轨道交通混合储能系统的研究与实现

为给轨道交通储能系统的前期研究及后期验证提供实验条件,结合轨道交通实际运行工况、功率参数和容量配置等,围绕储能元件特性、变流器系统设计展开研究,选取超级电容和锂离子电池作为储能元件,以双DC/DC拓扑为主电路,dSPACE为控制器,搭建具有牵引耗能和制动馈能的轨道交通混合储能系统。     

地铁混合储能系统及其功率动态分配控制方法

针对城市地铁制动能量瞬时大功率、短时大能量等引起的牵引网电压安全问题,提出采用超级电容-锂电池组成双DC/DC架构的混合储能系统进行制动能量吸收。通过引入制动电阻辅助分流,研究采用电压分级的方法实现混合储能系统中超级电容、锂电池以及制动电阻的启停控制;同时根据一阶低通滤波法以及基于超级电容荷电状态的动态滤波常数调整方法,优化超级电容组和锂电池组的输出功率,并在MATLAB中搭建了仿真模型。仿真结果表明该控制方法可以有效抑制牵引网电压的波动,同时提高了混合储能系统整体性能和性价比。     

超级电容电池在锂离子动力电池系统中的应用

介绍了一种以锂离子电池、 超级电容电池以及电压控制装置为主体的混合能源系统.其中,锂离子电池为车辆主要动力源,超级电容电池为车辆辅助动力源,电压控制装置对母线电压进行控制.在低温环境下,电压控制装置控制锂离子电池与超级电容电池相互充电,从而让锂离子电池通过其内阻产生自发热,实现内部升温.该混合能源系统的优势在于,利用锂...     

基于超级电容和蓄电池的光伏系统储能研究

超级电容器功率密度大,循环寿命长,适合与能量密度大的蓄电池混合使用,共同组成独立光伏发电系统中的储能部分。针对独立光伏发电系统的特点,分析了两者的特性,提出了1种超级电容与蓄电池混合储能的充电控制方案。实验结果表明,超级电容和蓄电池混合储能可有效实现系统的能量管理,确保光伏板和混合储能系统的协调工作。     

电动汽车混合储能系统的事件触发无差拍控制

混合储能系统具有高功率密度和高能量密度的性能优势,已经被广泛应用于电动汽车.以电动汽车的电池-超级电容混合储能系统为研究对象,针对传统控制方法中快速动态响应和计算负荷的矛盾,提出一种基于事件触发无差拍控制的方法.该控制方法继承了无差拍控制方法响应速度快、过冲量小的优点,可以在一个控制周期内计算获得最优控制信号,从而充分利用混合储能系统应对复杂工况,以达到稳定母线电压的目的 ;同时,通过引入事件触发控制策略,根据系统状态消除冗余计算,可以在保持控制性能的前提下有效降低计算负荷.基于Matlab/Simulink构建了电池-超级电容混合储能的数字仿真系统,仿真试验结果表明所提出的事件触发无差拍控制具有良好的控制效果:①可以将直流母线电压纹波稳定控制在参考值1.4％,接近传统无差拍控制的1.1％,性能上满足要求;②计算执行平均次数是传统方法的61.2％,计算负荷减小了39.8％;③引入事件触发控制机制,可以有效消除冗余的开关动作,提高混合储能系统的整体效率.最后,围绕中国电动汽车的行驶工况,基于OPAL-RT的硬件在环试验,进一步验证事件触发无差拍控制方法在电池-超级电容混合储能系统的有效性,研究结果为电动汽车混合储能系统的控制提供了一种参考.     

电动车制动能量回馈下超级电容器的储能特性

为了研究在电动车制动能量回馈下超级电容器的储能特性,本文提出了一种模拟制动能量回收的实验方法。通过该实验方法测量了不同的超级电容初始电压下其回收的制动能量,获得了超级电容初、末电压之间的关系,进而得到超级电容初始电压与其制动能量回收效率之间关系的模型,通过该理论模型获得了系统达到最大效率点时所对应的初始电压。并用MATLAB/Simulink验证了该实验方法的有效性,为超级电容最大化回收制动能量提供了参考依据。     

