基于并联拓扑的锂电池组充电电路设计及Proteus仿真

鉴于锂电池组在循环充放电过程中存在温升、过充放及单体电压不均衡等现象,会导致电池组单体间容量差异化增大,进而降低其使用寿命。为此,结合锂电池充放电需求,基于并联拓扑和均衡理论,采用“PWM整流+反激式间接直流变换+Buck降压斩波”原理设计充电电路,并通过ADuC812单片机实现电压、电流、温度的全程实时监控。最后,以6700901型磷酸铁锂电池组(LiFePO4)作为实验对象,利用Proteus软件对锂电池组充电电路、保护电路及均衡电路分别进行了仿真。结果表明单体电压间极差由充电前的0.065 V降至0.003 V,验证了充电电路的可行性与较好的均衡效果,保护电路亦达到预期效果。

基于模糊控制的锂电池组分层均衡研究

传统的电感式均衡电路中要实现电池组均衡,能量只能通过相邻电池慢慢传递而不能在任意电池间转移。这种均衡方式效率低,均衡路径、时间长。为此,提出一种Buck-Boost电路与反激式电路相结合的新型分层拓扑。组内均衡采用双向Buck-Boost电路,使能量仅在相邻两节电池之间转移,因而均衡路径短。组间均衡采用双向反激式电路,通过控制原副边绕组开关管状态,使能量在模组与电池组间相互转移,从而达到电池组均衡。在均衡过程中加入模糊控制策略,动态调节开关管的占空比,以输出合适的均衡电流、提高均衡效率。搭建Matlab仿真模型进行分析。仿真结果表明,所提出的均衡电路相较于传统的Buck-Boost电路在静置和充、放电状态下均衡时间分别缩短约18%、17%和20%。均衡效率的提高对未来电动汽车等多锂电池串联设备的发展有着重要意义。

基于变论域模糊PID算法的锂电池组级联式均衡控制

为了解决锂电池组在长期使用过程中串联单体电池之间电压存在不一致的问题,提出了一种基于变论域模糊PID控制的级联式双向Cuk均衡电路系统。该系统采用级联式双向Cuk均衡电路实现了不相邻电池之间的均衡,采用变论域模糊PID算法提高了电池电压的均衡速度。为了验证该系统的可行性与优越性,在MATLAB/Simulink中设计了传统双向Cuk均衡电路和级联式双向Cuk均衡电路仿真模型,模糊PID算法和变论域模糊PID算法控制下的仿真实验结果对比表明,基于变论域模糊PID算法的级联式双向Cuk均衡拓扑的均衡时间比未加控制算法的传统双向Cuk均衡拓扑的均衡时间减少了64.29%;比未加控制算法的级联式双向Cuk均衡拓扑的均衡时间减少了50.82%;比基于模糊PID算法的级联式双向Cuk均衡拓扑的均衡时间减少了14.29%。系列仿真实验结果对比分析验证了基于变论域模糊PID控制的级联式双向Cuk均衡电路系统可以提高电池的电压均衡速率。

锂电池叉车动力锂电池组散热系统设计与验证

为保障新能源汽车动力锂电池组在电动叉车上的快速推广及可靠应用,研究设计一套极简的叉车动力锂电池组散热系统,解决电动叉车循环高温工况及低压大倍率充放电特性下的动力锂电池组高温问题及循环寿命大幅降低问题变得尤为重要。通过对电动叉车搭载动力锂电池组的热性能仿真分析,对车架结构及动力锂电池组进行了优化设计,保障了动力锂电池组在电动叉车系统中应用的可靠性。通过电动叉车典型工况的模拟试验验证,保障了动力锂电池组在高温环境下运行时,热平衡时的温度能维持在合理的温度区间下工作,避免了电池高温问题以及高温对电池寿命的影响。为电动叉车批量化搭载动力锂电池组进行推广应用提供了有力保障。

基于电动船锂电池组的远程监控系统设计

针对新能源电动船载动力、机电设备在船舶位置不定的情况下,售后维护成本高以及供应商难以及时分析现场设备运行状况等现实问题,研制了一种船载锂电池设备远程监控系统,实现远程电池组状态监测、电池组数据云端存储及分析、电池组相关设备控制。该系统为电池组相关应用人员提供远程实时获取锂电池组运行状态信息和远程管理锂电池组的接口,有效降低设备售后成本和提高设备运维效率,同时有效解决现场BMS硬件计算资源有限、数据存储能力有限、无法应用更高精度更加复杂的SOC估算等算法的问题。

基于分段聚合和卡尔曼滤波的锂电池组SOC估算

针对原有的锂电池组荷电状态(state of charge,SOC)估算方式是在电池放电后进行测量,在电池内阻数值较大时难以获取明确的开路电压,导致其在锂电池组SOC估算上具有误差等问题,设计了基于分段聚合和卡尔曼滤波的锂电池组SOC估算方法.在构建等效电路模型的基础上,辨识锂电池参数,并定义开路电压等锂电池组SOC估算指标.分段聚合切换锂电池反馈路径,利用卡尔曼滤波线性递推估算锂电池组SOC数值.结果表明:以锂电池脉冲放电过程为测试条件,提出的方法估算结果与实际SOC值基本一致,在SOC为0.6时,该方法能将SOC估算相对误差控制在0~0.4%.

