直流微电网基于自适应下垂系数算法的多储能SOC均衡控制策略

本文针对独立运行直流微电网中多组储能单元之间荷电状态（SOC）的均衡问题,提出基于自适应下垂系数算法的多储能荷电状态均衡控制策略。自适应下垂系数算法根据锂电池SOC偏差动态调节下垂系数;当SOC偏差较大时,调整下垂系数使放（充）电时SOC较高（低）的锂电池最大功率放（充）电,同时控制另一组锂电池补足剩余功率,加快均衡速度;SOC偏差较小时,在考虑不同线路阻抗和实际容量的基础上优化下垂系数,实现SOC均衡控制。采用母线电压自动恢复控制实现母线电压的无差控制,控制母线电压稳定,提高供电质量。最后,利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明所提控制策略可以实现多储能单元荷电状态快速均衡,并维持母线电压稳定。     

动力电池组分散式主动均衡控制系统

针对动力电池组使用过程中单体SOC不一致问题,提出一种分散式主动均衡控制系统。首先,对“单体解耦-分散式控制器串联”主动均衡控制系统拓扑结构进行了分析。在此基础之上,通过在放电过程中实时调整分散式控制器母线电压调节系数α及均衡加速系数β,在保证母线电压稳定的前提下,实现了单体放电速率的线性动态调节。最后,在恒阻放电模式及模拟高速公路燃油经济型试验HWFET(high way fuel economy test)测试工况下进行了均衡试验。试验结果表明,所提出的分散式主动均衡控制系统,可实现动力电池组放电过程中的在线主动均衡,避免了传统电荷转移式均衡方法存在的无效充放电循环,同时可对母线电压适当调节,满足了不同负载的工作电压需求。     

基于动态生热模型的18650电池温度场建模仿真

为研究18650动力电池放电过程中温度场变化规律,采用实验与数值仿真相结合的方法,通过实验获得不同SOC下直流内阻与放电倍率数据,建立单体电池生热速率随SOC及放电倍率变化的动态模型,基于该模型利用有限元方法建立了单体电池三维热模型并进行仿真模拟。仿真与实验结果表明,仿真的温度变化与实验吻合,该模型可以很好地模拟不同倍率放电条件下电池的温升情况,为电池组的热管理提供了方法。     

电动汽车动力电池主动均衡控制研究

为尽可能避免动力电池在使用过程中出现过度充放电从而缩短使用寿命的问题,提出限流均衡和混合均衡相结合的动力电池主动均衡控制策略,建立主动均衡控制仿真模型,分别进行限流均衡、混合均衡及两种均衡策略对比的仿真分析,结果表明:提出的主动均衡控制方法能有效避免电池组不一致性问题,很好满足均衡控制要求。基于dS P ACE/AutoBox搭建主动均衡控制硬件在环实验系统,分别进行恒流充、放电与变流放电下均衡控制实验,结果表明:主动均衡控制策略在各种工况下都能快速实现电池组的均衡,且有较好的均衡效果。     

串联电池组双目标混合均衡控制研究

针对新能源汽车动力锂电池组的不一致性问题,较多研究基于电池组不一致性的外部表现建立控制策略,如电压均衡、SOC（state of charge）均衡等。通过分析电池组产生不一致性的根本原因,结合电池内、外部影响因素的耦合关系,提出了基于老化率和SOC的双目标混合均衡控制方法,同时实现了老化和SOC的均衡。老化均衡实现了各单体电池在不同工况下的寿命衰减程度达到一致,使得电池的不一致性从根源上得到改善;SOC均衡进一步避免了不一致性的扩大,最大限度的发挥动力电池的性能。最后,以4个单体串联的电池组为例在Matlab/Simulink中搭建了均衡电路仿真模型,通过与单目标SOC均衡比较,验证了所提均衡方法的有效性。     