微生物燃料电池的电能采集系统

设计了用于微生物燃料电池的电能采集电路.考虑微生物燃料电池输出功率小(约0.5 mW),不足以直接驱动负载和升压电路,故采用电荷泵收集电池的电量作为后续直流变换电路的启动电压.以超级电容为储能元件,最终直流变换成负载需要的电压.电荷泵和升压电路之间设计了一个电子开关,根据设定的阈值能自动闭合与断开.实验显示:该电路在0.3V,0.5 mA输入时就能开始运行,电子开关在2.2V时闭合,在1.6V时断开,可实现储能电容自动循环充放电,充电速度和输入电压成正比,和储能电容的大小成反比,最终电压变换成3.3V或者5V.实验结果表明:该电路适用于微生物燃料电池电能的采集,能收集污水处理时产生的电能,能间歇地为户外水质检测系统提供电能,实现了燃料电池电能的实用化.     

基于节点电压排序算法的电池储能系统配电网电压调节

分布式发电系统接入配电网容易造成节点电压的波动，影响用电设备的工作。随着电池技术的成熟，通过电池储能系统(Batteryenergystoragesystem,BESS)控制电池充放电实现配电网电压调节的方法得到了广泛的应用。由于电池充放电次数有限，提出一种节点电压排序调节算法以减少电池的充放电次数，提高电池的使用寿命，并根据节点电压值设定储能系统充放电阈值，使未越限节点辅助参与电压调节。并检测电池的电荷状态（StateofCharge,SOC），根据SOC选取合适的充放电组合，避免出现过充、过放问题。利用IEEE33节点配电网模型对提出的调节方法进行了仿真验证，结果表明所提出的调节方法能够实现电压的调节，并降低电池的充放电次数。     

基于锂电与超级电容的车用混合储能系统研究

超级电容的高功率密度使它们可以成为电动汽车或混合动力汽车的负载平衡装置,此外,其快速充电的特性非常适合应用于功率再生制动。针对纯电动汽车和混合动力汽车储能系统的特点,将超级电容与蓄电池混合使用,制定相应的控制策略。通过仿真验证混合储能系统可以有效地实现能量管理,进而提高新能源汽车的续航里程。     

一种适用于分布式发电的双向DC/DC变换器研究

基于开关电感有源网络提出一种新型双向DC/DC变换器拓扑,在实现大变比的同时避免了极限的占空比,并且有效地降低了开关器件的电压应力.详细分析了所提变换器在升压模式和降压模式下的工作原理和电路特性,在MATLAB/SIMULINK平台中搭建了仿真模型进行了原理验证,结果证明了理论分析的正确性.所提电路拓扑在分布式发电系统的应用中具有一定的参考价值.     

基于自适应拓扑的电池动态分组均衡方法

传统电池分组均衡方法用于减小电池组不一致性时,其分组方式存在低效耗能问题,因此提出了一种基于自适应电路拓扑的电池分组均衡方法。结合开关组与Buck-Boost电路特点,设计了用于电池分组均衡的自适应电路拓扑,在分析模糊C均值(FCM)聚类算法需给定初始聚类中心及隶属度矩阵等不足的基础上,从软件角度提出了用于实现电池分组的基于密度的模糊C均值(DBFCM)聚类算法。每个均衡周期内,采用DBFCM聚类算法实现电池单体聚类分组,依托自适应电路拓扑对聚类完成的电池各组进行组间均衡操作。实验结果表明,该方案可有效提高电池组的整体能量利用率,缩短均衡时间,减小单体电池间的不一致性。     

基于Cuk斩波电路的电池组均衡方法

电池均衡技术可有效减小锂电池组串联使用过程中的不一致性。基于此提出了一种使用Cuk斩波电路作为均衡器的新型均衡拓扑,该均衡拓扑使用双层开关选择均衡单体电池连接到Cuk均衡器,同时该均衡器采用零电压导通技术。均衡方案使用单层均衡器实现模组内部单体之间以及不同模组的单体之间均衡能量的同时转移。该均衡方案具有均衡电流连续且波动较小、均衡能量转移效率高等优点。对12节串联的锂电池组进行了充放电均衡实验以及静置均衡对比试验,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能。     

