基于HPPC-FFRLS的锂电池等效模型参数在线辨识

目的为了实现锂离子动力电池的高精度状态监测与分析,方法针对锂离子动力电池二阶RC等效电路模型的参数在线辨识展开研究。搭建锂离子动力电池二阶RC等效电路模型;利用开路电压法与安-时积分算法相结合的方式进行电池荷电状态(SOC)评估;通过HPPC测试实验数据进行等效电路模型的离线参数辨识;以离线辨识结果作为系统状态初值,结合带遗忘因子的递推最小二乘算法(FFRLS)对锂离子动力电池二阶RC等效电路模型参数进行在线辨识;利用Simulink搭建电池状态监测和充放电控制仿真系统,对基于在线辨识参数的模型进行仿真测试;利用可编程电源和电子负载搭建实验平台。结果对比在线辨识参数的系统仿真输出、离线辨识参数的系统仿真输出和实验数据,结果表明:基于HPPC-FFRLS在线辨识的模型仿真输出的误差相对于HPPC实验法减小了50%;在线辨识策略克服了环境温度、电池老化、充放电倍率等因素对参数的影响;仿真初期系统波动明显减小,等效模型系统动态跟踪具有更高的精度,鲁棒性更好。结论基于HPPC-FFRLS的锂电池等效模型在线辨识保证了模型参数的有效性,简化运算量的同时提高了模型精度。

基于模糊平均电流控制的电池电源控制器研究

为保障控制器输出电压的稳定性,引进模拟控制理论,对电池电源控制器展开全面的设计研究。建立电池电源控制推挽式拓扑结构,划分电路工作过程;根据作业需求,设计内环和外环的控制器,内环控制器主要实现对系统内部细节的精确控制,而外环控制器用于调整内环的控制参数;参照PD控制器,开发模糊控制器,设计模糊推理规则,描述输入电压与输出电压之间的模糊关系,实现电压模糊化处理。仿真结果表明:提出的控制器在应用中的效果良好,此控制器可以实现对其运行中扰动的控制,以此种方式,保证电压的输出精度。

考虑负荷空间均衡和充电站合作博弈的快速充电定价机制

为了平衡快速充电负荷空间分布,提高电动汽车用户充电满意度,提出考虑负荷空间均衡和充电站合作博弈的快速充电动态定价机制。首先,通过实际订单数据逆地理编码得到出行概率转移矩阵,结合路网模型和速度-流量模型建立电动汽车充电负荷时空分布模型;然后,考虑用户主观意愿,建立计及用户偏好的充电站选择决策模型,模拟用户对于充电站选择的理性决策行为;最后,以充电站节点负荷均衡性为目标,建立区域内快速充电站合作模式下的动态定价博弈模型,通过迭代算法求解均衡值,并利用Shapley值法对合作联盟所得剩余收益进行分配。仿真实例表明,所提快速充电站动态定价策略能有效降低充电站节点的负荷方差,提高充电桩利用率和充电站收益,并减小用户排队时间,提高用户满意度。

电动汽车用多相电驱重构型车载充电系统关键技术综述

电驱重构型车载充电系统为电动汽车电气部分提供了一种全新轻量化设计思路,旨在利用电驱单元分时执行电驱与充电2种变流功能。相较于三相电驱系统,多相电驱系统具有输出转矩平滑、容错性能强等诸多优势特性。鉴于此,该文首先归纳现有并网式多相电驱重构型车载充电系统的拓扑结构与控制策略,并介绍其容错运行方案;然后,着重分析太阳能电动汽车用多能量端口电驱重构型车载充电系统的工作原理与控制策略;最后,总结全文并对多相电驱重构型车载充电系统的发展方向进行展望。

基于“车-路-站-网”信息耦合的电动汽车有序充电策略

为了消解规模化电动汽车(electrical vehicle,EV)无序充电对交通路网、充电站和配电网运行稳定性带来的负面影响,提出一种基于“车-路-站-网”信息耦合的电动汽车有序充电策略。首先,构建“车-路-站-网”信息耦合模型和动态Floyd最短时间路径搜索模型,为EV用户搜寻最短耗时路径。其次,基于“车-路-站-网”实时状态预测EV用户选择不同路径前往各充电站快充产生的充电决策因素,通过层次分析法和改进CRITIC法综合EV用户充电决策因素的主客观权重,利用Topsis方法决策EV用户的最优充电路径。最后,提出EV用户慢充优化策略,对返程EV用户的慢充负荷进行优化,结合EV慢充和快充负荷,进一步实现配电网负荷的削峰填谷。仿真结果表明,所提出的EV有序充电策略能够同时提升“车-路-站-网”多方运行水平。

