磷酸铁锂电池循环过程中电化学交流阻抗研究

研究了商品化磷酸铁锂电池不同倍率循环过程中的电化学交流阻抗谱,分析了电池体系中各部分阻抗随循环次数的变化规律,并对不同循环次数的正负极片表面形貌进行了表征分析。实验表明在较高倍率下电池容量衰减较快,其影响因素主要是石墨负极结构的破坏,与之相对应的是在交流阻抗谱上中低频区新出现的一段圆弧,说明交流阻抗谱的变化与电池性能劣化状态具有相关性。结果表明可以通过电化学交流阻抗谱的特征变化来判断电池的容量劣化状态,为电池的分级筛选和建立梯次利用电池快速评价系统提供了理论依据和技术支持。     

考虑数字控制影响的虚拟阻抗控制改进

交流模拟电源装置基本运行状态需要模拟出大电网的特性,但其电压及阻抗性能常受到被测设备的影响而无法满足设计需要。为保证其输出特性,对交流模拟电源的控制器进行设计。通过分析基于电感或电容电流反馈的虚拟阻抗控制方法的输出特性,选择更为有效的电容电流反馈的控制方式,该方式下改变虚拟阻抗系数来调整系统输出阻抗及增益特性。考虑数字延时对虚拟阻抗控制的影响,采用减小控制延时的方式,提高系统的鲁棒性,保证交流模拟电源装置对被测设备输出的稳定性。仿真及实验验证了所提方法的有效性。     

基于电流激励的储能电池电化学阻抗谱快速检测方法

电化学阻抗谱（EIS）被广泛用于储能电池性能参量的检测与健康状态评估中。目前EIS检测需要依赖电化学工作站，通过分析扫频激励信号及其响应信号的幅值相位关系获得，检测时间成本较高，且测试回路的阻抗特性限制了其现场的应用。该文提出了一种以多频叠加电流信号作为激励，通过测量电池响应电压信号重构EIS的快速检测方法，设计了一种适用于储能电池的快速EIS检测系统。采用该系统和电化学工作站分别对锂离子电池的EIS进行检测并对比，结果表明该文研究的测试系统不但测试误差小且具有良好的重复性，大幅提高了检测效率。获得0.02 Hz～1 kHz频率内电池EIS的检测时间仅为120 s，相较于电化学工作站测量时间缩短90%。相比于电压激励方法，该文提出的测试系统具有较大的输入阻抗，有利于实现电池EIS的原位检测，加之硬件结构简单、检测效率高等优点，具有较好的现场应用前景。     

基于特征频率阻抗的锂离子电池健康状态评估

随着锂电池的广泛使用,快速准确的估计锂电池健康状态对于电池安全管理十分重要。为准确估计锂电池健康状态,为电池管理系统提供策略,该文在电池正常工作温度范围内对不同荷电状态、不同健康状态的锂电池进行电化学阻抗谱测试,并对锂电池电化学阻抗谱的弛豫时间分布进行分析,筛选出可有效表征锂电池健康状态的特征频率,建立包含温度影响的锂电池健康状态估计模型,提出基于电化学阻抗谱的锂电池健康状态估计方法。实验结果表明,处于低频区的极化过程S1与S2不受锂电池荷电状态的影响。在不同温度下,极化过程S1与S2受电池健康状态的影响较为显著,可以有效表征电池健康状态。该文建立的电池健康状态估计模型可以将健康状态估计误差控制在2.5%以内。弛豫时间分布方法可以实现锂电池特征频率的筛选,且电化学阻抗谱可用于电池健康状态估计,提升电池安全水平。     

基于信号分解的电池交流阻抗测量方法

IEC-61960:2003规定电池交流阻抗测量方法是通过测量电池两端对1kHz±0.1kHz交流电流的响应电压来计算电池阻抗.相对传统采用正弦电流信号注入电池测量电池阻抗的方法,本文提出了一种注入开关脉冲激励电流的新方法测量电池阻抗.根据傅里叶变换原理,通过低通滤波分解出脉冲激励电流信号和脉冲响应电压信号的1kHz基...     

一种基于电机驱动重构的电池包加热集成拓扑

提出一种新的电机驱动与电池包加热一体化拓扑结构，该结构复用电动汽车驱动系统的电气元件进行电电能量变换，以电机磁能作为中间能量，将三相绕组电感作为等效Boost/Buck电路的储能电感，引入储能电容与电机中性线相连形成零序通路，作为外部储能设备与电池进行能量交换，通过交变充放电电流利用电池阻抗在电池内部产生电化学热。考虑到理想的交流加热电流为正弦量，采用基于内模原理的PR控制，理论上可以实现对正弦输入的无静差跟随。仿真结果表明，该控制系统能有效跟踪输入电流，在驻车状态下对电池进行大功率充放电以实现高效自加热。     