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。     

动力电池分层均衡控制研究

提出一种分层均衡电路,用于解决锂离子电池在串联成组时,由于单体电池的不一致性,产生的部分电池过充和过放的问题。分层均衡电路以单体电池荷电状态(state of charge, SOC)值作为均衡变量,将电池组分为3个小组,组内进行基于Buck变换器的均衡;在各小组之间搭建Buck-Boost电路,进行组间均衡。组内均衡与组间均衡相结合,提高了均衡效率。在MATLAB/Simulink平台搭建的仿真结果表明,相对于基于Buck变换器和基于Buck-Boost变换器的均衡电路,分层均衡电路在静置、充电和放电3种工况下,均衡时间相比基于Buck的均衡电路分别降低了21%、18%和30%,相比基于Buck-Boost的均衡电路分别降低了17%、29%和15%。电池组的均衡实验表明,该电路提高了单体电池一致性,能将电池组SOC值极差控制在0.1%以内,解决部分电池过充和过放问题,同时提高了均衡效率。     

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。     

串联锂离子电池斜坡电流均衡器

针对串联锂离子单体电池在充、放电过程中存在荷电状态(SOC)不一致的情况,提出了一种斜坡电流均衡器。均衡时能量直接由电池组中的高电压单体电池向低电压单体电池转移。此均衡方案以电感和电容为储能元件,通过开关器件的占空比控制均衡电流,均衡电流为可控的斜坡电流。同时对两串联锂离子电池进行了仿真和实验,实验结果证明了此均衡方案的有效性。     

基于SOC的锂电池组能量均衡控制策略研究

针对电池制造工艺和使用环境不同所引起的电池单体间荷电状态(SOC)不均衡问题,提出了一种锂电池组主动均衡控制策略。在以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法准确估算锂电池SOC的前提下,以电感为储能元件,通过模糊-PI算法调制MOSFET的占空比(PWM)进而实现均衡电流的优化控制,使能量直接由电池组中的SOC最高的单体电池转移至SOC最低的单体电池。在预设的实际工况下,通过以上分析建立系统均衡控制实验平台。实验结果证明该系统均衡速度和效率都优于传统的PI控制系统。     

电动汽车磷酸铁锂电池放电静置电压预测方法

针对纯电动汽车在加速、减速交替期间,由于其动力电池放电后静置开路电压变化而导致电池组荷电状态(SOC)测量困难和估计误差大的难题,以某款磷酸铁锂动力电池为对象,根据电池电化学和等效电路理论,研究了基于行驶过程的纯电动汽车磷酸铁锂动力电池放电后静置开路电压随其时间变化的关系,运用系统辨识方法,通过实验建立了动力电池放电后静置开路电压预测模型,并以此对其进行实验验证,验证了该预测模型的可行性。     

基于采样点卡尔曼滤波的动力电池SOC估计

动力电池荷电状态(SOC)的快速精确估计是电池能量管理系统的核心技术。针对动力电池这一动态非线性系统,提出了电池过程模型的具体改进方法,以使其可以适应不同放电速率和不同温度条件对动力电池SOC的影响;给出了利用采样点卡尔曼滤波进行电池SOC估计的具体步骤;最后,分析了采样点卡尔曼滤波在SOC估计精度、收敛速度、算法复杂度及鲁棒性等方面的性能。实验表明,采用采样点卡尔曼滤波算法可以快速地完成动力电池SOC的精确估计,误差在5%左右;模型参数的合理微调几乎不影响算法的准确性,表明了算法具有一定的鲁棒性。     

锂离子电池组均衡电路及其均衡策略研究

为了改善电池组的一致性,提出了一种高效的锂离子电池组均衡电路,同时研究了适用于电池组均衡电路的均衡策略。设计了一种可充可放的能量转移均衡电路,该电路支持对单体电池进行均衡充电及均衡放电操作,同时也可利用电池组能量对多节单体电池进行均衡充电。提出的均衡策略根据运行过程中实时的电压值分析得到电池组中各单体电池需要均衡的程度,结合单体电池SOC最终给出适合于上述均衡电路的均衡状态,进而对单体电池进行均衡。并利用实验数据证明均衡电路与均衡策略的有效性。     

