一种LC单元的双向电压均衡电路

储能系统中通常采用多个单体串联的方式得到更高的电压,针对储能单元单体串联在实际使用中存在各单体电压不一致的问题,提出一种LC单元和双向开关单元相结合的双向电压均衡电路.在工作过程中,该均衡电路先将能量从电压最大的单体转移至电感中,再将能量从电感转移至电压最小的单体,最终达到均衡电压的目的;并且均衡路径长度与充放电单体位置无关,缩短了能量传输路径.该均衡电路仅有一个LC单元,没有大量的磁性元件,并且每增加一个储能单体,该电路只需增加一对开关管,具有体积小和扩展性高的优点.控制策略可实现该均衡电路的精确控制,保证了电路的正常工作.详细的阐述了均衡电路的工作原理,分析其电路特性及控制方法,实验结果验证了理论分析的正确性.     

磷酸铁锂电池能量转移均衡策略及其电路研究

以磷酸铁锂电池组内部不平衡性为研究对象,基于极端单体电池的保护原理,设计了一种双向能量转移式均衡电路及控制方法,以解决现有串联电池组在充放电时没有均衡或均衡效果不佳的问题。基于双向能量转移式均衡电路拓扑和工作原理,提出了一种以电池电压作为逻辑判断信号,采用多路开关分时均衡控制的策略,并利用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型,进行了仿真实验,结果表明:该均衡电路结构及其控制算法有效克服了磷酸铁锂电池在串联成组使用时的短板效应以及工艺差异,保证了电池组中各单体电池容量的一致性,使整个电池组的剩余电量(SOC)最大化。     

用于超级电容储能系统的三电平双向直流变换器及其控制

传统两电平DC-DC变换器开关器件承受电压应力高,输出电流纹波大。本文采用一种三电平双向直流变换器控制超级电容的能量流动,有效提高了超级电容充放电效率和输入电压等级。分析了三电平双向直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,验证了三电平双向直流变换器拓扑的优点,并实现了对直流网压、飞跨电容电压以及超级电容充放电电流的控制;样机实验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。     

带耦合电感的双向DC/DC变换器电路分析

利用双向DC/DC变换器电路,实现了不间断电源(UPS)蓄电池充放电系统中能量的双向流动及直流总线电压的稳定,从而提高了系统效率;通过添加耦合电感,使DC/DC变换器具有高升降压比,从而减少了铅酸蓄电池的单体个数,降低了UPS系统的总成本。在此,分析了一种带耦合电感的双向DC/DC变换器电路;详细分析了变换器的工作原理和主电路参数设计,通过仿真与实验验证了该方案的可行性。     

基于Buck-Boost变换器的磷酸铁锂电池串联电压均衡优化策略

针对磷酸铁锂电池串联应用中,由于单体电池之间存在不一致,从而导致蓄电池组利用率和使用寿命降低的问题,本文提出一种基于非能耗型电压均衡方式的复合式电路拓扑。该均衡电路在传统单体电池均衡电路的基础上,加入电池组间均衡电路进行拓扑优化,以提高电压均衡速度。通过对蓄电池组均衡优化策略进行仿真分析验证表明:与传统单一电压均衡电路相比,该优化策略控制简单、易于实现,在静态和充放电状态下,电池电压均衡速度都有明显提升,并且能有效避免电池组过充电或过放电现象,从而提高电池的使用寿命。     

一种单电感双向电池均衡电路

针对传统集中式电池均衡电路体积大、不易扩展、均衡精确度低;而分布式均衡电路存在元件多、成本高的问题,提出了一种单电感双向电池均衡电路,该均衡电路采用Buck-Boost变换器与开关矩阵相结合的方式实现对整个电池组的均衡,通过对电感的时分复用实现对每一个电池独立均衡控制。均衡电路中电感电流工作于断续模式,消除了各电池之间的交叉影响。研究了该均衡电路的工作模式和控制策略,在此基础上研制了针对4个电池单体的均衡实验电路,均衡实验验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性,同时,无论电池组在充电、放电,还是静置状态,该均衡器均能保证均衡精确度在20 m V以内。     

多端口双向Buck-Boost变换器研究

介绍了一种多端口双向Buck-Boost变换器,采用非隔离型高频同步脉冲控制方式,可应用于电池储能系统等多电压源应用场合,以实现主动均衡及各端口间的电流及能量控制.从两端口双向Buck-Boost电路入手分析了该拓扑的稳态工作原理,并以四端口拓扑为例,重点推导了多端口变换器中端口电流和电感电流之间的关系,得出多开关管下占空比的规律,同时提出电流控制策略,以实现多端口电流的同时控制.针对低压大电流工况下金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的二极管导通压降带来的损耗,设计互补脉冲驱动方案,以减小变换器的二极管损耗.最后通过仿真和实验进行了验证.     

