磷酸铁锂电池组均衡控制策略及荷电状态估计算法

电池组在使用的过程中,由于温度场分布不均匀以及库伦效率的差异,各单体间的剩余容量将会出现不一致性,这将会降低电池组的容量。为了提高电池组的性能,本文提出了以热力学荷电状态(thermodynamic-SOC,t-SOC)作为均衡判断依据,动力学荷电状态(kinetic-SOC,k-SOC)作为均衡控制依据的均衡控制策略。针对电池组在均衡前/后处于不同的状态提出电池组不均衡/均衡状态SOC估计算法。最终通过实验验证了电池组在不同状态下SOC估计的精度,并且根据所提出的均衡控制策略对电池组进行均衡,实现了较好的均衡效果。

非相似余度作动系统动态力均衡控制策略

随着多电/全电化飞机关键技术的发展,由功率电传作动器——电动静液作动器(EHA)和机电作动器(EMA)构成的非相似余度作动系统,成为飞机多电/全电化发展的新趋势.介绍了非相似余度作动系统的结构组成和工作原理,建立了非相似余度作动系统力纷争的数学模型.在此基础上,分析了非相似余度作动系统动态力纷争的产生机理,基于上述原理提出了轨迹发生器+前馈补偿器、力纷争反馈PID补偿器和EHA力控制/EMA位置控制等3种减小动态力纷争的动态力均衡控制策略,并对其进行了理论分析与设计.最后,对所提出的3种动态力均衡控制策略进行了仿真对比,并从跟踪动态性能和抗负载扰动动态性能两个方面对仿真结果进行了深入分析.分析结果为非相似余度作动系统的设计和力均衡控制提供了理论依据.

非相似余度作动系统静态力均衡控制策略

由功率电传作动器EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)与EMA(Electro-Mechanical Actuator)构成的非相似余度作动系统取消了中央液压源和遍布机身的液压管路,同时克服了共性故障,是飞机多电化的发展趋势.阐述了非相似余度作动系统的结构组成与工作原理,考虑舵面空气负载和连接刚度,建立了在主动/主动工作模式下闭环系统数学模型.在此基础上,论述了非相似余度作动系统静态力纷争的产生机理,提出了采用调整电气参数偏差的方法补偿静态力纷争的思想,基于上述原理提出了3种减小静态力纷争的力均衡控制策略,并对其进行理论和仿真分析.最后,对3种力均衡控制策略在静态力纷争消除性、隔离性等方面进行了综合对比分析.分析结果对非相似余度作动系统的设计及力纷争的解决提供了理论依据.

锂离子电池组均衡控制策略研究

由于电池电压非常容易获得,故以电池电压为指标的均衡控制策略被广泛应用,但该策略很难让电池管理系统(battery management system,BMS)较好地实现电池均衡的目标。提出一种新的均衡控制策略,该策略以电池组中任意两节电池荷电状态(state of charge,SOC)之差作为指标,进而对电池组进行均衡。简单地说,由于电池组SOC与其开路电压(open circuit voltage,OCV)存在一定的关系,利用该关系,可以将电池单体电压之差转换为电池SOC之差,进而为BMS提供较优的均衡指标。该策略与电压均衡控制策略一样简单,并且在性能上要优于电压均衡控制策略。搭建7节电池串联组成的实验平台进行验证,使电池组中最大与最小电池电压之差为65 mV,相较于电压均衡控制策略将该电压之差缩小至45 mV,所提出的均衡控制策略,在电池静置状态可以将其缩小至2 mV,在放电状态可以将其缩小至6 mV,证明了该均衡控制策略的优异性。

特高压混合级联直流输电系统中多MMC换流器间不平衡电流的均衡控制策略

特高压混合级联直流输电系统结合了电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势,具有很好的工程应用前景。该文建立整流侧为双12脉动LCC,逆变侧为一个LCC与3个并联MMC串联的特高压混合级联直流输电系统,针对其逆变站多个并联MMC站之间不平衡电流的问题进行研究,分析不平衡电流的产生机理,并提出一种基于不平衡电流进行功率补偿的电流均衡控制策略。该控制策略首先获得MMC换流站间的电流不平衡量,再转化为功率偏差量补偿至定有功功率控制MMC站的外环有功功率控制环节中,由此实现对MMC换流器间不平衡电流的均衡控制。基于PSCAD/EMTDC搭建特高压混合级联直流输电系统的仿真模型,在逆变侧LCC降压运行和交流侧故障导致LCC换相失败2种工况下,对比研究未投入/投入均衡控制策略时系统的动态响应特性,结果表明,所提出的控制策略不仅可有效均衡多个MMC换流器之间的不平衡电流,而且可显著加快系统的恢复速度,因此具有一定的工程应用价值。

基于IPD调制的电容钳位型多电平逆变器功率均衡控制策略

针对电容钳位型非对称H桥级联多电平逆变器多载波调制策略中存在的功率均衡问题,在基于载波同相层叠(in-phase disposition,IPD)调制策略的基础上,对载波自由度进行改进,提出了一种新颖的载波同相交错层叠控制方法。该方法是将半个输出周期内的脉冲序列在各级联单元间进行循环,经过1个周期后能够实现各级联单元间的功率均衡,而且兼有载波同相层叠调制良好的消谐特性。以2单元电容钳位非对称H桥级联多电平为例,对该功率均衡控制策略的原理进行了分析,并通过仿真和实验结果验证该控制策略的正确性与可行性。

