混合动力汽车用氢镍电池组散热系统研究

以某混合动力汽车用氢镍电池组为研究对象,建立其热模型与三维有限元模型,利用计算流体动力学软件ANS YS CFX对氢镍电池组的流场与温度场进行数值模拟分析,并在混合动力汽车循环工况下进行氢镍电池组的充放电试验。结果表明:仿真分析结果与试验结果具有较好的一致性,动力电池组能够满足混合动力汽车对电池散热性能的要求。     

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。     

基于温度在线预测的氢镍动力电池热管理系统

为确保电池在合理温度范围内高效工作,建立了适合于某深度混合动力汽车氢镍动力电池组结构的温度计算模型,实现了由实际的充放电规律到电池内部温度变化的在线预测。建立的模糊温度控制器,可由模型预测得到内部温度与最佳温度的差值及温升速率,求得冷却风机转速及电池最大允许使用功率,有利于从产热与散热两个角度同时进行温度控制,避免了单方面根据电池表面温度进行风机冷却控制所带来的延迟性、内外温差大、易超温等问题。     

混合动力汽车电池管理系统研究

针对混合动力汽车动力电池包中单体电池性能差异造成的不良影响,研制了氢镍动力电池管理系统。该系统采用多副边电路实现电池组均衡充电。结果表明,该方法能对电池性能的不一致性进行有效补偿,最大限度地发挥动力电池的效用,从而延长了电池组的使用寿命。     

电动汽车车载光伏充电系统设计与实现

针对电动汽车动力电池组长期不能完全充满而影响其使用寿命的问题,设计了一种光伏电池车载充电装置,能够对动力电池组长时间小电流涓流充电以改善其充电状态,同时部分补充电池组能量,延长电动汽车续航里程与使用寿命。采用TMS320F2808 DSP芯片作为控制核心、以BOOST升压变换器作为主电路的硬件设计方案,制定了高性能算法与控制策略,既能完成光伏电池最大输出功率的跟踪,又能提高电池的充电效率。实验结果表明:该装置性能稳定,光伏电池最大输出功率跟踪速度快,稳态误差小,效率高,有很强的实用性。     

动力电池均衡充电控制策略研究

针对动力电池组在使用过程中,由于单体电池的性能差异会在充放电过程中不断增大,最终导致电池组性能急剧下降和循环寿命缩短的问题,分析动力电池组均衡充电控制系统的电路模型,研究电池组快速充电的方法,提出一种能够消除单体电池性能差异对动力电池组循环寿命影响的均衡充电控制策略.该控制策略根据电池组中单体电池的不同状态,通过均衡电路微调单体电池的充电电流,从而实现电池组的快速均衡充电.在72V/120AH铅酸蓄电池组上进行对比充电测试,实验结果证明了该控制策略的有效性.     

风电跟踪调度计划时降低寿命损耗的电池储能分组控制策略

为了解决风电跟踪调度计划过程中电池寿命损耗较高的问题,提出了降低寿命损耗的电池储能分组控制策略。利用设计的基于改进天牛须搜索算法的旋转门算法得到最优压缩偏移量,进而提取风电趋势;将风电场配备的电池储能分为电池组1和电池组2,并将电池组2进一步细分为3个电池簇,在避免充放电能量对冲的条件下根据风电趋势计算两电池组的功率调节指令,并基于此确定两电池组的容量,进而以电池单元的动作次数最少为目标获取3个电池簇的容量;在初始时刻及荷电状态越限时刻对电池单元进行动态分组,并根据电池单元的依次启动方法确定电池组1中电池单元的功率调节指令,基于设计的双层功率分配方法确定电池组2中电池单元的功率调节指令;电池单元在满足运行约束的条件下响应各自的功率调节指令。将所提控制策略与其他控制策略进行仿真对比,结果表明所提控制策略能以更大的程度降低寿命损耗、延长储能的使用寿命。     

氢镍电池组充电控制技术研究

基于氢镍电池本身的特性,分析讨论了如何安全高效地管理氢镍电池组的充电过程.同时针对电池过充问题,提出了用旁路电流来实现涓流充电的思想,从而避免了氢镍电池组由于充电管理不当而造成的使用寿命短、利用效率低等问题.实验结果说明:通过旁路电流来实现涓流的方法,能有效地抑制了温度变化对其充电过程的影响.     

混合动力车用超高功率氢镍电容电池研制

氢镍电池具有安全性好、耐过充电和过放电及低温性能好的优点,非常适合于混合动力电动车的使用,但当前国内的动力氢镍电池性能仍不能完全满足混合动力车的功率需求,尤其是整车制动时能量回馈吸收的大电流充电接受能力不足。通过采用在泡沫镍集流体上覆石墨烯、优化电极的电化学储能与物理储能比例、调整电极的面电流密度、调整隔膜厚度,明显提高了电池的输入输出功率。模拟工况和实车试用结果表明,新开发氢镍电容电池电源系统能更好地满足混合动力车启动、刹车和爬坡时对瞬时高功率和持续辅助功率支持的工况需求,明显降低了整车油耗及排放。     

锂离子电池组能量均衡研究

针对锂离子电池使用过程中的能量不均衡现象,提出了结构简单、不受电池数量限制且易于模块化的能量均衡方法。通过Simulink仿真,验证了该方法的正确性和可行性,并根据需要均衡的电池数量和DC-DC变换器的效率关系,讨论了电池组能量均衡的控制策略,从而得出能量均衡的条件。试验证明,提出的能量均衡方法能很好地减少电池组中各电池的不一致性,实现整个电池组能量输出最大化。     

