面向直流操作电源系统的LiFePO4电池性能优化控制研究

磷酸铁锂电池电压变化范围较宽且充放电特性敏感,一般不宜简单应用于需要长期处于浮充状态的直流操作电源系统。为此,提出了一种磷酸铁锂电池在直流操作电源系统应用中的优化控制方案,根据磷酸铁锂电池工作状态,利用AC/DC充电电源优化控制电池的充放电电流大小,使电池在浮充状态下获得电池期望的充放电电流,以实现磷酸铁锂电池在直流操作电源系统中的安全高效经济应用。首先,基于直流操作电源系统指标要求与磷酸铁锂电池性能优化要求,确定其期望的充放电状态与充放电电流值;然后,根据磷酸铁锂电池期望的充放电电流值与内部等效状态,在允许的电压波动范围内调节直流操作电源系统中AC/DC变换器的输出电压,迫使磷酸铁锂电池的实际充放电电流趋于期望的充放电电流,从而优化磷酸铁锂电池的性能。最后通过理论分析与实例分析说明了方案的可行性。     

基于RS485通信锂电池充放电系统控制策略设计

本设计作为可远程控制锂电池充放电的系统,能够为恶劣环境下的电子设备提供电源。锂电池充放电控制系统的通信部分采用RS485通信,由PC端作为上位机发布锂电池充放电命令,STM32单片机作为下位机执行对锂电池的充放电控制命令。整个系统由充电电路、放电电路、电压及电流采样电路、充放电指示电路和蜂鸣器报警电路构成。控制系统通过获得的锂电池电压与电流信息,对数据进行可视化操作。当充电时电压达到4.2V时,结束充电进程,进行锂电池过冲保护;放电时电池电压小于2.8V时,应当结束放电过程,进行锂电池低压保护。通过实验表明,该设计能够防止电池过充、过放、短路、过流等问题,增强系统应用弹性,提高安全系数。     

箱式储能系统及电热性能

开展了500 kWh集装箱式锂电池储能系统集成设计及研制。研究了储能系统静态下电池单体、电池模块、电池簇的电压和内阻一致性,以及储能系统额定功率充放电过程中电压、电流和温度特性。静态下储能系统单体电压极差8 mV,电池模块电压极差93 mV,内阻极差0.41 mΩ,电池簇电压极差150 mV,内阻极差17.63 mΩ;充放电过程中储能系统簇间电流极差6.8 A,电压极差3.0 V,电池最大温升15.0℃,最大温差5.0℃。研究结果可以为大容量集装箱式锂电池储能系统电池组性能评价提供参考。     

基于EKF的船舶动力锂电池剩余容量估算

在船舶锂电池储能系统(RESS)应用中,准确估计剩余容量(SOC)是储能系统安全充放电的基础,SOC无法直接测量,只能通过测量电池外电压电流,根据电池特性进行计算得到。目前,传统SOC估计算法精度低,现流行的算法存在计算复杂的问题,并对依赖于SOC初始值精度,在运用中问题重重,难以保证船舶RESS的安全、寿命和容量利用率。为提高SOC估算精度,对锂电池的等效电路PNGV模型进行试验及参数辨识,并结合拓展卡尔曼滤波(EKF)算法,测量锂电池电压及电流,综合进行SOC的估算,经试验,SOC估算精度相比传统算法得到了提高,并解决了SOC估计对初值的要求高的问题,由此证明了PNGV模型结合扩展卡尔曼滤波算法精确估计SOC的可行性。     

基于SVM的锂电池SOC估算

以锂电池SOC作为研究对象,将基于VC维和结构最小化理论为基础的支持向量机(SVM)的方法引入到锂电池SOC的估算中。充分利用支持向量机的对锂电池非线性独特的功能,综合考虑锂电池的电压、温度及电流等因素对SOC的影响,提出了支持向量机估算电池SOC的算法,并将其在锂电池充放电实验中验证。结果表明,支持向量机在估算锂电池SOC时,可以获得更高的估算精度,为电池管理系统提供一种实用的SOC估算方案。     

动力锂电池组充放电智能管理系统设计与实现

锂离子电池组充放电过程中对电压、电流和温度比较敏感,而且各单体电池存在不一致性.提出了一种新的锂电池组充放电智能管理系统,能够实时检测电池组单体的电压、电流和温度,控制电池组均衡充放电,并实现对电池组充放电过流保护和负载短路过流保护.系统具有集成度高,体积小,精度高,反应快并能够灵活地扩展系统容量等优点.     

