液冷板结构对电池模组液冷性能的影响研究

针对不同结构的液冷板,采用标准的k-ε湍流模型,运用有限元分析软件FLUENT对电池模组液冷板进行建模仿真.研究结果表明,双进出水口结构液冷板对冷却液的散热性能明显好于单进出水口,但对电池模组的液冷效果不理想.内置式液冷板结构液冷效果好于电池模组上置式液冷板结构,且散热均匀高效,从而确定了一种散热高效均匀的液冷板结构.为了验证建模仿真的可靠性,在设计生产出实物后,对内置式双进出水口液冷板实物模型进行了0.7 C放电液冷实验.实验结果表明,采用此结构的电池模组在放电时,温升的实验结果与仿真结果基本一致,在一定程度上验证了模拟仿真的可靠性.     

锂离子电池建模现状研究综述

随着新能源装机规模的逐年递增,电网对储能系统的辅助服务需求日益加重,合理地大规模集成储能电池单元,并通过电池管理系统进行有序控制是未来储能系统应用发展的关键。但由于目前对储能电源模型的研究远远滞后于实际工程需求,因此建立精准的电池模型是电池管理的迫切需要。本文在对比储能现有模型分类的基础上,通过对相关电池建模资料的梳理,分析了电化学模型、黑箱模型与等效电路模型的优缺点与应用场景,重点比对了单体电池的Rint、Thevenin、PNGV等多种等效电路建模方法,并阐述了不同单体模型在多种应用场景下的优势和局限性;同时对电池模组串并联顺序以及电池单体的不一致性影响进行了讨论,可为电池模组化和大规模储能系统应用的性能评估与发展提供参考。     

锂离子电池建模现狀研究综述

随着新能源装机规模的逐年递增,电网对储能系统的辅助服务需求日益加重,合理地大规模集成储能电池单元,并通过电池管理系统进行有序控制是未来储能系统应用发展的关键.但由于目前对储能电源模型的研究远远滞后于实际工程需求,因此建立精准的电池模型是电池管理的迫切需要.本文在对比储能现有模型分类的基础上,通过对相关电池建模资料的梳理...     

储能电池模组的风冷散热优化设计研究

基于流体动力学和传热学原理,建立了电池单体对流换热的关系准则数学模型,获得了电池单体间距设计区间范围内的换热能力变化规律;提出了边界温度和流速条件对电池单体散热的影响度评价方法,结合基于电池单体间距优化仿真模型的电池单体温升和冷却空气温升及平均流速,获得了电池单体间距的较优数值。设计了某型105 Ah/7.8 kWh磷酸铁锂电池模组,计算了该型电池模组的温度场和流场,验证了电池单体温升和电池单体间温差均分布规律以及电池模组的散热性能,证明了所提出优化方法的正确性。研究结果表明,该方法对指导电化学储能电池模组的工程化设计具有一定的参考意义。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

全钒液流单体电池性能研究

采用草酸还原法制备了电解液,实验室自组装了单体电池,考察了不同电流、电解液流量对单体电池容量、库仑效率、能量效率的影响,并评价了单体电池的自放电和内阻特性。结果表明,随充放电电流密度增大,库仑效率变化不大,电压效率降低导致能量效率降低;固定电流密度,随电解液流量增加,电池能量效率增大,流量在近300 mL/min时能量效率达到63%;电池自放电26 h,电压仍处于平台上;充电态动态阻抗值比静态阻抗值大,放电态动态阻抗值比静态阻抗值大,充电态静态阻抗随SOC的增大而减小,放电态静态阻抗随SOC的减小而增大。     

内阻不一致对动力电池组温度场的影响

研究电池组的温度场对于电池系统设计和热管理设计具有十分重要的意义.实验研究了18650磷酸铁锂电池单体的基本性能,测量了不同温度和放电倍率下电池表面温升情况.根据实验结果及已有的生热模型和传热模型,利用Fluent仿真软件研究电池单体在不同温度和放电倍率下的温度场.构建了电池组热分析模型,模拟分析了电池组存在单体差异(...     

