基于光伏发电系统的超级电容器充电效率的研究

针对光伏发电系统中超级电容器在恒压、恒流和恒功率充电模式下的充电特性,提出提高充电效率的计算方法。分析了对超级电容器充电时不同充电模式下的最高充电效率,获得了超级电容器分段充电效率曲线,表明恒功率充电方式在最大功率点跟踪控制下更适合对超级电容器充电。提出了在光伏发电系统中使用双级Buck-Boost变换器对超级电容器进行最大功率点跟踪/恒功率混合控制的充电策略,仿真结果表明该策略可以有效保证系统的充电效率。     

基于飞渡电容的超级电容组动态均衡控制算法

超级电容器具有充电速度快、比功率高、循环寿命长、低温特性好等优点,其缺点是能量密度比化学电池低.这种特点使得超级电容器用于城市短距离公交车比较适合.但是由于单体之间的差异,在经过多个循环的深度充/放电后,单体电容之间的电压差将会加大,这将加速性能较弱的单体电容器的老化.为了保护超级电容器,提高其有限容量的利用率,研究了基于飞渡电容的超级电容组动态均衡算法.首次将飞渡电容式动态均衡管理系统用于超级电容公交车,该系统可以工作于动态和静态两种模式下,给出了电容组处于充、放电和静置三种状态下的均衡控制算法及其实验结果.实际运行结果表明,系统的均衡精度满足超级电容组运行要求.     

光伏超级电容储能系统充放电的哈密顿控制

为实现光伏超级电容储能系统的恒压充电和为负载恒压供电的控制目标,采用端口受控哈密顿(port controlled hamiltonian,PCH)控制方法,对超级电容充、放电过程进行控制。根据能量成形、互联配置及阻尼注入的原理,分别建立了超级电容充、放电电路的PCH模型,给出了超级电容充、放电时系统期望的能量函数、互联矩阵及阻尼矩阵,确立了系统的平衡点,求取了系统的控制器,并通过Simulink对超级电容充放电过程进行仿真实验。仿真结果表明,本文采用的PCH控制方法既实现了对超级电容的恒压充电,又实现了超级电容对负载的恒压放电,而且超级电容恒压放电系统有较强的抗负载扰动能力。该研究为超级电容的充放电控制提供了新思路和新方法。     

基于动力锂离子电池健康状态的全寿命周期优化充电策略

针对目前采用经验充电电流值的恒流恒压(CC-CV)充电策略导致电池老化严重的问题,提出一种优化充电策略。从电池整个寿命周期角度出发,基于锂离子电池容量衰退模型,以电池最小衰退容量为目标,采用数据库动态规划(DDP)对电池寿命周期进行规划,得到不同循环阶段下对应寻优充电电流分布,并分析充电电流对电池容量衰退的影响。最后,在Matlab/Simulink中与现有恒流恒压充电策略进行仿真分析对比,结果表明,该策略能够有效延长电池循环寿命。     

基于磁谐振式无线电能传输系统的E类功率放大器研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的高频功率放大器设计需求及E类功率放大器软开关特性受负载影响较大的问题,设计了基于谐振变换单元的高频E类功率放大器,并以此为电源设计了能够满足锂电池负载恒流恒压充电特性的恒流恒压无线充电系统.仿真及实验结果表明所设计系统能够实现恒流恒压充电功能,且保证了E类功率放大器软开关特性不受影响.     

基于电流前馈解耦PWM的电动汽车阶段充电仿真

电动汽车的充电系统性能取决于整流和充电控制环节,其充电效率及稳定性对电池的寿命、电池容量产生很大的影响.为了提高整流电压输出的稳定性和电池的充电效率,其整流模块采用电流前馈解耦PWM,该方法通过电压外环和电流内环控制以减少整流中的谐波分量并稳定输出电压.针对充电模块控制策略则采用阶段性充电方式即先用电流单环控制的恒流限压充电,当达到设定的电压值后转为恒压限流的双闭环控制充电方式.运用Matlab/Simulink实现电动汽车蓄电池充电模型,并与单一的恒流、恒压两种充电控制策略进行对比.由仿真结果可知,电流前馈解耦PWM整流电压稳定性优于电压型PWM.此外,也验证了阶段性充电控制充电方式对蓄电池的影响较小,具有充电效率较高的优越性.     