动力锂电池组充放电智能管理系统

提出了一种全新的动力锂电池组充放电智能管理系统,以ISL9216、ISL9217为模拟前端(AFE),ATmega32为控制芯片,MAX1033为辅助锂电池电压采集IC,DS18820为单节锂电池温度传感器,成功地实现了一个14节锂电池串联动力锂电池组的充放电过电流保护和放电时短路电流保护,充放电循环次数记录,单节锂电池电压监测,电池组温度监测以及高达200 mA平衡电流的快速电量平衡等功能,具有体积小,成本低,精度高,反应快,电路简洁等优点.     

退役三元锂电池梯次利用衰减加速评价方法

通过测试分析电池充放电的电压、电流及容量的变化曲线,提出了一种梯次利用三元锂电池储能系统的电池衰减加速评价方法,实现对三元锂电池性能状态的快速无损评价判断,对健康状态给出半定量评价,尤其对三元锂电池的加速衰减现象给出准确判断.具体采用的是一种电压容量变化比的偏差计算方法,当电压容量变化比的偏差连续两次大于1.08时,则...     

储能锂电池组串现场容量试验方法研究

储能锂电池组串由大量锂电池串并联组成,由于其电压高、电流大、容量大,无法使用电动汽车锂电池模组容量试验方法。描述了储能锂电池组串容量的定义,分析了充放电倍率、温度、充放电截止电压对锂电池容量试验的影响,比较了锂电池容量试验标准,并根据不同厂家电池组串容量试验方法,提出了一种具有通用性的储能锂电池组串现场容量试验方法,该试验方法对储能电池维护工作具有指导作用。     

基于LABVIEW的锂电池监控系统

提出了一种基于LabVIEW的锂电池监控系统,整个系统由上位机和下位机组成。下位机通过MSP430F5529单片机及TI的电池管理芯片BQ76PL536对电池组的充放电过程进行控制,同时采集锂电池组每节单体电池电压、主回路电流及电池组温度等信息,MCU通过串口把电池组信息传送到上位机。上位机通过LabVIEW对采集上来的数据进行分析处理,把电池单体电压、主回路电流、电池均衡信息、电池组温度及电池电量等信息实时地显示在前面板上,并保存采集上来的数据。     

基于微处理器的锂电池高精度充放电控制研究

采用Buck鄄Boost双向变换器构成了锂电池充放电主回路,提出了基于微处理器的锂电池高精度充放电电流、电压控制方法,主要包括拓展10位A/D变换精度的算法、分阶段PI控制算法和高频PWM的高精度输出算法。给出了实验结果,得到了响应时间为10ms,绝对稳态误差为±1mA的无超调高精度充放电电流响应。文中采用普通的硬件主回路和控制回路,研究了通过软件提高锂电池的充放电控制精度的方法。     

单体电池特性测试仪的设计与实现

设计了一种基于STM32F407IG控制器的单体电池特性测试仪,该系统由STM32F407IG控制器、充放电电路单元、彩屏LCD显示单元、电源单元、按键单元和USB转串口单元组成,并通过USB转串口单元与上位机相连。测试仪能对标称电压3.7 V的锂电池和标称电压3.2 V的磷酸铁锂电池进行充放电,显示充放电特性曲线并计算电池容量;能设定充电截止电压、充电电流、放电截止电压、放电电流、采样时间间隔等参数;能保存历史充放电数据并上传至上位机。测试结果表明所设计的测试仪具有良好精度,对研究单体电池特性有很大帮助。     

动力锂电池的寿命研究综述

对国内外动力锂电池的寿命研究进行了综述。从动力电池的寿命定义入手,分析了温度、充放电电流、充放电截止电压等因素对电池寿命的影响。介绍了动力电池的寿命测试方法,包括循环寿命测试和日历寿命测试、电动汽车寿命模型和电动汽车健康状态(state of health,SOH)的估计。提出了动力锂电池寿命研究有待解决的问题。     