光学损失故障对单晶硅光伏电池参数的影响

长时间暴露在室外的光伏电池会出现封装材料的老化或破损,从而导致电池的光学损失故障。为研究不同的故障状态对光伏电池模型参数的影响,从等效透光率的角度入手,用半透膜逐层遮挡的方法模拟光伏电池不同的光学损失故障状态,测量并分析相应状态下光伏电池的I-V特性曲线,采用自适应混沌粒子群算法辨识出相应光伏模型的5个参数值,从而对在发生光学损失故障时的光伏电池模型参数的变化规律进行研究,得到了能较好表现光伏模型参数变化规律的非线性表达式,为提高光伏电池的效率和后续光伏电池故障诊断的研究打下基础。     

触发位置对锂离子电池模组热扩散特性的影响

针对锂离子电池热扩散问题,以18650三元锂离子电池为研究对象,搭建了模组的热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控后对整个模组热扩散的影响.基于锂离子电池热失控反应机理和热传导机理建立了单体电池在绝热条件下的热失控模型,并通过设计相应试验验证模型的准确性,仿真结果与试验结果吻合较好.以单体电池热失控模型为基础,搭建模组热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控对模组热扩散的影响.结果表明:中心位置单体触发热失控,热失控行为呈放射状向周围扩散,且每次都是两个单体电池一起发生热失控,在40 s左右,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度;边缘位置单体触发热失控,热失控行为依次向周围扩散,且每次只有一个单体发生热失控,大约50 s的时间,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度.最后,基于热扩散模型研究了不同隔热材料对模组热扩散速率延缓的作用.     

活性炭物理参数对铅炭电池的影响

通过化学活化法制备不同比表面积、不同孔径分布的活性炭,并制备铅炭复合电极和铅炭电池。添加活性炭C4-5h、C5-5h和C6-5h(比表面积分别为:1 361.1 m~2/g、1 638.5 m~2/g和1 390.1 m~2/g,其中,C4-5h孔径分布比较集中,C5-5h和C6-5h孔径分布相对分散)的铅炭电池,在到达1.8 V的下限电压之前分别完成了35 843次、30 174次和25 500次循环。C4-5h可抑制Pb SO4晶体的积累长大,而C5-5h、C6-5h可缓解Pb SO4晶体在负极极板表面紧密堆积的问题。3种活性炭均可提高电池的循环性能。     

考虑内部参数不一致性的储能系统用锂电池组建模

目前,电化学储能系统建模普遍采用基于电池单体的简单等效模型,成组和系统模型中较少考虑内部电池参数不一致性,低荷电状态(SOC)下仿真误差较大,并且随着储能系统的运行,差异越发明显,难以反映储能电池的实际运行状态.基于锂电池储能电站成组结构,研究影响简单等效模型电压误差的因素及电池单体与电池模块的电压特性关系,分析电池单...     

单体电压不一致性对锂电池储能系统容量衰减的影响

电池的不一致性是指同一规格、同一型号的电池在电压、内阻、容量等方面的参数差别。其中,电压不一致性的表现相对直观,也容易被测量。在MW级电池储能电站中,需要通过串并联成组来满足储能系统的电压等级和容量需求,电池单体数量高达几万节,而单体电池不一致性的存在,将不可避免地影响储能系统整体性能。针对200 kW/200(kW·h)锂电池储能系统和250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统在不同时间阶段进行容量标定实验,经过长期运行后,分析单体电池电压不一致性对电池系统容量衰减的影响。结果显示:经过2年的运行,250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统充电性能衰减了4.24%,放电性能衰减了2.6%,单体电压不一致性变化不大,而200 kW/200(k W·h)锂电池储能系统充电性能衰减了25.976%,放电性能衰减了27.120%,说明具备充放电均衡控制策略的锂电池储能系统能够很好地改善单体电压不一致性变化;250 kW/1(MW·h)储能系统已累计运行相当于100%DoD(depth of diacharge)充电27.11次,相当于100%DoD放电23次,充放电次数是造成该储能系统容量衰减的主要原因。     

动力电池参数分析及参数检测的实现

由于单体电池在生产制造过程中存在不一致性,电池成组后在性能指标上往往达不到单体电池原有的水平,整组电池的使用寿命大大缩短,本文分析了电池温度、容量、能量、倍率特性以及内阻这几项参数不一致对电池成组造成的影响,提出根据电池参数建立电池筛选体系,相较于现阶段以电池自放电率和电压变化作为电池成组的筛选标准,提高了电池筛选效率...     