电动汽车充电机充电策略设计

为了实现通用型电动汽车充电机对电动汽车的快速充电,研究了电动汽车各种充电方法以及蓄电池SOC检测方法,给出了充电拓扑图.通过采样电动汽车蓄电池端电压、电流以及温度等判断充电模式,结合采用恒流、带放电脉冲和低恒压充电3种方式对蓄电池进行充电.仿真结果验证了快速充电的合理性.     

电动汽车充电桩充电策略设计

为了实现通用型电动汽车充电桩对电动汽车的快速充电,研究了电动汽车各种充电方法以及蓄电池SOC检测方法,给出了充电拓扑图。通过采样电动汽车蓄电池端电压、电流以及温度等判断充电模式,采用恒流、带放电脉冲和低恒压充电三种结合的方式对蓄电池进行充电。该研究为电动汽车蓄电池提高充电效率,缩短充电时间奠定了基础。     

大功率智能充电机的设计

针对机车用的大功率铅酸蓄电池的充电要求,采用改进的恒流恒压充电模式,设计并实现了基于PLC控制的智能充电机。系统通过自动检测充电机当前的电压电流信号并以此控制恒流恒压充电模式的转换,避免过充、欠充现象的发生,延长了电池的使用寿命。同时该智能充电机能实时显示充电曲线,具有打印和报警等功能。     

微机控制晶闸管充电,浮充电装置的研制

探讨应用单片微型计算机控制技术结合电力电子变流技术，采用改进型ＰＩＤ控制算法，研制微机控制晶闸管充电浮充电装置，从而使充电、浮充电装置具有恒流初充电，恒压浮充电，自动充电及完善的保护等功能；达到静态调节精度高，动态品质因素好。     

微机控制晶闸管充电、浮充电装置的研制

探讨应用单片微型计算机控制技术结合电力电子变流技术，采用改进型ＰＩＤ控制算法，研制微机控制晶闸管充电、浮充电装置，从而使充电、浮充电装置具有恒流初充电，恒压浮充电，自动充电及完善的保护等功能；达到静态调节精度高，动态品质因素好。     

数字化智能充电器的设计与实现

为了给不同电压、容量等级的锂离子、镍氢电池进行智能、优化充电,设计了以XC164CM单片机为控制核心的智能充电器.对4.2 V/2.2 Ah的锂离子和12 V/1.8 Ah的镍氢电池进行充电实验,实验结果表明,在恒流持续90 min,充电容量为75%,在恒压阶段,充电电流呈指数规律下降,与锂离子电池电流曲线相符.给镍氢电池持续充电94 min后电压达到最大值,0ΔV在2 min内检测到,再利用50 mA的电流对镍氢电池进行浮充,避免了镍氢电池过充,实现了充电过程的智能化控制.     

变频脉冲充电技术最优频率搜寻方法研究

提出了一种变频脉冲充电最优频率搜寻方法,在分析电池阻抗特性的基础上,对充电频率先后进行正向扰动和反向扰动,形成一个滞环,分别记录下两次扰动前后电流的变化情况,根据基于滞环的频率扰动规则进行判断是否为最优频率,否则继续新一轮的扰动,直到将工作点频率固定在最优频率,此方法可以动态追寻充电时的最优频率,使得能量的传递效率提高,明显缩短了电池的充电时间。结果表明,在相同条件下,与传统的恒压恒流的充电方式相比,充电速率提升了28%;与定频率的充电方式相比,充电效率提升了15%。     

电动汽车用电池智能化快速充电研究

基于电池快速充电基本原理,制定了电动汽车用电池的分段恒流充电方案。根据对分段恒流充电试验结果的分析,对其控制策略进行了调整：按容量梯度法确定分段恒流充电终止控制参数,适当减小各段恒流值下降梯度,并将电池温度设为充电安全保障控制参数。调整方案后的充电试验结果表明,这种分段恒流充电控制方法可实现动力电池的智能化快速充电,有效缩短充电时间、提高充电效率。     