基于可信度因子推理模型的电池组均衡方法

针对锂离子电池在成组使用过程中出现的电压、容量、内阻等不一致性问题  ,分析了传统电压均衡策略的优缺点,结合双向Cuk分组均衡器控制简单、均衡能量可双向传输及均衡电流易控制的特点,提出了一种基于可信度因子(C-F)  推理模型的分组均衡方法。该方法定义了单体电池的荷电状态(SOC)和端电压的不均衡度,利用C-F推理模型得到了电池组整体不均衡度,通过控制拓扑电路的均衡电流大小和方向减小了电池组的不一致性。对比实验表明,该方法能够有效地减小单体电池端电压和SOC的不一致性,提高电池组的整体能量利用率。     

车用锂离子动力电池组均衡管理系统研究进展

锂离子电池因其能量密度高、功率密度高和循环寿命长等优势已成为电动汽车动力电池的首选,然而成组后单体间的内阻、容量及电压等特性差异可能对整车电池系统的寿命、安全及性能带来严重影响,而均衡管理是保障动力电池一致性的有效方案。基于电池状态信息对电池组进行均衡管理,能够提高动力电池组的可用容量,降低单体间不一致性所导致的衰减、容量损失,并避免因过充、过放等异常使用而导致的安全风险。但由于高成本的均衡拓扑设计与复杂的均衡控制策略,均衡系统目前较难以广泛推广。梳理近年来均衡管理系统的研究进展与可行方案,较为具体地介绍了均衡电路拓扑结构及其工作原理,并总结了目前常用的与新颖的均衡控制变量,分析各类均衡控制策略在实车应用时的优劣,系统性地比较各种均衡方法的优缺点。梳理目前亟待解决的均衡技术难点,并对均衡技术发展进行了展望。     

一种适用于光伏发电系统的高增益Boost变换器

一般而言,光伏阵列电池的输出电压较低,必须经过升压才能满足后级逆变器的要求.在分析普通单相Boost变换器在高增益变换场合显现的不足的基础上,提出了串入等效电压源的概念,采用耦合电感实现了高增益变换.研究结果表明,其拓展了变换器的电压增益,减小了开关管的电压应力.漏感能量能够无损转移,提高了系统的效率.     

电动车辆铅酸电池快速充电系统

为提高电动汽车用铅酸蓄电池的充电效率,缩短充电时间,在分析快速脉冲充电的基本理论和动态模型基础上,设计了一种分阶段变电流的电动车辆用铅酸蓄电池快速充电器。该充电器采用了移相全桥软开关的主电路拓扑,具有较高的效率,而且电流、电压应力小,工作可靠。试验表明,与恒流恒压的充电方式比较,脉冲充电技术具有充电时间短,充电温升小的优点。因此在铅酸蓄电池中采用脉冲充电方式能有效缓解铅酸蓄电池的极化。理论和试验均验证了脉冲快速充电的可行性。     

一种改进的铅酸蓄电池充电器

通过分析铅酸蓄电池组串联充电不均衡的产生原因,采用不对称半桥和Buck两级主电路结构,结合三段式充电法,提出了一种改进的充电器设计方案,解决了充电不均衡的难题.实验结果表明,该方案能实现蓄电池组的并联均衡充电,避免电池性能差别的扩大,不对称半桥的零电压软开关也提高了充电器的效率.     

基于荷电状态的锂离子电池组主动均衡控制

针对锂离子电池组中单节电池间的差异性会对电池组的可使用寿命以及容量利用率造成严重影响,设计了一种电感式主动均衡电路。基于递推最小二乘扩展卡尔曼滤波(RLS-EKF)算法在线估算锂离子电池的荷电状态(SOC),同时以SOC值作为均衡准则对锂离子电池组实施均衡控制,实现了一种主动均衡控制策略,并开发了锂离子电池组能量均衡管理系统测试平台。实验结果表明,RLS-EKF算法的SOC估算误差在3.5%以内,并且所提出的主动均衡控制方法极大改善了电池间的差异性,电池的容量利用率大幅度提高。     

磷酸铁锂电池组的动态诊断与均衡策略研究

针对混合动力汽车单体电池性能的不一致性造成的不利影响,研究了动态过程中的电池特性规律,并设计了相应的均衡策略,进而进行了试验验证。该策略以高速采样系统为基础,在动态过程中对电池组各单体电压进行实时精确采集并分析处理,再通过大量试验总结出的电池特性规律,动态诊断出需要均衡的单体,并进行均衡。试验结果表明,均衡策略快速准确,效果显著,使电池组使用特性得到了很好的优化。