并网能量回收动力电池组测试系统拓扑及其控制

针对电动汽车用动力电池组测试系统的特点和性能要求,首先提出了一种具备电池放电能量回收再利用的动力电池组测试系统拓扑,该改进功率主电路拓扑由一组双向三相电压源型逆变/整流器和一组双向非隔离升降压斩波器并联成,然后围绕着该组合功率变换主电路分别给出了一种电流内环前馈解耦控制方法。实验结果表明该方案可以在满足高精度、全范围、快速性动力电池组测试要求的同时将放电能量回馈到电网,实现了放电能量的有效回收,具有重要的意义。     

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。     

真空电子束焊接在氢镍电池中的应用

空间用高压氢镍电池为全密封电池,壳体密封性是决定电池性能的重要因素,氢镍电池采用真空电子束焊接技术,各条焊缝的质量决定了电池的可靠性和安全性。介绍了真空电子束焊接原理、氢镍电池壳体电子束焊接及其焊缝质量的验证,通过焊接试件检验、电池组在轨运行情况说明了真空电子束焊接在高压氢镍电池中的成功应用。     

混合动力汽车用氢镍电池组冷却系统研究

为解决某款混合动力汽车用圆柱形氢镍电池组的散热问题,设计了非直接接触液冷式冷却系统,建立了电池组温度场理论分析模型;利用计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)仿真软件建立电池组有限元分析模型,通过仿真和实验相结合的手段获得了电池组的温度场分布。结果表明,电池组在50℃高温环境,平均充放电功率为6 kW时,该冷却系统能够使其最高温度低于45℃,并有效控制各单体电池之间温差在5℃以内,满足电池组的散热要求,防止发生热失控。     

基于双向反激变换器的电池组主动均衡系统

应用于轨道交通、航空航天等领域内的电池组电压等级较高,针对电池组内电池模组间的均衡问题,此处提出了基于双向反激变换器的电池组主动均衡系统,其具有电气隔离、结构简单、成本较低等特点.同时,均衡系统由多个均衡单元组成,可以实现各均衡单元的独立控制,增加了均衡控制策略的灵活性.对组成均衡系统的各个部分及均衡控制策略进行了分析,针对变压器中漏感能量与部分激磁能量的吸收,介绍了RCD吸收电路的工作过程,并从功率角度出发,分析了吸收电路参数对开关管应力及损耗功率间的关系.通过仿真和实验结果验证了所研究的均衡系统及其控制策略的可行性,实现了各均衡单元的电流控制及各电池模组间的均衡控制.     

温度不一致对串联电池组放电性能的量化研究

锂离子电池由于位置分布和热管理条件差异而产生的温度不一致,会导致串联电池组可用能量减小、峰值功率下降等问题,但是量化影响关系不明晰。基于二阶RC等效电路模型,在-20 ℃~25 ℃温度范围内,采用温度插值和插值拟合的方法,分别获取任意温度的电池放电曲线和峰值电流,其误差分别在2.19%和6%以内,为定量研究温度不一致对串联电池组放电性能的影响提供模型支撑。在此基础上,为定量分析由温度不一致引起的能量和功率效率,定义了电池组能量利用率和功率利用率,对不同平均温度和温差下100块串联电池进行量化仿真研究。结果显示,平均温度的降低和温差的增大都会加大电池能量和功率损失,为电池组热管理的温度阈值控制提供数值参考。     

动力电池均衡器模型预测控制策略研究

通过高效均衡的充放电方式来提高动力电池的充电效率和持续放电的能力可以改善动力电池的性能。针对有N节单体电池的动力电池组,提出一种模型预测控制策略,在对均衡电压有效控制的同时,尽量降低处理器的计算量,从而实现高效的均衡效果。实验表明,这种控制策略能够有效完成对动力电池组的均衡控制。     

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。     

混合动力电动车用384 V/80 Ah MH-Ni动力电池系统

研制开发出混合动力电动车用80 Ah方型MH-Ni(氢镍)动力电池及其96 V/80 Ah、384 V/80 Ah高电压电池组系统;在-20～55℃宽温度范围条件下,电池可在SOC0.2～0.8范围内进行3～10 C的脉冲充放电,12 V电池模块比能量达61 Wh/kg,峰值比功率达到406 W/kg,电池28天荷电保持率达91%;电池1 C寿命正在测试中,目前已达500次无任何衰减.96 V或384 V高电压电池组大电流充放电特性、热管理、性能一致性状态及安全可靠性较好;384 V/80 Ah电池组及其管理系统完成城市客车工况150 h台架可靠性实验考核,并顺利进行在燃料电池/MH-Ni电池为混合动力的城市客车的装车运行实验,电池组性能状态良好.     

基于容量差的电动汽车主动均衡控制策略研究

电动汽车车载动力锂电池组的不一致性问题会严重降低电池组的整体性能。本文针对传统的均衡控制策略均衡时间长、均衡效率低、控制复杂等问题提出了基于容量差的均衡控制策略,通过分析电池组不均衡特性,包括瞬态响应特性、静态不均衡特性和恒流不均衡特性,研究电池的容量和电压关系,对均衡容量进行了定量分析,在此基础上制定了基于容量差的均衡控制策略。分别在台架和实车上验证了均衡控制策略,实验结果表明,相比传统的电池组均衡控制策略,这种新的控制策略可以快速完成电池组中单体电池的容量均衡,实现了均衡的高效率。