用于储能系统的梯次利用锂电池组均衡策略设计

以北京奥运会纯电动大巴车用淘汰锰酸锂电池为研究对象,在研究车用淘汰电池容量和内阻特性的基础上,分析其梯次利用于电池储能系统可能带来的更严重的电池组一致性问题。结合电池一致性评价方法,分析了基于电池组容量利用率的均衡判据。针对电池储能系统削峰填谷的应用特点,提出了以电池组容量利用最大化为目标的在线均衡策略。最后,设计了电池组充电均衡电路并搭建了电池组均衡测试平台进行实验,验证了在线均衡系统及控制策略的可行性和可靠性。     

集装箱式储能系统用梯次利用锂电池组的一致性管理研究

在介绍梯次利用电池在储能应用所面临的战略机遇的基础上,针对影响梯次利用电池应用过程中最关键的一致性问题进行了深入研究:根据梯次利用电池的一致性特点,采用独特共用母线的主动均衡设计实现任意2个电池间能量的转移,提出了基于电源总线平衡的多因素综合评价分析均衡策略,以此改善梯次利用电池组的能量利用率低、一致性差等问题,可延长了电池组的使用寿命,具有均衡效果明显、应用范围广等特点;并设计了一套标准集装箱式梯次利用电池储能系统集成方案,为动力电池退役后规模化应用于储能系统提供了重要参考。     

改进型逻辑门限混合储能系统控制策略研究

针对由启动电池和动力电池构成的电动汽车储能系统,利用启动电池功率密度高的特点与动力电池组结合构成混合储能系统作为负载的供电单元,为避免动力电池组长时间大电流放电和延长动力电池组寿命,设计改进型逻辑门限混合储能控制策略,改善混合储能系统内部能量均衡,并能有效提高储能系统电池使用效率。仿真比较了常规逻辑门限控制策略和改进型逻辑门限控制策略的差异,并进一步通过实验验证改进型逻辑门限控制策略的可行性。结果表明,改进型逻辑门限控制策略能够更好地改善动力电池组输出电流大的问题,并很好地实现了动力电池组和启动电池组的能量均衡。     

高压直挂储能功率变换技术与世界首例应用

从拓扑、控制、设计、实验验证到工程应用,全面论证与评估无变压器直挂电网的链式储能功率变换关键技术问题。提出应对电网电压不平衡、模块故障以及相间电池组均衡的统一零序电压算法及综合集成控制策略,探讨模块间共模电流抑制及电池侧二次脉动电流的平抑问题,研发3相、每相20链节的低压模拟样机,对控制策略进行了全面验证。提出链式储能功率变换系统的优化设计方法,设计并研发了10kV/2MW/2MW×h的大容量链式储能功率变换系统,在国家863计划的支持下,于2014年在深圳宝清储能电站进行了世界首例工程示范应用,目前已经安全运行4年,积累了丰富的运行数据与经验,为链式储能功率变换技术的推广应用奠定了基础。     

基于隔离型半桥变换器的退役电池组均衡方法

在梯次电池储能应用中,梯次电池间存在的较大不一致性使得电池组在充放电过程中更容易出现过充和过放现象,限制了电池组整体的可用容量甚至造成安全隐患。针对该问题,本文提出了一种基于隔离型双半桥DC-DC变换器的有源均衡电路。该均衡电路由N+5个开关(N为电池数目)构成的开关阵列和隔离型双半桥DC-DC变换器构成,保证了电路的灵活性。在主电路工作原理分析的基础上,进一步提出了一种基于SOC的分状态均衡控制策略,在电池组充电、放电和静置三种不同状态下,采用对应的均衡策略实现电池组能量平衡。最后对5节串联锂离子电池进行了均衡实验,实验结果表明相比不使用均衡器的电池组,该方法在静置、充电、放电状态下分别提升了12%,9.9%,17.5%的可用容量,证明了该方法的可行性及有效性。     

基于半桥级联的电池柔性成组储能系统及控制策略

针对退运电池梯次利用,建立了基于半桥级联型拓扑的电池柔性成组储能系统架构,并提出了与之相适应的控制策略。储能拓扑采用半桥级联的方式实现高压输出,模块间采用无主从独立控制,具有模块化设计、结构简单、等效开关频率高、控制简单等优点。根据储能系统需求,模块采用基于下垂控制的电流控制策略,由上位机统一指令,各模块独立执行,解决了传统直接电流控制由于采样误差造成的系统难以正常工作的问题。该文进行了理论分析和仿真验证,并搭建了三模块级联实验平台,验证了基于下垂控制的电流控制策略的可行性,实现了功率控制及模块间均衡控制,所建储能系统适用于梯次电池利用。     