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。     

AGV车用锂离子电池管理系统设计

随着动力锂离子电池在电动汽车上的运用技术的发展,锂离子电池作为自动引导运输车的动力电池开始受到人们的关注。针对自动引导运输车锂离子电池使用的安全性和效率问题,提出了一种基于恒流/恒压充电均衡的电池管理系统(BMS)方案。实验表明,该系统荷电状态(SOC)估计精度达到5%,单体电压采样精度2 m V,均衡电流达10 A。在最大充电电流300 A和放电电流150 A条件下实现了自动导引运输车动力锂离子电池安全高效运行。     

基于Buck-Boost电路的能量转移型均衡方案

提出了一种基于Buck-Boost电路的新型均衡电路,实现了锂离子串联电池组充放电均衡。根据均衡能量流向,采取两种不同的均衡策略:电池组放电时,均衡能量由电池组向组内荷电状态(state of charge,SOC)较低的单体电池转移;电池组充电时,均衡能量由电池组中SOC较高的单体电池向电池组转移。以单体电池开路电压在线估计为基础,运用开路电压法估算SOC,选取SOC值在一定阈值范围之外的单体电池作为均衡对象,对6节串联的磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验。实验结果表明,该方案可以有效减小单体电池间的不一致性,提升电池组的整体性,同时提高了电池组充放电容量。     

多储能直流微电网荷电状态均衡控制策略

针对独立运行的多储能直流微电网,为了实现储能单元间荷电状态(state of charge,SOC)均衡以及负荷功率动态分配,提出一种关联SOC幂指数的改进下垂控制策略。首先从理论上对负荷功率动态分配原理进行了分析,推导出影响储能单元SOC变化率的模型,在此基础上,设计新的下垂控制器。同时为了解决均衡后期因储能单元间SOC差别较小而导致均衡速度越来越慢的问题,引入加速因子对虚拟阻抗权重系数进行在线优化。此外,通过引入二次控制环节来补偿由下垂控制导致的母线电压偏移问题。最后利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对所提控制策略进行了仿真验证。     

基于模型估计的LiFePO_4电池EKF滤波算法SOC估计研究

常规LiFePO_4动力电池组SOC(state of charge)估计方法难以同时满足复杂工况下SOC预测的可靠性与初值不敏感性,为解决该问题,提出一种针对电池组工况特性下的扩展卡尔曼滤波算法。该算法基于电池组工况放电特性,提取其特征参数并进行模式分类,根据在电池充放电时不同参数与区间,对卡尔曼滤波模型进行动态参数补偿,加快SOC向真值的收敛速度,并减少SOC估计误差,实现算法对SOC估计初值的不敏感性。最后使用美国机车工况测试UDDS标准模型,对实际采集的电池模型进行仿真实验,其结果验证了所提出的算法可行性和有效性。     

串联电池组双准则双电压自适应均衡研究

串联电池组单体数量较多时,为了减小单体不一致性对串联电池组能量利用率和循环寿命的影响,提出一种基于电感储能的双准则双向主动均衡拓扑,通过设定两个均衡指标实现均衡路径和均衡阈值的动态调整,减小均衡过程对各单体的影响;在此拓扑基础上,提出一种双电压自适应均衡控制策略,将充电过程的均衡和放电过程的均衡合二为一,同时实现充/放电过程最高端电压的降低和最低端电压的升高。仿真及实验结果表明:所提均衡技术能够显著提高电池组均衡效率及均衡速度,改善串联电池组的一致性。     

基于Buck-Boost准谐振电路的电池自适应分组均衡方案研究EI北大核心CSCD

针对Buck-Boost均衡电路中开关频繁通断导致均衡效率降低的问题,文中对传统的Buck-Boost电路进行改进,设计可实现开关管的零电压导通的准谐振电路,有助于减小开关损耗,提高均衡电路的效率。为减少开关管的通断次数,并缩短均衡时间,均衡策略采用全局优化视角,分段选择电压和SOC作为目标均衡变量,并提出电池单体间、单元间及模组之间的自适应分组均衡策略。以8个电池串联的电池组为例,设计静置、充电、放电和浮充均衡实验,结果表明,与传统方案相比,提出的均衡电路和均衡策略在均衡效率和速度上有显著提升,可助力电池组的整体性能提升及其延寿。