MH-Ni蓄电池正负极阻抗分布的电化学研究

应用电流阶越法、线性电位扫描法及电化学交流阻抗法分析了MH-Ni蓄电池正负极的阻抗分布,考察了电极阻抗在放电过程中的变化,对比了正负极的各个阻抗参数,讨论了上述三种电化学方法在电极体系阻抗分析中的优点及缺陷。测试结果表明,在放电初期,负极的欧姆阻抗和电化学阻抗远大于正极,是电池欧姆阻抗的主要组成部分。随着放电程度的加深,负极的阻抗减小,正极的欧姆阻抗与电化学阻抗不断增大,最终接近或超过负极。正极的浓差极化远大于负极,且随放电深度的增大显著增加,是影响电池性能的主要因素。通过成品电极的阻抗分析为提高电池各项性能提供了有效途径。     

C/LiFePO_4动力电池电化学交流阻抗谱的研究

电化学交流阻抗谱可以在不同的充放电条件下提供电池内部欧姆阻抗、电化学极化和离子扩散阻抗变化信息,是判断电池使用性能的有力工具。通过对60 Ah LiFePO4动力电池进行多种荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)下的电化学交流阻抗(EIS)测试,分析欧姆阻抗Rs、电荷传递阻抗Rct和扩散阻抗Zw等EIS参数随电池SOC和SOH状态的变化规律。结果表明,在不同SOC状态下,Rs几乎不变,Rct和Zw在SOC为0~25%和75%~100%两端区间内明显增大,中间区域基本趋于稳定;在100%~95%SOH状态下,Rs、Rct和Zw基本保持稳定,当SOH降低至90%时,电池性能不断衰减,Rct和Zw也明显增大。由此可知,EIS参数可部分反映电池内部极化状态,能够预测储能电池的衰减情况。     

35kV超导限流电抗器直流系统技术分析

分析了35kV超导限流电抗器的直流励磁系统的关键技术：超导绕组的设计制作主要是考虑匝间绝缘、匝间之间的电动力、以及绕组与液氮之间的热交换。直流电源系统的关键是稳态、限流态和恢复态的动作特性。在稳态时。直流源提供恒定的大电流低电压输出;当系统有短路故障时,限流器即转为限流态,直流系统能在5ms内将直流励磁电流降为0．使交流绕组呈现高阻抗状态以限制短路电流;在恢复态时。能在600ms内将直流励磁电流恢复到稳态运行值,使交流绕组呈现低阻抗状态。通过现场的短路试验测试验证了直流系统的动作特性。     

燃料电池EIS检测中DC/DC的自适应无源控制

通过对DC/DC变换器输出纹波进行调试,将纹波电流引入燃料电池并进行分析,得到燃料电池电化学阻抗谱(EIS),但这种方法对DC/DC控制器的快速性和稳定性提出了很高的要求。提出了一种稳定性高、抗扰动能力强的自适应无源控制策略,首先建立Boost电路模型,通过推导出对应的欧拉-拉格朗日方程,并证明该DC/DC变换器的无源性;定义电路模型的能量函数,设计无源控制的控制策略,然后通过参数估计方程,实现对负载导纳的参数估计,完成自适应无源控制器的设计。最后通过对实验结果的分析,验证了自适应无源控制的可行性和有效性。     

基于开关可控电容和半控整流桥的功率源型感应式耦合电能传输系统

该文提出一种单级功率源型感应式耦合电能传输（ICPT）系统,该系统的输出功率在负载发生变化时可以保持恒定。相较于传统电流源型或电压源型ICPT系统,该ICPT系统具有可编程配置的功率源输出能力,实现更宽的输出范围,可以兼容适配不同规格电池模组或超级电容充电。该功率源型ICPT系统在一次侧采用LCC补偿结构,二次侧包括串联一个开关可控电容（SCC）以及一个半控整流桥（SAR）。该文还提出一种协同控制SCC和SAR的方法,实现ICPT系统二次侧工作在谐振的状态,以及可以通过配置二次侧等效负载阻抗实现可调输出功率。由于控制方案是基于固定工作频率和二次侧实时调节,所以无需一次、二次侧无线反馈通信。此外,该单变换器级ICPT系统的开关器件始终工作在软开关模式,减少了开关损耗。最后,通过对ICPT系统进行仿真分析和实验验证,证明了ICPT系统及其控制方法的可行性。     

直流电流复注变换式STATCOMEI北大核心CSCD

为了解决大功率应用场合中传统电流源型变换器与交流电网连接时涉及交流侧感性储能缓冲问题,在传统并联式三相12脉波电流源型变换器直流侧设计一种基于分流电感的直流电流复注变换电路,并以此构造一种新型STATCOM系统。在分析电路结构的基础上给出开关触发时序,获得理论波形;根据系统的等效电路推导数学模型,并提出无功功率控制方法;通过仿真和实验,验证所提电路结构和无功控制方法的可行性与正确性。结果表明:新型STATCOM输入输出性能优良,无需设置入网接口缓冲交流电容器即可保证三相交流电流的连续,无需滤波即可获得高质量的电流波形;根据控制角度命令,STATCOM系统能准确调整输出电流的相位,输出相应的容性无功或感性无功,具备自由调节无功功率的能力。     