基于锂电池组的停泊兼应急电源系统设计

针对某长江散货船的营运特点和需求,提出一种基于锂电池组的停泊兼应急电源系统模式。通过对船用规范要求、锂电池性能优势和应用可行性的分析,结合该船型蓄电池组功能需求,基于实用性和经济性确定锂电池组容量,形成1套适用于长江散货船的停泊兼应急电源系统具体技术解决方案。结果表明,通过锂电池储能系统实现内河船舶主应急电源兼用的技术路线完全可行,既满足绿色环保要求,又提高了设备工作效率。

基于最大SOC的串联锂电池组均衡策略研究

针对串联锂离子电池组在使用过程中各单体电池存在不一致性的问题,以四节单体电池串联电池组的开关电阻放电式被动均衡拓扑结构为研究对象,考察基于SOC最大值为均衡变量的控制策略。基于Matlab/Simulink搭建了串联电池组的均衡充放电模型,对最大SOC作为均衡变量的控制策略进行性能仿真,并与基于最小SOC及传统基于剩余容量的均衡控制策略进行对比。分析结果表明,以最大SOC为均衡变量的控制方法在均衡误差为0.1%时,其标准差是最小SOC的3.8%,是传统基于剩余容量法的1.75%;同时,其均衡完成时间比最小SOC减少了41%,比传统剩余变量减少了70%。该均衡控制方法效率相对较高,在解决不一致性问题的同时对充电时间也有极大改善,能够有效提升电池的容量利用率。

基于电感的锂电池组双向主动均衡控制研究

针对锂离子电池组使用过程中各单体电池出现的能量不一致性问题,构建一种基于电感能量双向转移式的主动均衡拓扑结构,并依据OCV和SOC对应关系提出了相邻SOC差值和电压双变量的均衡控制策略。电感与锂电池之间通过主回路和次回路组合的模式实现单体电池间的能量转移,以Buck-Boost均衡电路为基础,调节PWM驱动信号占空比提高均衡速度和效率,并以UKF算法估计SOC,对各单体电池的SOC进行估计排序。锂电池充放电及静置仿真的结果表明,电池组之间SOC差值控制在3%以内,电压差值均衡在0.01 V以内,均衡速度相较于传统的电感均衡提高了51%。研究表明,该方法能够很好地完成电池组的能量均衡管理,效率相对较高,提高了电池的使用寿命。

温度波动对电动汽车锂电池组放电特性的影响分析

构建了能量和功率函数,设置了二阶RC模型分别对各温度下的串联电池组夸张了放电测试。研究结果表明:单体电池温度都介于29~38℃之间,统计样本概率后拟合函数可知,串联电池组形成了具有正态分布特征的温度曲线;提高电池组平均温度后,达到了更高能量利用率;随着温差增加,会造成电池组能量利用率下降,温差对能量利用率的影响在14℃时出现转折点。该研究为电池组热管理的温度阈值控制提供数值参考。

基于可重构电路的锂电池组充放电均衡器设计

针对锂电池组在充放电后锂电池单元能量不一致问题,提出了基于可重构电路的锂电池组充放电均衡电路。在充电阶段,均衡器通过改进的可重构电路控制锂电池组的串并联形式以及锂电池单元的充电状态,实现锂电池组充电均衡;在放电过程中,通过同步Buck电路结合开关管给能量最低的锂电池单元补充能量,实现放电过程中的能量均衡;最后,在MTALAB/Simulink中,对4节锂电池单元组成的电池组进行仿真和均衡验证。结果表明,该均衡器在锂电池组充放电过程中能实现快速均衡,并有效降低电池的不一致程度。

基于锂电池组的储能装置原理及控制策略研究

储能装置可应用于新能源系统、配电网系统、UPS系统等各式场合。而锂电池的功率密度高、体积小,适用于储能装置。但是单个锂电池组构成的储能装置受到新能源的波动性、随机性,负载的波动性、随机性的影响,其充放电电流过大,且易导致深度充放电。而多个锂电池组构成的储能装置能够切换锂电池组进行充放电,因此可控制其充放电电流与充放电深度,因此提高了储能装置的寿命。为验证该储能装置的优越性,搭建了仿真模型,仿真结果表明该储能装置能够平滑锂电池组的充放电电流。

动态工况下锂电池组多物理场仿真与退化分析

目的提高锂电池组SOH评估的准确性,提出面向实际复杂动态工况的锂电池组退化仿真分析方法。方法通过耦合多个电池单体P2D电化学–热模型和电池组串并联等效电路–热–流体模型,建立锂电池组多物理场耦合仿真模型,分析电池系统实际使用过程中电流、温度等工况的动态特性,构建锂电池组广义动态工作载荷谱。开展模型验证和典型3并5串锂电池组多物理场仿真分析,并耦合基于SEI膜生成机理的容量退化模型,分析在动态工况下内部各电池单体的容量及SOH退化情况,并给出该型电池组寿命的薄弱环节。结果动态工况下,锂电池退化轨迹呈高度非线性,环境温度为25~60℃时,随着温度的升高,电池组退化较快,但电池组内部最大温差反而减小。结论提出的方法能够很好地量化实际复杂动态工况对锂电池组退化的影响,为其可靠性设计和运行管理提供了技术支撑。