具有软启动功能的EMI直流滤波器设计

宽禁带半导体器件的应用使电动汽车的电机驱动系统更加小型化和轻量化,但也引发了更为严重的电磁干扰,使得驱动系统的可靠性面临严峻挑战。为此,以24 V/2 A的EMI直流滤波器为例,通过噪声源、滤波器原理及阻抗影响的分析,依据插入损耗指标进行滤波器参数设计。同时,考虑到整车启动时刻的启动冲击,加入软启动电路,进一步提高电动汽车驱动系统可靠性。实验测试验证了滤波器的电磁干扰抑制效果和软启动性能,证明了滤波器设计的可行性和有效性。

动态无线充电系统自解耦型分段导轨及其双模切换策略研究

为抑制电动汽车动态无线充电系统发射单元间的交叉耦合,降低其对系统谐振参数设计的影响,文中利用螺线管线圈与平面线圈正交解耦特性,提出一种自解耦分段发射导轨,其中螺线管为分级叠层绕制,实现了相邻发射单元间的自解耦。为降低系统输出参数波动,基于互感动态变化规律,确定系统最佳充电区间,并提出一种双模工作模式及其分段切换策略,实现对发射线圈实能顺序的实时控制。为实现双模工作状态的有序变换,设计自解耦检测线圈结构,该检测线圈采用单层螺线管绕制并与接收线圈正交,避免检测信号与电能传输之间的干扰。最后,搭建实验平台对所提方法的有效性进行验证。实验结果表明,系统输出功率平稳性提升了19.5%,系统的最高效率可达92.3%。

跟踪光伏计划出力偏差的储能容量配置研究

不同典型天气下光伏出力预测误差具有明显差异,为保证分布式光伏集群友好接入,提出一种考虑光伏发电功率预测误差不确定性的共享储能容量配置方法。首先基于注意力机制和长短时记忆神经网络(long-term short-term memory neural network,LSTM)对分布式光伏出力进行预测,再与不同典型气象条件下的光伏出力实际值进行对比得到预测误差。然后以共享储能配置成本最优为目标,建立跟踪光伏出力计划偏差的共享储能容量配置模型,通过引入鲁棒机会规划约束来描述预测误差的不确定性,并采用凸逼近方法将原模型转化为确定性模型进行求解。仿真结果表明,所提方法在保证补偿效果的同时能最大提升储能配置的经济性。

碳布用于锂离子电池三维一体化柔性正极的可行性研究

研究碳纤维编织布用于锂离子电池三维一体化正极的可行性,对三种经过热处理碳布的石墨化程度进行定性分析和定量计算。以锂金属作为对电极,石墨化的碳布电极在0.1~0.5 V的电压下首次放电比容量分别为83.6,94.5mAh·g^(-1)和115.2 mAh·g^(-1),经过50周次循环充放电后比容量分别为55.0,80.0 mAh·g^(-1)和88.0 mAh·g^(-1)左右。将石墨化的碳布负载LiFePO_(4)后,电极的首次放电比容量分别为73.2,109.5 mAh·g^(-1)和130.2 mAh·g^(-1)。对于石墨化程度为76.02%的碳布,经过50周次循环充放电后比容量稳定在90.0 mAh·g^(-1)左右,综合电化学性能较好,更适合用于锂离子电池的一体化柔性正极。通过建立LiFePO_(4)颗粒与碳纤维之间相互作用的力学模型,探讨一体化正极的力学性能、电学性能和电化学性能之间的关系。将碳布用于锂离子电池一体化正极,可以简化锂离子电池的常规生产过程,革新其生产方式。

提升光储充电站运行效率的多目标优化配置策略

光储充电站的运行效率直接影响到其经济效益及电网侧的电能质量。针对在进行容量配置时对运行效率考虑不足会导致非必要的电能损耗,文中提出一种提升光储充电站运行效率的多目标优化配置策略。通过分析光储充电站变换器与内源线路功率损耗对于运行效率的影响,提出充电站的运行效率评估指标与计算方法,并讨论光储充电站运行效率对其容量配置的影响。建立以充电站经济效益、运行效率、电网侧峰谷供电功率补偿能力最佳为优化目标的多目标容量优化配置策略。针对优化目标特性,提出一种改进二代非支配排序遗传算法得到优化策略求解方法。选取中国西南地区某典型光储充电站运营场景,通过算例验证了优化策略的有效性与优越性。