基于模糊逻辑控制器的液态金属电池组两级均衡系统

液态金属电池是面向电网大规模储能应用近年发展起来的一类低成本、长寿命的新型储能电池技术。电池均衡管理是电池组安全、高效运行的基本保障,该文针对液态金属电池低电压、大电流特性,设计基于电感和变压器的两级混合均衡系统。通过MATLAB/Simulink平台搭建液态金属电池模型以及电池组均衡系统仿真模型。在采用基于荷电状态(stateofcharge,So C)的均衡控制策略中引入模糊逻辑控制器,提高了电池组的均衡效率。经过在静置工况和动态工况下仿真表明所提出的均衡方案能够有效改善电池组的不一致性,提高电池组的可用容量。另外,在静置工况下与单级均衡电路相比,所提出的均衡方案均衡时间缩短了91.6%。     

考虑铅炭电池组一致性的储能系统功率控制策略

针对储能系统不规则充放电导致的电池组一致性变差及单体电池过充/过放问题,研究铅炭电池组一致性变化规律,提出考虑电池组一致性的储能系统功率控制策略。采用包含储能电池组、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电网并网示范平台的实测数据对所提功率控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效降低电池组荷电状态(SOC)变化范围,提升电池健康状态,提高电池组一致性,减少过放电池数量,增强储能系统双向调节能力。     

链式储能系统电池侧二次脉动功率的抑制方法

链式变换器的电路结构适合应用于电池储能领域,然而单相变换器的本质决定了电池组与电网能量交换时有二次脉动功率,这将危害电池组的寿命。为了抑制传统链式储能系统电池侧的二次脉动功率,在电池与链式变换器之间插入一级双向升降压变换器,构成双级链式变换器。本文对比分析了传统单级链式与双级链式变换器在电池侧的功率脉动情况,提出双级链式变换器的控制策略,通过控制中间直流电容的电压纹波缓冲电池侧的功率脉动。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

链式储能变流器在电网不平衡时的控制研究

链式电池储能变流器接入不平衡电网时,为了控制网侧各相电流对称,变流器各相储能电池簇与电网交换的有功功率不相等,这会造成储能系统各相储能电池簇荷电状态不均衡.研究了链式储能变流器在电网电压不平衡时的控制策略和采用零序电压注入的各相电池簇荷电状态均衡控制方法.通过仿真验证了控制策略的有效性.     

高压大容量储能变流器电池组平衡控制策略

容量储能设备的储能单元通常由大量电池组通过串并联方式获得,由于各电池组的参数差异很难保证每个电池组按照一致的充放电曲线工作,极易造成单电池组的过充过放等现象,降低储能设备的寿命与性能。针对上述问题提出一种级联H桥储能变流器电池组平衡控制策略,本文首先解释了级联H桥储能变流器的工作原理与内部能量传递方式,其次通过每个电池组当前荷电状态与平均的充放电曲线来求取各个电池组工作状态与子模块电容电压指令值,配合排序算法与最近电平逼近法实现子模块电容电压稳定并令系统内N-1个电池组按照平均电曲线工作（N为H桥子模块个数）,最后通过Matlab/Simulation仿真平台验证了该控制算法的可行性。     

基于退役动力电池储能的光储微网系统

锂电池作为光储微网的储能电池,能够提高光伏发电系统的稳定性,改善电能质量,但成本高昂。将电动汽车的退役动力锂电池用于光储微网的储能单元,不仅可以降低投资成本,还可以缓解大批量电池进入回收阶段的压力。首先基于锂电池的工作原理,构建了退役动力锂电池的等效电路模型。接着建立了储能变流器和多重双向DC/DC变换器级联拓扑,储能变流器采用电压外环、电流内环的双闭环策略,稳定直流母线的电压;多重双向DC/DC变换器采用以电池组的荷电状态(SOC)为约束条件的双闭环控制策略,平抑光伏发电系统的功率波动。最后搭建了基于退役锂电池储能的光储微网系统,验证了控制策略的有效性。     