基于欧姆内阻压降的电池簇不一致性在线监测方法研究

由于电池pack箱初始性能参数及外部工作环境存在一定差异,针对其工作过程中不一致性问题的安全监测极为重要。若对箱体中每个单体电池各项进行实时监测与处理,数据采集量过大,易产生不良数据。因此在实现保障储能电站电池簇安全运行状态的条件下,通过探究在恒流放电过程中因不一致性而引发的电池簇与电池pack箱欧姆内阻压降浮动规律,提出一种基于欧姆内阻压降的电池簇不一致性在线评估方法。通过获取电池簇与表征单体因欧姆内阻造成的压降幅值,进行实时拟合得到线性关系,并求导得到变化速率,对变化速率进行在线记录,若电池簇因电池pack箱老化而存在不一致问题,则变化速率呈现增大趋势,利用此特征进行在线评估。最后,通过实验对所提方法的可行性进行验证。     

基于三次样条插值法的储能锂电池建模与参数辨识

针对锂电池低荷电状态时输出变化大和模型参数辨识困难问题,提出一种基于三次样条插值法的建模与参数辨识方法。首先建立了含SOC动态的三阶3RC-3D等效电路模型,分析了低SOC时应用最小二乘法对不同模型参数进行辨识产生的误差。在此基础上,结合三次样条插值法的拟合特性和合适的边界条件,构造了三次样条插值函数,在SOC≤10%区间进行了模型各参数辨识,并拟合出了模型参数变化曲线。最后,将辨识后的模型参数曲线与混合脉冲功率特性HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)试验的实际测量值进行了对比。从比较结果看,本文所提的辨识方法减小了参数辨识误差,提高了模型精度,验证了在SOC≤10%区间应用三次样条插值法进行锂电池模型参数辨识的有效性。仿真结果表明,基于三次样条插值辨识方法建立的三阶3RC-3D等效电路模型能够高精度地跟踪锂电池输出外特性。     

考虑电池组不一致性的储能系统建模及仿真

在当前电池组建模中,往往忽略内部参数差异,将其简化为单体进行仿真。但是,对于电池储能系统,其规模较大,内部单体参数往往差异明显,需要考虑不一致性建模。通过对电池单体和电池组进行循环寿命测试,研究电池老化过程中参数的变化规律。在此基础上,搭建了适合于储能电站优化设计、控制策略参考的考虑不一致性的电池储能系统的详细模型,并将该模型应用于储能系统平抑风电波动的仿真。仿真结果显示,详细模型能够比简化模型提供更优的控制参考。     

蓄电池容量性能测试仪的设计

提出了一种基于单片机的蓄电池容量性能测试仪的设计方案。以单片机为核心,多种控制模块为主要结构,用于测试蓄电池的容量、寿命及配组指标。其中,充放电模块采用线性方案和高精度数据采集芯片,实现高精度测量,符合国标对蓄电池的测试要求。可为研究分析和改善电动汽车等使用的蓄电池性能和寿命提供科学依据。该仪器可单机或通过RS-485...     

电容器参数对感应线圈炮发射特性影响的分析

为提高感应线圈炮抛体加速力、出口速度和系统效率,在介绍了发射原理后建立了单级同步感应线圈炮的等效电路模型,将抛体电枢的电阻和电感通过互感反映到驱动线圈回路电路中以简化抛体电枢加速力的计算过程并采用电磁场有限元计算与嵌入式外电路耦合的方法,瞬态仿真分析了电容器不同电容值和不同电压值对感应线圈炮发射性能的影响。仿真结果表明:感应线圈炮发射时的放电脉冲电流波形与独立的LCR放电波形不同,驱动线圈与抛体之间的互感变化对放电时间常数有影响,抛体涡流引起的反感应电动势对驱动线圈的电流变化有阻碍作用,增大电容器的电容值或电压值都能够增强抛体的加速力,但是系统发射效率并不一定提高。最后指出,在高速感应线圈炮的设计中,应当减小脉冲电容器的电容值,同时提高电容器的充电电压值。     

锂离子电池及电池储能系统的安全考量

介绍了锂离子电池的原理及电池安全性相关理论。基于对锂离子电池单体的滥用试验结果,分析比较了软包锂离子电池和壳装锂离子电池的安全性能。为电力系统背景下的研究、设计和运行人员描述了电池储能系统的安全考量并阐述了电池储能系统的安全性改良措施。     

Online SOC Estimation of Battery for Wireless Tramcar

Wireless tramcars (battery‐driven tramcars) are developing to the actual application stage. The most important information to be considered while operating a wireless tramcar is the state of charge (SOC) of the battery. The purpose of this study is to develop an online method for SOC estimation. This method employs a new equivalent circuit of a lithium‐ion battery. SOC estimation using a conventional equivalent circuit results in a large error during fast current transients. In order to improve the accuracy of the estimation, we propose a new equivalent circuit of a lithium‐ion battery. Because the parameters of the proposed equivalent circuit depend on temperature, we propose a new method for SOC estimation in which the temperature estimation is taken into account. This method requires only instantaneous values of the voltage and current, and therefore no temperature measurement is required. Experimental results show that the accuracy of the proposed method is significantly improved when the temperature is taken into account. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 186(2): 83–89, 2014; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21174