储能电池单元可靠性提升研究

本文基于电池系统(有源系统)在绝缘耐压过程中的“电势叠加”现象,采用“分层解耦、逐级叠加”的思路对电池主体、二次采集线缆和BMU进行绝缘和耐压测试。在理想状态下,储能电池单元绝缘可超过5 kV,耐压可超过8.0 kV,并根据海拔-耐压关系的推算验证了储能电池单元在高海拔条件下(4800 m)应用的可能性。本文后半部分聚焦放电对储能电池单元绝缘耐压的影响,通过改变线束与电池框架距离、线束绝缘包裹层数等参数,验证了产品线束只要存在尖端且距离壳体较近就会导致电池系统内发生放电,从而降低储能电池单元的绝缘耐压能力。通过增加绝缘包裹、改进线束工艺、增强绝缘防护等措施能够极大提升产品稳定性。

计及储能电池寿命衰减的居民小区光储优化配置

在居民小区配置光伏系统可减小电力系统的供电压力,配置储能装置能够减小光伏弃光率,同时还可以实现负荷的时空转移,减小负荷峰谷差。为使居民小区光储系统的配置更加合理,利用充放电次数和放电深度对储能电池寿命的影响,通过改进曲线拟合方法及线性分段处理方法,获得更加准确的曲线拟合函数和与原曲线更加贴合的分段线性函数,建立储能电池动态损耗模型;以光储系统年均净收益最大和负荷峰谷差最小为目标函数,对光储系统进行优化配置;最后使用不同权重求解方法得到光伏出力值及负荷需求值,采用多目标粒子群算法对在不同运行场景下的居民小区光储系统配置问题进行求解,并通过仿真对比分析不同运行场景下光储系统的运行策略。结果表明,居民小区储能系统在并网场景下的经济性和削峰填谷效果更佳,所采用模型合理有效,可为居民小区光储系统的规划建设提供参考。

基于降维机理模型的储能电池安全充电在线控制技术

大倍率充电会引起储能电池负极析锂,进一步可能会诱发电池热失控并导致安全事故。而析锂副反应与电池负极电位直接相关,通过模型精确预测负极电位,传输至储能电池管理系统调整充电工况,可以有效抑制负极析锂。因此,文中提出一种基于降维机理简化伪二维(simplified pseudo two-dimensional,SP2D)模型的储能电池安全充电在线控制技术。首先,对伪二维(pseudo two-dimensional,P2D)模型中部分偏微分方程进行降维简化,建立SP2D模型,同时采用不同的方法获取相应的模型参数。其次,使用实验数据的端电压和负极电位对模型进行验证,结果表明模型在不同倍率恒流工况下精度较高。再次,基于SP2D模型结合比例控制器开展电池无析锂安全充电的仿真工作,结果表明,电池经过1895 s充电即达到截止电压4.3 V,且充电过程中负极电位均处于无析锂安全电位区间。最后,对仿真得到的充电策略进行循环和拆解验证,结果表明提出的充电方法能够实现电池无析锂安全充电。

气凝胶灭火剂抑制锂离子储能电池热失控特性研究

通过对比试验探究了气凝胶灭火剂对锂离子储能电池热失控的抑制效果。研究满荷电状态下的100 Ah磷酸铁锂储能电池热失控演变过程特征参数,识别出3个灾害演变特征拐点作为灭火剂施加的指导节点。在相同节点分别施加灭火参数一致的气凝胶灭火剂与细水雾开展灭火对比测试。结果表明:触发明火前施加灭火剂均可有效阻断电池内部放热副反应,两者表现出相似的冷却效能;电池起火后,气凝胶灭火剂展现出更为出色的明火抑制效果,其接触电池表面形成的致密泡沫可有效阻隔氧气,实现快速灭火;对于已经触发热失控的情形,气凝胶灭火剂凭借预热覆盖效果,显著缩短电池射流火持续时间,可大幅降低电池火灾危害。