电动汽车接入主动配电网协同储能研究应用综述

电动汽车的快速发展和普及已经呈现规模化效应,随着配电网中清洁能源逐渐呈现高比例趋势,规模化电动汽车接入主动配电网作为储能配置参与协同调度成为研究热点。然而在实际应用中,电动汽车参与储能的形式面临诸多不确定性与挑战。为此,分析了协同储能调度的目的及影响因素,从计及需求响应、考虑供需双方、结合多方利益、参与虚拟电厂储能四个方面综述协同储能调度的研究现状,结合国内外应用案例分析探讨其未来发展方向。

基于最小故障的充电桩检测策略构建方法研究

随机测试是发现和分析充电桩故障的重要手段,针对充电桩系统故障频繁发生,文中提出一种充电桩检测策略生成方法,利用测试过程的马尔可夫性将测试顺序建模为马氏链决定的随机变量。通过对转移顺序进行Gibbs随机采样建立马氏链以得到固有的最小故障,利用公共子串搜索方法来统计最小故障信息,并按照可疑程度将最小故障重新注入到测试策略中,以达到提高测试策略质量和降低测试策略数量的目的。以实测结果对基于最小故障的测试策略有效性进行了验证。所提方法有助于确定共性故障原因,对于减少充电桩故障带来的风险具有重要的指导意义。

新能源汽车非接触式远程无线充电系统优化设计与分析

无线充电技术作为一种创新的充电方式,为新能源汽车提供了更加便捷和高效的充电体验。为了进一步提高无线充电距离与充电效率,基于磁耦合感应式静态非接触充电技术,提出“双接收线圈”充电方案,阐述了磁耦合感应式非接触充电系统结构组成与工作原理,并对双接收线圈系统的智能控制系统进行优化设计。试验结果表明,与单接收线圈系统相比,能够更高效地将电能传输到新能源汽车,减少了能量损失,降低了充电时间和能源成本。研究结果旨在推动新能源汽车的普及和无线充电技术的进一步发展,为新能源汽车充电基础设施提供了一种更加高效和便捷的解决方案。

基于动态哈夫模型及双边匹配的电动汽车充电引导策略

由于充电站中充电桩数目有限且电动汽车充电耗时长,陆续产生充电需求的各电动汽车用户存在对充电站资源的竞争。这不仅增加了用户排队概率,降低了充电站收益和利用率,而且使得用户在充电站规模、价格、评价等方面的个性化需求得不到充分满足。为此,提出了一种动态哈夫模型与双边匹配方法相结合的电动汽车充电引导策略。首先,对充电站客流、充电订单和充电桩详情等真实数据集进行大数据挖掘,分析公共充电站用户的充电站选择偏好和充电行为特征;然后,基于动态哈夫模型,结合用户充电站选择偏好量化不同区域用户前往不同充电站的概率,并生成充电站推荐列表;最后,将前景理论与双边匹配策略相结合,进行充电引导。算例分析表明,所提策略大幅降低了用户的排队概率,在满足用户个性化充电需求的同时,保障了充电站利益。

基于充电站谐波特性的频率自适应有源电力滤波控制策略

随着分布式新能源在充电站的接入,源荷的随机特性使电网基频发生波动,进一步加剧站内谐波电流越限风险。对此,提出了一种频率自适应的有源电力滤波谐波检测与跟踪策略。首先,设计了一种改进式广义积分器与延时相消相结合的混合滤波器结构,提高原有广义积分器的滤波性能和动态响应能力,并可消除直流偏置及不平衡分量的影响。其次,通过引入前馈补偿的改进锁相环消除频率波动引起的误差,实现频率自适应谐波检测。最后,基于频率波动导致的谐波跟踪误差,采用结合无限脉冲响应滤波器的快速重复控制,可依据检测频率实现动态调整。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略在充电负荷侧可稳定地检测电网频率。且在频率波动的工况下具有较优的谐波补偿能力,在32 ms实现对谐波电流的补偿,治理后电流谐波畸变率下降到5%以下,对不同工况下的充电站具有通用性。