并联电池组充放电均衡器及均衡策略研究

成组的单体电池需要进行能量均衡,以消除单体电池能量不一致给电池组性能造成的不利影响.使用并联电池组充放电均衡器,当任一单体电池达到所设定的充电截止电压时,均衡器可将该单体电池隔离出充电电路;放电过程中通过Cuk斩波电路给能量最低的单体电池补充能量,减小该单体电池的放电速率,从而实现充放电过程能量均衡.通过对4个单体电池组成的电池组进行仿真和均衡实验,结果表明该均衡器能够实现快速均衡,并有效地降低电池不一致程度.     

基于双阈值的高精度锂电池主被动均衡策略

针对锂离子电池充放电过程中电量表征变化幅度大、精度低的问题,提出了一种通过实时分段进行双阈值控制的主被动均衡控制策略.该策略结合锂离子电池开路电压与荷电状态(SOC)的关系曲线,实时分段并合理调整均衡控制方向.通过双阈值的精确调控,提高充放电精度;利用主被动均衡电路中的被动均衡小电流特点,增加单体电池在充放电末期的反应时间,实现准确和安全的电池充放电目的.实验结果表明,锂离子电池组充放电过程中进行分段双阈值主被动均衡控制,可以在电池组充放电速度不变的情况下,提高约2％的充电精度,充电末期稳定减缓电流和电压,证明了控制方法的可行性.     

串联电池组双向全桥SOC均衡控制系统设计

针对电池制造工艺和使用环境不同所引起的单体间电量不均衡问题,结合双向开关电源理论提出了一种集中式能量转移型单体-整组双向电池均衡方案,根据电池组内单体剩余电量(state of charge,SOC)在电池组内部进行电量双向转移,采用反馈电路保证均衡电流恒定。通过实验获得电池单体开路电压的滞回特性曲线,并结合充电和放电状态下SOC与开路电压对应关系估计各电池单体SOC,以SOC一致作为均衡目标。实验结果表明,所设计的均衡器均衡电流达到3A,可以满足电池系统均衡需求。     

增量式数字PI环在双向DC/DC变换器中的应用

基于对数字控制PWM变换器量化误差的分析,提出了一种易于实现的数字控制算法——增量式数字PI控制算法,它可用于数字控制高频DC/DC变换器中并可对输出电压进行稳态调节,通过对该算法的优化还可以抑制输出电压稳态振荡。该控制方案在双向DC/DC的实验装置中得到的了验证,实现了放电过程中电压环的增量式数字PI调节和充电过程中电流环的增量式数字PI调节。     

储能双向DC/DC变换器自适应充放电无缝切换策略

以提高直流微电网内储能单元的动态性能与抗干扰能力为目的,提出了一种针对双向DC/DC变换器的充放电无缝切换控制策略。该策略根据直流母线电压高低进行储能单元自适应充放电切换,进而保持母线电压稳定。在此基础上,考虑到双向DC/DC变换器的非线性特征,引入了可通过fal函数在线调节误差反馈系数的非线性无缝电流环,实现了储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换,提高了控制策略的动态性能与鲁棒性。最后通过仿真与实验：在母线电压跌落、陡升与系统参数变化等工况下,该策略均可实现储能单元的充放电无缝切换,维持母线电压稳定。     

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。     

用于蓄电池充放电系统的三相可逆Z源变流器

研究了能量可双向流动的三相可逆Z源变流器,并将其成功应用于蓄电池充放电系统.利用Z源网络独特的升降压特性,实现了蓄电池电压大范围变化时的充放电控制,满足了不同规格蓄电池组的充放电要求.对控制系统进行了详细的设计和分析,研究了一种加入直通零矢量的可逆Z源变流器的串联双环控制方案,实现了网侧电流的单位功率因数运行.最后,分别在110V和220V蓄电池充放电装置上进行了实验,实验结果验证了方案的正确性.     

