темы. Isidor Buchmann в своей
работе заявляет, что NiMH аккумуляторы имеют специфические проблемы с
зарядом. Универсальные способы определения степени заряда устройства не
подходят к данному типу аккумуляторов. Поэтому была поставлена цель
раскрыть данную проблему и постараться найти методы ее решения [3, 4, 5, 6,
7].
Из работ I. Buchmann и Л.И. Ридико был сделан вывод о сокращении срока
службы аккумуляторов при использовании капельного заряда. Так, например,
I. Buchmann утверждает, что медленный заряд не применяется, потому что
аккумулятор не терпит перезаряда. Что является дополнительным поводом
найти новый способ определения уровня заряда NiMh аккумуляторов [3, 8].
На основе этих работ и диссертации автора Сюй Синь были составлены
математические модели разных систем заряда аккумуляторов и проведен их
анализ [9].
При помощи публикаций A. Kurniawan, а также инструкциями для
используемого оборудования, был создан исследовательский стенд, который
позволил проверить адекватность математических моделей на реальном
аккумуляторе [10, 11, 2].
Данная область достаточно освещена представленными авторами,
материалы которых успешно использовались при проведении данного
исследования.
Объект и методы исследования
Объектом исследования данной выпускной работы является процесс заряда
NiMh аккумулятора. Данный процесс характеризуется изменениями значений
тока и напряжения. Процесс заряда происходит по заранее заданному алгоритму
при помощи управляющих устройств.

В начале данной работы был проведен анализ выбранной темы и
определенны основные проблемы решаемые при проведении исследования. В
качестве основной проблемы рассматриваемой в данной работе было выбрано
отсутствие достаточно быстрых методов определения уровня заряда NiMh
аккумуляторов. Был сделан литературный анализ научно-технических
публикаций по данной тематике.
Было проведено исследование математических моделей различных
систем заряда, для изучения существующих методов заряда и способа
детектирования окончания заряда. И был сделан вывод: рассмотренный метод
не подходят для детектирования окончания заряда NiMh аккумуляторов.
Для проверки адекватности математических моделей был спроектирован
и реализован исследовательский стенд, позволяющий выполнять процесс
заряда аккумулятора и контролировать ток и напряжения на нем.
Адекватность математических моделей была подтверждена экспериментами с
достаточной точностью.
При решении проблемы заявленной ранее, была выдвинута гипотеза о
линейной зависимости параметров переходной характеристики аккумулятора
и степени его заряда. Для ее проверки была составлена математическая модель
в ПП MatLab Simulink. Она позволила смоделировать процесс заряда NiMh
аккумулятора, при периодическом расчете параметров переходных
характеристик. Это позволило убедиться в существовании положительной
корреляции между параметрами переходной характеристики и степенью
заряда аккумулятора.
Данное исследование может быть применено при разработке систем
автоматического заряда аккумуляторов и аккумуляторных батарей.
Применение результатов этого исследования в таких системах может привести
к увеличению срока службы аккумуляторов, что положительно влияет на
состояние экологии и является фактором повышающим
конкурентоспособность зарядных устройств.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Удаленное управление распределенными объектами с применением WEB-Технологий
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка информационной системы поддержки принятия управленческих решений
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Исследование влияния настроек регулятора Смита на качество регулирования
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Реализация цифрового фильтра на основе сглаживающего штрафного P-сплайна
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Псевдолинейный регулятор для управления объектом второго порядка
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Корневой анализ систем на основе вершинных характеристических полиномов
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)