一种新型单相高功率因数的蓄电池充放电装置的研究

设计了一种新型单相高功率因数的蓄电池充放电装置,该装置包括单相PWM整流器和双向DC/DC变换器两部分.单相PWM整流器采用基于dq坐标系的简化控制,并结合单相锁相环使充放电装置实现了网侧电流正弦化和单位功率因数充放电.双向DC/DC变换器不仅能实现装置中能量的双向流动,而且能对蓄电池进行恒流、恒压充电,恒流放电.实验结果验证了该装置的有效性.     

NiO/AC非对称超级电容器的研究

通过热处理球形Ni（OH）2得到NiO粉末，将其作为正极与活性炭（AC）负极组装成非对称超级电容器，用恒流充放电测试分析了超级电容器的电容特性。讨论了正负极活性物质比例、充放电电流和热处理时间对超级电容器比电容量、内阻的影响。结果表明：正负极活性物质比为1：3，工作电流密度为200mA／g，当Ni（OH）2的热处理时间为2h，充电电压为1．3V时，超级电容器的双电极比电容量可达71．5F／g。     

基于单Z源三电平SVPWM逆变器的电池充放电控制方法

提出了基于单Z源三电平SVPWM逆变器的蓄电池充放电策略,并设计了闭环控制系统.研究了电流前馈解耦的阶段式充电、功率前馈解耦的恒功率放电,以及恒功率放电时的升压控制方法.经Matlab仿真验证,该系统可实现蓄电池充电时的限功率恒压、恒流控制,以及具有升压特性的输出恒功率并网控制.     

超级电容充放电系统的主电路设计与控制器参数整定

超级电容虽具有充放电速度快、功率密度高等特点,但其充放电系统存在易受变流器固有非线性特性以及充放电电压扰动影响等问题。为了解决此类问题,构建了含双向DC-DC变流器的超级电容充放电系统主电路,通过满足电流连续性以及控制直流母线电压波动在允许范围内等条件,设计了主电路中的续流电感值和稳压电容值;为增强充放电系统的鲁棒性,采用了定电流控制策略,并完成了恒流方式下PI控制器参数整定。仿真结果表明,在充放电电压扰动作用下,超级电容充放电系统能够使电感电流稳定输出,且纹波较小,具有较强的鲁棒性。     

基于LCL-S的恒压恒流切换无线电能传输系统

根据锂电池的充电特性对耦合线圈及补偿电路进行研究,提出基于LCL-S的无线充电拓扑结构,在发射侧采用一个交流开关来实现拓扑切换.此拓扑结构的优点是,在固定频率下操作,只需控制开关通断就能同时实现与负载无关的恒流和恒压输出,而且发射线圈和接收线圈之间没有任何通信连接,缩小了系统的整体体积,降低了控制系统的复杂度.     

动力锂离子电池老化速率影响因素的实验研究

针对动力锂离子电池的老化现象,以高比能量锂离子电池LG-21700为研究对象,以放电容量、欧姆内阻以及极化内阻作为表征参数,基于电池测试系统分别探究了充电倍率、放电倍率、充电截止电压、放电截止电压以及环境温度5种老化应力对电池老化速率的影响.研究结果表明:充放电倍率越大时,容量衰减速率越快,欧姆内阻和极化内阻的增长速率越快;充电倍率是影响老化速率的决定性因素,当充电倍率达到1.00 C时,电池的循环性能极差;充放电的截止电压区间越大,电池容量衰减速率以及欧姆内阻、极化内阻的增长速率越大;恒流恒压的充电方式有助于延缓老化;动力电池在低温环境中进行老化时,由于锂沉积的作用,其容量衰减速率以及内阻增长速率剧烈升高.综合考虑电池的容量特性、循环特性以及工作温度,在30～35℃进行充放电不仅可以延缓电池老化,还可以提高电池的工作性能,保证电池安全.综上,减小充放电倍率、充放电深度以及在合适的环境温度使用电池可以有效延长电池的使用寿命.