基于内阻动态电压跟随的锂电池均衡策略

新能源行业在国家政策及产业东风的支持下迅速兴起,大型锂电池模块应用得越来越多。大型锂电池模块一般由多个小单体电芯串联而成,由于工艺差异,经过长时间工作以后,这些电芯会出现不平衡现象,若直接更换则成本很高,大多数场合可对失衡的锂电池模块进行均衡修复。当前,多数均衡设备使用的均衡策略对应的均衡时间较长,本文提出基于内阻动态电压跟随的锂电池均衡策略,在传统恒流充放电均衡策略的基础上,引进线阻与内阻的检测,基于线阻与内阻的动态变化及电芯充放电的实时特性,对均衡模块的输出电压进行补偿,使其一直跟随电芯电压变化,从而保证电池单体基本处于恒流充放电状态。以真实电池进行对比测试表明,动态跟随均衡策略在保障安全的前提下可提高均衡效率。     

储能系统直流侧纹波电流对锂离子电池寿命影响分析及优化控制策略

针对储能系统直流侧纹波电流对磷酸铁锂电池寿命影响问题,通过分析磷酸铁锂电池寿命模型的变化机理和规律,发现纹波电流下影响磷酸铁锂电池寿命的关键因素是电池充放电状态期间的电流平均值而非电流有效值,电池充放电状态期间电流的平均值越大,电池老化程度越快,并通过设计仿真以及实验验证了所发现的规律。基于该规律可优化储能系统安全经济运行的控制策略,在电网不平衡时采取抑制交流侧功率波动而放宽直流侧功率波动的控制策略,并在光储系统恒定有功功率并网时,基于电池老化特性曲线和储能系统并网谐波含量符合要求下,提出了一种延长储能电池使用寿命的多储能变流器协调控制策略,与传统控制策略相比,可减缓电池老化速度的19.8%。     

基于MSP430F5529的电池管理系统

提出了一种基于MSP430F5529的电池管理系统。MCU通过SPI与电池管理芯片BQ76PL536之间进行通讯,实现对电池组电压、温度、充放电回路电流及电池组状态进行监测。如果电池组出现过温、过压、欠压时,电池组采取不同的充放电方式。在充电过程中如果出现电池充电不平衡的情况,触发电池均衡管理。     

轨道交通用钛酸锂电池不一致性研究

以搁置一年的钛酸锂电池单体及模块为研究对象,分别对不同荷电状态下搁置的单体和模块进行初始电压、剩余电量、充放电容量等参数的测试,得出单体电池电压及内阻分布;并采用容量增量分析法分析钛酸锂电池在浮充搁置状态下性能的变化,进而研究不一致性对长期处于浮充状态的辅助电源寿命及性能产生的影响。通过整箱电池的电压分布,结合OCV-SOC特性曲线,选出浮充的最佳电压点,为轨道交通中使用的钛酸锂电池充放电控制策略的制定提供可靠依据。     

多组乏锂电池并联运行在储能系统中的应用

从电动汽车上被替换的动力锂电池称作乏锂电池,在重新筛选分组之后可以继续用于具有平抑配网功率波动功能的储能系统中,但是这些电池容量衰减,内阻增大,充放电效率降低。通过对电池内阻特性以及锂电池的外特性的分析,提出了电压电流双环控制的多组乏锂电池并联运行的方法,提高储能系统配置容量和充放电效率,使乏锂电池在平抑功率波动上有更好的跟踪补偿精度。仿真和实验结果表明,多组乏锂电池并联运行可以提高乏锂电池充放电效率和功率平抑逆变器功率跟踪精度,验证了所提方法的可行性。     

面向低速电动汽车的锂电池保护系统设计

在低速电动汽车的动力电池选择上,锂离子电池以其独有的优势正在逐渐走向低速电动汽车的市场。针对锂离子电池充放电过程中发生的充电过压、充电过流、放电过流以及短路等情况,以ML5238作为电池采集芯片,以恩智浦的MKE06Z64作为主控芯片,设计了一套锂电池保护系统。本系统实现对锂离子电池充放电的电流、电压检测和显示,并且对电池的充放电进行保护,同时对充电过程发生的电池不均衡现象设计了电池的均衡功能。     

多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制

介绍了多电池组储能系统中常用几种电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理,并对与电池连接的双向DC-DC变换器的控制策略进行了研究。研制了一台由3路双向DC-DC变换器和1路双向PWM变流器构成的电池充放电系统,功率为120 kW,能满足3路电池的独立充放电要求。在锂电池储能系统中的实验结果表明,研制的双向DC-DC变换器,具有电池充电、电池放电、孤岛运行和电池互充放电等多种功能,而且充电电流纹波电流小于0.5%,波形平滑,可适用于多组,宽范围电压的电池组的充放电要求。