4.6 V高电压钴酸锂正极材料Al-Zn共掺杂研究

钴酸锂具有高达274 mA·h/g的理论容量,是最早商业化的锂离子电池正极材料之一。然而,钴酸锂层状结构在高电压下的不稳定性使其实际充电电压很难超过4.45 V(vs.Li),这大大限制了其容量发挥。针对上述问题,采用小半径铝离子与大半径锌离子共掺杂的方法来提升钴酸锂正极材料在高电压下的结构稳定性。通过高分辨透射电子显微镜及X射线衍射证明了Al-Zn共掺杂可增大钴酸锂晶面间距;扫描电镜-元素分布分析证明了Al-Zn的均匀掺杂;电化学阻抗谱证明了共掺杂对界面副反应的抑制作用。结果表明,通过调控晶体结构和界面副反应,可以有效增强高电压下钴酸锂的电化学稳定性。通过软包金属锂电池的组装发现,Al-Zn共掺杂的钴酸锂正极材料在4.6 V充电截止电压、0.2C倍率下,充放电比容量可达218.8 mA·h/g,循环600次后容量保持率可达83.3%,且其综合电化学性能远高于铝掺杂及未改性的钴酸锂正极材料。

锂电池双向均衡及模型预测控制优化

为了解决锂电池组内部单体不一致导致的能量利用率低、电池容量衰减等问题,提出了一种基于模型预测控制的双向均衡控制方法。首先,以锂电池单体的荷电状态(SOC)为均衡控制目标,采用带遗忘因子的最小二乘法和扩展卡尔曼滤波法联合估计电池SOC;接着,通过设计双向反激式电路,形成可升降压的均衡结构,并采用模型预测控制优化双向反激式电路的正反向均衡控制状态;最后,通过占空比控制双向反激式电路的均衡电流,实现不同锂电池单体之间的SOC均衡。研究结果表明:采用双向反激式电路和模型预测控制,不但降低了均衡电路控制的复杂程度,避免了传统均衡方法的电池组内部均衡消耗,而且有效提高了均衡可靠性和均衡速度;在动态工况下,基于模型预测控制的锂电池双向均衡控制方法,能快速实现锂电池单体之间的SOC均衡,与传统的比例均衡控制方法相比,均衡时间缩短了68.3%。

基于平面线圈阵列的电动汽车无线充电金属异物检测方法研究

针对电动汽车无线充电,有效检测充电区域内的金属异物对保障电动汽车的充电安全和充电效率具有重要意义。因此,文中提出了一种基于平面线圈阵列的金属异物检测新方法。利用4×4结构的平面线圈阵列作为主要感测元件,结合电磁层析成像技术重建充电区域的电导率分布图像,对重建图像进行后处理获得金属异物的轮廓、位置和数量信息。有限元仿真与实物实验结果表明,此方法能有效检测数种常见金属异物。

含超大功率充电的多类型充电设施两阶段选址定容方法

现有电动汽车充电站(electric vehicle charging station, EVCS)规划设计研究较少考虑含大功率充电的多类型充电模式。针对多功率等级充电需求的充电站规划问题,提出一种两阶段选址定容方法。首先,基于实时路况,构建了一种计及动态转移规划的充电负荷时空分布预测模型。其次,综合考虑充电站规模、用户充电可达性等影响,分析用户对不同充电站的选择概率并以此确定各充电站服务范围。然后,以充电站的年投资总成本最小为目标,进行分布式储能系统(distributed energy storage system, DESS)与多功率等级充电设施协同规划。最后,以路网与配电网IEEE 33节点耦合拓扑结构为例验证了所提方法的有效性。算例仿真结果表明,该方法能使大功率充电设施合理地接入电网,在满足配电网安全性的同时提高了充电站规划的经济性。

电动汽车充/换电装置的选址定容改建优化策略

针对电动汽车在快速发展中面临的问题,在改建现有设施的思路下,以现有的加油站和停车场作为候选地点,基于M/M/a排队系统,通过构建充/换电装置选址定容模型,将需求分配和充电站定容融入遗传算法进行仿真求解。优化的目标是最小化换电站建设总成本、充电站建设总成本、未覆盖需求的总惩罚成本以及用户排队时间总成本之和。在算例中对单位惩罚成本、充电桩功率、覆盖范围、单位换电站建设成本进行敏感性分析。结果表明:在公共充电站内安装的充电桩并不是功率越大越好,应同时兼顾经济性和适用性。同时,政府可以采用补贴等形式鼓励企业建设换电站。