直流电流复注变换式STATCOM

为了解决大功率应用场合中传统电流源型变换器与交流电网连接时涉及交流侧感性储能缓冲问题,在传统并联式三相12脉波电流源型变换器直流侧设计一种基于分流电感的直流电流复注变换电路,并以此构造一种新型STATCOM系统。在分析电路结构的基础上给出开关触发时序,获得理论波形;根据系统的等效电路推导数学模型,并提出无功功率控制方法;通过仿真和实验,验证所提电路结构和无功控制方法的可行性与正确性。结果表明:新型STATCOM输入输出性能优良,无需设置入网接口缓冲交流电容器即可保证三相交流电流的连续,无需滤波即可获得高质量的电流波形;根据控制角度命令,STATCOM系统能准确调整输出电流的相位,输出相应的容性无功或感性无功,具备自由调节无功功率的能力。     

基于主动频率注入的直流微电网功率分配策略

针对传统下垂控制在母线电压稳定和输出电流精确分配上存在矛盾的问题,提出了一种基于交流小信号注入的直流微电网自适应虚拟阻抗控制策略.首先,在变换器输出直流电压上叠加低频交流小信号,使注入信号频率与输出电流产生下垂特性,并利用交流有功功率自适应调节虚拟阻抗.然后,设计了切换环节,稳态时切换为下垂控制,利用控制频率得到的稳态...     

采用Z源变换器的小型风力并网逆变系统

基于Z源变换器的小型风力发电并网系统的工作特点及控制结构,不同于传统的电压型逆变器,Z源变换器引入特定的阻抗源网络将变换器主电路和电源耦合在一起,并且通过新增直通零矢量调制实现独特的直流升压功能,从而得到大范围变化的交流输出电压.经过对系统电路和要求的分析,文章对控制系统进行简单的设计.通过原有正弦波调制因子的控制,实现内环并网电流的单位功率因数运行和外环Z源电容电压的稳定;通过直通零矢量调制对发电机输出整流电流进行闭环控制,实现风力发电机的电能输出控制.最后,以2.5kW Z源变换器装置进行实验,实验结果验证了分析的正确性.     

单相光伏并网逆变器控制技术

把光伏电池的特性与光伏并网逆变器结合起来控制光伏电池最大功率传输,提出了用光伏电池最大功率跟踪控制的最大输出电流作为逆变器控制的瞬时参考电流的方法,该瞬时交流参考电流是以光伏电池输出的直流电流作为其峰值,以电网电压的相位和频率作为瞬时交流参考电流的相位和频率,同时为了确保逆变器的稳定性和可靠性,引入了电网电压前馈和滤波器电容电流反馈控制的方法。分析了光伏系统中DC/DC、DC/AC的拓扑电路结构及其实现最大功率并网的控制策略,并利用MATLAB/Simulink对系统进行仿真,仿真结果表明所提控制策略能实时跟踪光伏系统的最大功率点,系统能稳定可靠地向电网传输电能。     

扣式锌—空气电池的阻抗分析

本文研究了扣式锌—空气电池在各种放电状态后的交流阻抗,分析引起阻抗变化的原因,提出电池的等效电路,然后用计算机拟合确定各个电化学参数。     

电化学阻抗谱测量与应用研究综述

电化学阻抗谱(EIS)是一种广泛应用的锂离子电池无损表征方法,其表征的阻抗是确定电池工作边界、评估性能和跟踪功能状态的关键之一,它已被广泛应用于锂离子电池的研究,可用于电池筛选、运维以及性能评估等各环节.综述了基于电化学阻抗谱的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计的应用概况,并概述了电化学阻抗谱测量的频域和时域方法.总结了电化学阻抗谱在电池状态估计中的应用前景和挑战,展望了电化学阻抗谱应用的发展方向.     

基于伪随机二进制信号的电池阻抗测量

利用伪随机二进制信号为电池系统的激励信号,测得相应的输出端电压.在考虑温度和老化等因素对电池阻抗频域特性影响,注入不同幅度的电流信号,实现电池阻抗实时快速测量.在搭建的实验测试平台上进行验证,结果表明,相比传统电化学阻抗谱测量技术,采用伪随机二进制序列信号进行阻抗测量方法快速简单.它能够有效实时地对非线性电池系统进行辨识,较为准确地测量在不同环境下电池阻抗动态变化.     

基于伪随机二进制信号的电池阻抗测量

利用伪随机二进制信号为电池系统的激励信号,测得相应的输出端电压.在考虑温度和老化等因素对电池阻抗频域特性影响,注入不同幅度的电流信号,实现电池阻抗实时快速测量.在搭建的实验测试平台上进行验证,结果表明,相比传统电化学阻抗谱测量技术,采用伪随机二进制序列信号进行阻抗测量方法快速简单.它能够有效实时地对非线性电池系统进行辨识,较为准确地测量在不同环境下电池阻抗动态变化.