储能电池建模与状态估计研究进展

储能电池具有能够平滑可再生能源输出,提高电力系统灵活性和应对电力需求峰谷等优势,有助于推动可再生能源发展,从而应对环境污染和能源紧缺的双重压力。目前市场主流的储能电池为锂离子电池,具有高比能特性,同时新型储能电池也在蓬勃发展,其中全钒液流电池具有高安全性的优势,液态金属电池具有超长循环寿命,在电力储能领域具有重要应用前景。储能电池的建模和状态估计对提高储能电池系统性能,确保其安全性以及优化维护效率至关重要,因此文中对锂离子电池、全钒液流电池和液态金属电池的建模和状态估计进行综述。首先,介绍了储能电池状态估计的整体框架,对基于实验的方法、基于模型的方法和基于数据驱动的方法进行整体介绍,并对荷电状态(state of charge,SOC)、健康状态(state of health,SOH)和剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)进行概括;然后,从原理出发,分别总结了不同储能电池体系的内部工作过程、模型构建、状态估计与电池管理过程;最后,对不同储能电池体系的主要工作特性进行横向对比和总结,旨在为储能电池选择和发展提供启示。

基于电池箱体开孔的储能电池系统精细化热设计优化研究

针对当前储能电池系统热管理仿真研究存在忽略电池堆内部结构对热性能影响的问题,本文引入了精细化热设计理念,提出了一种基于电池箱体开孔的温度均匀性调配方法,并借助计算流体力学(CFD)仿真模拟方法,系统考虑了开孔数量和大小对电池热性能的影响,并从中筛选出优化的电池盒设计方案。研究结果表明,在针对单个电池盒的优化中,相较于在上壁面开孔,通过在侧壁开孔能够获得更为优越的性能。这一优势在于,单个电池的温差从过去的6.01 K降低至3.68 K,降幅达28.2%,从而充分满足了电池的散热需求。进一步地,在整个电池堆层面,通过在侧壁开孔的方式,得以将单列电池架内的最大温差从7.66 K减少至4.32 K,大幅度提升了43.6%。该研究结果在电池堆外风管与电池箱内部结构方面进行了耦合热求解,为未来储能电池系统的热管理策略提供了有益的参考。

Gappy POD算法重构储能电池组核心温度及与BP神经网络预测能力对比

储能电池组中电池核心温度的实时监控对于防控电池热失控有着重要的意义.为克服工业实际中电池组内部无法布置多温度测点导致的温度数据获取不全面等问题,本文将Gappy POD重构算法引入储能电池核心温度实时监控问题中,通过监测电池组表面温度预测内部核心温度.通过搭建简化的拟储能电池实验台模拟电池温升,测试了Gappy POD算法在工况平稳变化和工况剧烈变化条件下的稳定性和对核心温度的实时重构能力;对比了Gappy POD算法的重构能力和BP神经网络(Back propagation neural network)的预测能力,并探究了Gappy POD算法和BP神经网络在不同大小的数据库训练条件下的重构预测能力.研究表明,Gappy POD重构算法具有高预测精度、稳定性强并且对数据库数据量依赖性低等优势,为算法在储能电池热管理中的实际应用提供了基础.

储能电池在高校体育运动场馆中的应用

在推行全民体育、体育强国战略理念的背景下,校园体育运动事业正在我国如火如荼地开展。高校不仅要对体育课程内容设置与教学方式进行改革,还应对校园体育基础设施进行完善,如更新优化校园体育运动场馆、体育设施等。作为发展高校体育运动事业必不可少的基础设施,体育运动场馆的建设备受关注。电力系统是维持体育场馆平稳运行的重要基础设施,其供配电与储能系统直接影响体育运动场馆的功能,但造成的建筑能耗问题较为严重。我国在提出加强体育事业健康业态发展理念后.

储能电池辅助火电机组二次调频控制策略研究

为提高调频效果与储能电池荷电状态维持效果,该文提出一种储能电池辅助火电机组二次调频的动态下垂系数控制策略,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,并对不同控制策略下的仿真结果进行对比。在0.05(p.u.)阶跃负荷扰动下,动态下垂系数控制为最优控制。相比于无储能控制与固定下垂系数控制,其最大频率偏差分别改善0.225 6 Hz与0.025 2 Hz。在连续负荷扰动下,动态下垂系数控制为最优控制。相比于无储能控制与固定下垂系数控制,其频率偏差的方均根值改善0.036 8与0.001 4;荷电状态偏差的方均根值相较于固定下垂系数控制改善0.009 8。对比结果可验证储能电池采用动态下垂系数控制策略的有效性,表明该策略对储能电池荷电状态(SOC)具有一定保持效果。