一种新型机载锂电池组早期故障预警方法

因机载28 V串联锂电池组内部早期故障难以被发现,且会持续恶化,严重时还会导致飞行事故发生。研发一种新型机载锂电池组早期故障预警方法,融合了基于改进样本熵及改进相关系数的锂电池早期故障预警方法的优点,能及时找出串联锂电池组内发生早期故障的单体电池且能够准确识别早期故障类型。实验结果表明:在DST工况下,该方法与基于改进样本熵的电池组早期故障预警方法相比,预警误报率降低90.48%,并能够准确地识别被注入的早期故障电池单体序号及早期故障类别。

基于改进门控循环单元神经网络的锂电池组荷电状态预测

准确预测锂电池组的荷电状态(state of charge,SOC)能够有效防止电池过度充电或者放电,是储能设备安全运行的重要保障。为了解决SOC无法通过测量直接获得的问题,提出了一种基于猎人猎物优化算法(hunter prey optimization,HPO)优化门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)神经网络的预测模型。在GRU的基础上添加Dropout机制,来增强模型的泛化能力,并通过HPO算法优化GRU的超参数,使锂电池的数据特征与网络拓扑相匹配。为了验证HPO-GRU模型的有效性,以某储能公司现场采集的储能锂电池组历史数据进行仿真实验,并与反向传播神经网络(back propagation,BP)、长短期记忆网络(long short term memory,LSTM)和GRU 3种预测模型的预测结果进行对比分析。可得HPO-GRU模型预测值与真实值的误差最小,在5%以内。可见HPO-GRU模型的预测精度最高,具有良好的鲁棒性以及较强的泛化能力。

锂电池组装配生产系统的建模及仿真优化

某企业的锂电池组装配生产系统在实际生产中面临着产量低、工位机器利用率不合理、物料缓冲区库存量过大等问题。针对以上问题,利用Petri网对其进行建模,直观展示锂电池组的装配生产流程,并采用关联矩阵的方法验证模型的可行性。而后运用Witness软件进行仿真分析,确定相关优化参数,利用优化模块内的自适应模拟退火算法找到最优解。使产量提升了21.2%,消除了瓶颈工序且其余工位机器的利用率也有小幅度提升,相关物料缓存区的库存量降低至合理范围内。

纯电动汽车锂电池组液冷散热系统的设计与仿真

基于对某纯电动汽车锂电池组参数选型而确定1P105S电池单元布局形式,设计了宽式和窄式两种液冷散热流道,并于1.5C充放电倍率时分别在25℃、45℃环境温度下对该电池组进行了温度场仿真以及在0.5m/s和1m/s入口流速下对流道流体进行了速度场仿真,结果表明:仿真与试验数据吻合良好;在相同温度、入口流速下,窄式流道液冷散热系统有更好的散热效果;窄式流道内部流体温度均匀性更好,可更好地降低电池组内部温差;窄式流道内部流体最高流速更高,冷却液流动性更剧烈,可带来更高的换热效率;当环境温度达45℃时,电池组温差超过5℃,可能会降低锂电池组性能、缩短循环使用寿命,需进一步改进液冷散热系统。

基于双向Cuk变换器的电动汽车锂电池组均衡研究

现今锂电池是新能源汽车主要动力来源,但串联的锂电池组在使用过程中因为单体电池的不一致性,这种问题会导致电池的寿命和安全性降低。针对此问题,提出了一种将双向Cuk变换器和反激式变换器组合起来的动力电池组分组式均衡方案。本均衡方案分为组内均衡以及组间均衡,组内均衡是由双向Cuk电路来实现的,可以使相邻锂电池间快速均衡;而组间均衡是由单向反激式电路实现的,可使串联锂电池组给任意电量低的电池模块进行充电均衡。在Matlab/Simulink搭建仿真模型,通过仿真结果对比可以发现此分组式均衡方案不仅可以实现串联锂电池组的均衡,而且均衡速度更快,均衡效率良好。

动力锂电池组充电管理电路设计

为了解决动力锂电池组使用中的一致性问题,本文提出了一种均衡充电管理电路的实现方案.首先分析了单体锂电池的特性;然后在比较各种均衡充电理论的基础上,选择部分分流法作为设计思路,进行具体电路设计.多次锂电池组充放电实验表明,该均衡充电管理电路能有效改善电池组充电的一致性,提高电池组工作性能,延长使用寿命.

串联锂电池组无损均衡管理方案设计与实现

针对串联锂电池组充放电过程中的多电池均衡问题,设计一种实现锂电池组能量无损均衡智能快速充放电的新方案。论述充放电管理方法的总体思路,介绍无损均衡电路及电压、电流、温度的采样,给出充放电控制电路及MOSFET驱动电路等模块的设计。实验结果表明,该方案能够更快速有效地实现串联锂电池组的充放电能量无损均衡。