高效高功率密度车载双向电能变换器设计

研究设计了一种用于电动汽车电池充放电的车载双向电能变换器。充电状态下,前级采用PWM整流技术,后级采用移相全桥零电压开关电路,实现电气隔离高效的降压变换。放电状态下,双向DC-DC变换器实现升压变换,双向AC-DC作为单相全桥逆变器采用电压前馈、电压电流双闭环控制策略。本系统采用全控型器件GaN控制电流电压通断,能够使得电流电压在正负四象限工作,实现能量的正向和反向的双向传递。依据此方案设计一款开关频率100 kHz、输出功率2 kW的原理样机,经测试该系统能够有效实现能量的双向流动,并且有效提升了效率和功率密度,验证了方案的可行性。     

下垂式控制技术在微电网中的应用

储能变流器是微电网与蓄电池组之间的连接设备,功能为实现能量的双向交换。所研发储能变流器可以实现多组电池的独立控制、系统容量的灵活配置以及电池组的灵活投切,结构设计采用多级型拓扑,包含15个并联的半桥型非隔离双向DC/DC变换器,控制策略设计为并网变流器采用SVPWM控制技术,DC/DC变换器根据设计环境设计改进下垂控制策略。所设计大功率储能变流器产品已完成相关下垂控制充/放电和满功率并网试验,充/放电电流准确跟踪指令电流并网效率超过95%,验证了设计的合理性和有效性。     

基于模糊控制的储能型准Z源变流器

提出一种应用于储能型准Z源变流器的模糊控制算法。近年来,模糊控制因其适应性和强鲁棒性得到广泛应用。这种控制方法与传统PI控制方法的最大不同之处在于模糊控制不需要建立精确的数学模型。将模糊控制应用于储能型准Z源变流器中,对电池充放电电流进行控制,实现了能量的双向流动。与传统的PI控制方法相比,模糊控制能有效地减小电容电压纹波,减小电网电流谐波总畸变率和减小电池充放电电流的脉动。仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。     

Design and implementation of a high‐efficiency bidirectional DC‐DC Converter for DC micro‐grid system applications

This paper studies the design and implementation of a non‐isolated dual‐half‐bridge bidirectional DC‐DC converter for DC micro‐grid system applications. High efficiency can be achieved under wide‐range load variations by the zero‐voltage‐switching features and an adaptive phase‐shift control method. A three‐stage charging scheme is designed to meet the fast‐charging demand and prolong the lifetime of LiFePO₄ batteries. A digital‐signal‐processing control IC is used to realize the power flow control, DC‐bus voltage regulation, and battery charging/ discharging of the studied bidirectional DC‐DC converter. Finally, a 10 kW prototype converter with Enhanced Controller Area Network communication function is built and tested for micro‐grid system applications. A light‐load efficiency over 96% and a rated‐load efficiency over 98% can be achieved. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于CAN总线的电池充放电管理系统的研究

根据蓄电池的充电过程曲线分布,详细介绍了蓄电池充电主电路拓扑结构以及相应的控制策略,重点介绍了DC/DC变换器分布式均衡充电控制方法,设计了蓄电池组充电电路的总体结构布置图,同时还针对BUCK-BOOST拓扑结构的分级均衡系统进行了分析。论文最后分析了CAN总线在蓄电池的通讯控制技术,设计了电池组分布式管理系统,为了实现对电池单体参数(电压、电流和温度)精确采集,设计出了主电路拓扑电路和基于MCU的CAN总线实时传输。通过CAN总线与中央处理器进行通信,对蓄电池真正实现实时管理。本文提出的蓄电池充放电管理系统将对蓄电池的使用寿命和高效管理起到一定的借鉴作用。     

基于SVPWM技术的双向蓄电池充放电系统设计

针对传统蓄电池充放电系统采用直流开关电源加电阻箱以及晶闸管相控等的缺点,设计了一种可双向工作、且高效率、高功率因数的系统。该系统主要由三相VSR和DC/DC变换器两部分。当需要对蓄电池充电时,DC/DC变换器就工作于降压方式,将VSR输出电压降为合适的电压对蓄电池充电;当蓄电池需要放电时,DC/DC变换器就工作于升压方式,将蓄电池能量通过VSR逆变,再经变压器升压和滤波后回馈电网。最后通过设计的样机进行测试。结果表明,能根据需要实现充放电状态或者人工进行转变,特别在实现能量双向流动的同时,网侧电流波形得到正弦波控制和网侧功率因数接近1。