基于电池模块重构的储能电池异常两级诊断方法

准确监测储能电池衰减异常是保障电池储能系统安全运行的关键。采用可重构电池拓扑结构是未来电池储能系统的一大趋势,而现有的基于数据驱动的电池健康状态评估方法多关注算法层面的改进,难以利用这一结构的优势。针对这一问题,提出一种异常电池两级诊断方法:初级诊断采用通过全工况全寿命周期模拟数据集训练的最小二乘支持向量机分类模型,筛选出疑似异常电池模块;二级诊断采用一种基于残差连接和门控循环单元的健康状态估算模型,实现对储能电池健康状态的准确估计,并验证初级诊断结果。试验结果表明,提出的诊断方法在两个诊断环节上均具有较高的准确率,在可重构电池拓扑结构基础上实现了储能电池衰减异常的准确监测。

应用麻雀搜索和概率神经网络的储能电池故障诊断

储能是构建新型电力系统的核心技术,其中,锂离子电池电化学储能是当前的主要形式,对实现“双碳”目标意义重大。故障诊断对于保障电池储能系统安全运营意义重大,尤其是微小故障的准确诊断能有效预防严重故障的发生,然而,传统故障诊断方法时效性差、精度较低,难以捕捉微小故障特征。因此,提出了一种应用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)改进的概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)的储能电池微小故障诊断方法。首先,通过对锂离子电池故障类别分析故障特性,提取微小故障发生后的状态特征信息;然后,将磷酸铁锂储能电池故障信号分解成一系列特征向量并输入SSA-PNN模型;最后,开展了实验验证研究。结果表明,与传统的基于误差反向传播算法的故障诊断方法相比,基于SSA-PNN的故障诊断方法精度达到99.7%,具有更高的诊断精度和实时性。

调峰/调频模式下储能电池热仿真与实验

为探究储能电池参与电网调峰/调频时的运行状态,根据江苏镇江储能电站的实际运行工况,通过有限元仿真的方法建立了磷酸铁锂储能电池模组热模型。进一步设计了电池调峰/调频循环老化实验,分析早期容量衰减和温度变化数据,验证仿真的温度分布,并得出调峰/调频模式下的运行规律。结果表明:调峰模式平均电流倍率大,电池温度维持在更高的区间,最大温差远高于调频,在同等放电容量下电池寿命衰减更明显;仿真能较好地反映模组内部均温变化趋势,误差均低于1.8℃,满足预测精度,可为储能电站的初期投运提供安全设计基础。

基于“口琴板”强化280 Ah储能电池组热管理的实验研究

基于对风冷电池组热管理的研究,开发了一种新型“口琴板”风冷式储能电池组热管理系统。研究了不同放电倍率下,自然对流、入口风速、环境温度对热管理系统温度场和流场分布的影响。结果表明,在1.5 C放电倍率下,入口风速为10 m/s、环境温度为25℃时,储能电池组的最高温度为42.26℃、最大温差为3.2℃。此外,“口琴板”可有效提升储能电池组内部温度分布的均匀性,显著降低电池组的最高温度,为大容量方形储能电池风冷热管理组件的开发优化提供了一定的基础理论和实验数据支撑。

典型调峰/调频工况下储能电池组荷电状态估计

针对储能电池组在电网典型储能工况下荷电状态(state of charge,SOC)估算精度较低的问题,提出一种基于核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)-鹈鹕优化(pelican optimization algorithm,POA)-双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit,Bi GRU)的SOC估计模型。通过设计调峰/调频工况下电池组充放电实验,从数据中提取表征SOC变化的融合特征作为模型输入;分别构建不同工况下Bi GRU网络,并利用POA对其超参数进行优化,提高模型性能;进一步在混合工况下验证模型的有效性。结果表明,所建模型有着更好的SOC估计效果和更强的鲁棒性,能够提高复杂储能工况下储能电池组SOC估计精度。