一种双超级电容倍压式串联蓄电池系统并行均衡器

传统电容式串行均衡器利用串联单体蓄电池间的电压差实现单体蓄电池间的串行均衡,由于串联单体蓄电池之间电压差小,该均衡器能量均衡效率低、均衡速度慢.为此,提出一种双超级电容倍压式串联蓄电池系统并行均衡器,该均衡器具有以下2种工作模式:多个单体蓄电池并行均衡放电的双超级电容并联储能、多个单体蓄电池并行均衡充电的双超级电容串联释能.所提出的并行均衡策略能够极大地提高均衡速度,同时双电容使电容均衡的储能能力加倍,且均衡性能不受单体蓄电池间电压差小的限制.详细介绍了均衡器结构、工作原理和控制策略.搭建了4个串联锂离子蓄电池均衡器实验平台并设计了样机进行实验,结果证明了所提均衡器的可行性与优越性.     

注入无功功率的链式电池储能系统荷电状态均衡控制策略

针对链式电池储能系统相内电池组荷电状态(SOC)不均衡问题,分析了单位功率因数下均衡控制策略在SOC极度不均衡时导致过调制的边界条件,并提出了一种注入无功功率的新型相内SOC均衡控制策略。通过在各H桥调制信号中叠加有功和无功电压分量,重新分配有功和无功功率,保证SOC处于极端状态的电池组主要进行有功功率交换,其余电池组主要进行无功功率交换,实现极端模块调制比有效降低,非极端模块调制比略有增长,避免过调制。与单位功率因数均衡控制策略相比,该策略通过控制功率因数角充分协调各模块调制比,可以在各电池组SOC差异更大的情况下实现均衡控制,扩大适用范围。仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

基于电池电流前馈控制策略的两级式双向储能变流器控制

当下储能发展的速度以及多样性催生了多种不同电压等级的储能电池,所以能适应不同电压等级电池组的双向储能并网系统是当下分布式发电发展的关键,而由于直流的DC/DC变流器具有升压功能,所以将直流斩波与逆变背靠背设计能够满足此条件,但是由于在电池充放电过程中直流母线电压存在严重暂态波动,严重降低了储能系统的稳定性。为此本文针对背靠背的储能变流控制系统在充放电过程中所出现的暂态性提出一种基于电池参考电流前馈补偿控制策略,并采用不同电压等级的电池接入系统进行仿真验证。     

退役动力电池一致性评估及均衡策略研究

电池梯次利用是处理动力电池庞大退役量的有效手段之一。针对退役电池梯次利用过程中分选技术进行研究,主要从退役电池SOC关键参数分布特性以及退役电池一致性控制策略分析两方面展开。提出主动被动协同均衡策略考虑电池参数的相关性,弥补了单一均衡方式的不足。同时提高充放电均衡控制的可靠性,实现了均衡效率的最优化。分析退役动力电池荷电状态数学模型,涵盖不同类型的退役动力电池的荷电状态。并进一步对退役动力电池储能系统荷电状态控制策略进行研究。基于主动被动协同均衡策略,分析多组退役电池储能单元的SOC一致性,为完善退役电池梯次利用一致性分选技术有所助益。     

电动汽车锂离子电池组均衡管理系统设计

介绍了一种电动汽车锂离子电池组均衡管理系统及控制方法。均衡拓扑为双向DC/DC集中式有源无损均衡,利用超级电容器组构成外部能量过渡装置,通过控制双向DC/DC对电池组中的单体电池进行低充高放的均衡。系统以电压、电量均衡为目标,利用电池的充、放电曲线估算使不均衡单体回到组内平均水平所需的时间,通过逐次逼近的方法进行均衡。实验结果说明了系统的有效性和可靠性。该均衡管理系统的均衡效果良好,有利于延长电池组的使用寿命。     

一种大规模蓄电池储能系统多目标并行有源能量均衡器

针对大规模锂离子蓄电池储能系统,提出具有两层均衡的模块化多目标并行有源能量均衡器.第一层均衡以蓄电池单元作为均衡目标,蓄电池单元内主控开关采用带死区互补导通控制,所有蓄电池单元可同时工作,均衡速度快且不受串联单体蓄电池数量的影响.第二层均衡由多组选通矩阵和一个具有能量双向且连续的有源均衡主电路组成,通过选通矩阵可并行实...