基于电压极差特征的储能电池组早期健康状态检测

为了更加高效地评估储能电池组的健康状态(SOH),提出一种基于电压极差特征的早期健康状态检测方法。首先基于大容量磷酸铁锂储能电池组开展循环老化试验,测量每次循环的电压极差信号,并从中提取关键时间点的电压特征;其次,基于皮尔逊(Pearson)相关系数及灰色关联度分析法(GRA)筛选与电池组老化高度相关的健康因子。最后,通过麻雀搜索算法(SSA)优化双向长短时记忆网络(BiLSTM)的超参数,搭建SSA-BiLSTM健康状态估计模型,实现储能电池组SOH评估;并结合常规机器学习算法验证了健康因子的有效性和估计模型的优越性。结果表明,所提取充放电静置30 min的电压极差特征能够有效反映电池组容量衰退趋势,多种模型验证下SOH估计误差均低于±0.8%。其中,本文所提出的SSA-BiLSTM模型均方根误差(RMSE)低至0.07%。因此该方法能够有效地对大容量储能电池组的SOH实现在线监测。

抑制风电场中次同步振荡的储能电池控制策略

针对次同步振荡在高比例的新能源动力系统中出现的问题,提出双馈式风机并网系统,采用储能电池附加阻尼控制,可有效抑制次同步振荡。首先,构建了双馈风机含储能电池串补送出系统模型,通过特征值和时域仿真分析有无串联补偿电容投入的情况,以此为依据,制定了含储能电池控制策略,能够对次同步振荡进行合理抑制。其次,深入分析了系统次同步振荡抑制机制,并对含储能电池的双馈式风机分别分析了含储能电池的附加阻尼和储能的比例谐振控制。在储能比例谐振的基础上提出了附加的次同步减振控制策略,并设计了参数。最后,采用时域仿真分析法验证了所提控制策略的可行性与有效性,为合理抑制次同步振荡提供参考。

储能电池系统热失控安全监测传感器解决方案

实现“双碳”目标,能源是“主战场”,电池储能是一种实现绿低碳最为行之有效的办法,电池储能市场也迎来了新的拐点。自储能产业的发展被提上日程以来,储能电池市场呈现了指数型增长的态势,甚至电池储能市场出现了供不应求的局面,随着电池储能系统装机量的增加,宁德时代、中航锂电、比亚迪等电池企业也在储能应用板块持续加码,迎接万亿市场的到来。

储能电池辅助火电机组二次调频的设计与应用

为充分利用电池储能在辅助火电机组二次调频中的优势,对电池储能参与火电机组二次调频的设计方案进行设计与优化。以山东某电厂为例,针对储能系统在二次调频方面的优势,分析储能辅助火电机组二次调频的过程和原理,在此基础上对电池储能辅助该火电机组二次调频的建设方案进行了设计。文中分析了控制策略对二次调频效果的影响,选取基于区域控制偏差(Area Control Error,ACE)信号的控制策略。根据政策文件对项目的收益进行了分析,证明该设计方案可以大幅提高二次调频性能,且经济性良好。

储能电池系统对地电压电流特征及影响因素分析

电池系统外壳或机架采用直接接地设计并且存在寄生电容,导致电池系统正负极对地存在共模电压和共模电流效应,共模电压与电流问题成为影响电池系统绝缘的关键因素。该文在现有储能系统集成架构基础上,开展电池系统共模电压和共模电流问题研究,建立适用于储能系统的二阶共模等效电路模型,量化分析电池系统共模电压和共模电流特征以及在寄生电容、开关频率等因素影响下的变化规律,仿真与实验结果表明,共模电压和共模电流问题是影响电池系统对地电气特征的主要因素,为系统优化设计提供了技术支撑。

耦合储能电池的冷热电联供系统全工况性能分析

冷热电联供系统具有能源利用效率高、运行调节灵活的优点。设计了耦合储能电池的冷热电联供一体化系统,建立了关键部件的精细化数学模型,研究了压气机和透平的效率、环境温度对联供系统性能的影响。针对典型制冷和供热工况,研究了耦合电池储能的冷热电联供系统全工况热力性能、储能电池的充放电特性。结果表明:环境温度对冷热电联供系统性能具有较大的影响,其最大供热量随着环境温度的降低而下降,最大供冷量随着环境温度的升高而下降。制冷模式下,冷负荷、电负荷全天波动较大,全天平均冷、电负荷仅为额定功率的39.9%左右,全天平均能源利用系数为0.712。供热模式下,典型日全天燃机循环的发电效率、供热系数以及能源利用系数波动很小,且均高于制冷模式下相应的指标。