模块化多电平变换器型UPFC系统子模块电容电压均衡控制策略

针对基于模块化多电平变换器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)系统存在的功率子模块电容电压不均衡问题,提出了一种改进型的子模块电容电压均衡控制策略。在Matlab/Simulink平台下搭建仿真模型,模拟结果表明:相比于两种传统的子模块电容电压均衡策略,该控制策略不仅能够实现功率子模块电容电压的均衡,还能够降低子模块的开关损耗。

基于快速排序法的MMC电容电压均衡控制策略

随着基于模块化多电平换流器的柔性直流输电工程容量和直流侧电压等级的提高,对子模块电容平衡控制提出了更高的要求。为降低众多子模块均压排序的计算量及MMC开关损耗,提出一种基于分治思想和快速排序算法的改进子模块电容电压均衡控制策略。根据每个控制周期的投切控制指令和桥臂充放电状态,将待投切子模块电容电压值进行两轮分组,然后根据具体投切数量在最小范围内选取与额定电容电压差值较大的子模块进行投切操作,从而避免对所有子模块进行重复排序。最后,通过在PSCAD/EMTDC中搭建MMC模型对本文方法进行了验证,结果表明该策略可以有效减小排序计算量并降低MMC开关损耗。

锂离子电池模组自适应均衡阀值控制策略研究

为提升锂离子电池模组均衡控制能力,提出一种锂离子电池模组自适应均衡阀值控制策略。首先,对电感式主动均衡电路拓扑和工作原理进行分析。接着,基于电感式主动均衡电路设计了自适应均衡阀值动态调整控制方法,利用电量转移矩阵计算最佳转移路径。然后,搭建仿真计算模型,通过验证本控制策略能提高目标电池模组均衡能力。最后,对目标电池模组进行实验验证,验证了本控制策略的有效性和高效性,为电池模组均衡提供方法参考。

基于多Agent的锂电池主动均衡策略控制仿真研究

【目的】针对锂电池的荷电状态均衡管理问题,提出一种基于多智能体的电池组荷电状态一致性均衡方案。【方法】首先,将多智能体控制策略引入电池管理的下垂控制中,实现了主动均衡电路拓扑下的自主均衡;其次,建立领航跟随者模型,利用参数已知的虚拟智能体使各个荷电状态不一致的电池的状态向其靠近,实现充放电模式下的荷电状态均衡;最后,对二阶多智能体荷电状态均衡控制策略进行仿真验证。【结果】实验结果表明,相比一阶均衡控制策略,自主均衡时间减少了43.02%,充电模式中均衡时间减少了16.13%,放电模式中均衡时间降低了32.90%。【结论】多智能体系统在电池的均衡管理中能够实现荷电状态的均衡,有效地降低了锂电池荷电状态到达一致性的收敛时间。

基于分层架构的退役电池可重构均衡控制研究

利用退役电池构建储能系统,充分利用其剩余价值,是解决大量退役电池再利用的重要途径。然而,经过多次充放电影响,退役电池不一致性问题较新电池更为突出。在此背景下,首先,针对退役电池储能系统提出了分层式可重构均衡拓扑。其次,基于该拓扑提出了分层式均衡控制策略。考虑组内部和组间两个层次的均衡控制,组内以SOC和端电压为均衡变量,通过重构实现电池单体状态均衡,组间以SOC为均衡变量,通过重构保证全电池簇均衡。同时考虑多种运行工况:静置过程中通过自均衡提高电池组的均衡效率和可用容量,放电过程中通过拓扑结构变换维持输出电压稳定,充电过程中考虑能量损耗和充电速度合理优化充电电流,缩短充电时间,减少温升,延长电池使用寿命。最后,在Matlab中验证了所提拓扑与均衡策略在不同工况下的有效性。

基于LC谐振变换器串联锂电池组控制策略研究

现今LC谐振变换器中锂电池电压均衡控制策略主要有两种,分别是直接单对单均衡(DC2C)和直接多对多均衡(MC2MC),且DC2C控制简单但均衡时间长,MC2MC控制复杂但均衡时间短,所以针对LC谐振变换器的拓扑结构中串联锂离子电池在不同均衡方式下的均衡速度不一致问题,文中提出一种改进型控制策略;该控制策略结合DC2C和MC2MC这两种均衡策略的优点,使用先单后多的控制策略实现电池电压均衡,并且采用图论法分析了在改进型控制策略下的拓扑结构运行模态。文中在MATLAB/Simulink电力仿真平台上搭建了仿真模型,仿真结果表明拓扑在改进型控制策略下的均衡时间为0.191s,较DC2C的均衡时间0.335 s提升了75.4%,较MC2MC的0.22 s提升了19%,改进型控制策略在电路结构中的运行不仅合理有效,且拥有均衡速度更快,均衡时间更短的优点。

退役动力电池双层均衡方法研究

针对如何提高退役电池组均衡速度,提出了一种双层均衡电路,底层电路采用基于电感的Buck-Boost均衡电路结构,顶层电路采用可重构电路结构。根据开路电压(OCV)和电池荷电状态(SOC)曲线关系采用分段均衡控制策略。设计双层均衡电路的仿真实验,仿真实验结果表明:在电池参数相同情况下,与传统Buck-Boost均衡电路相比,双层电路均衡时间减少25%,有效提高了电池组均衡速度。在电池状态和均衡电路结构相同的情况下,与单一变量的均衡策略相比,SOC-电压分段均衡策略时间减少11%,验证了该均衡方案可行性。

基于SOC的锂动力电池组双向主动均衡控制

电动汽车锂动力电池组中单体电池的不一致性会导致电池组的容量和使用寿命的衰减,严重影响了电动汽车的性能。为此设计了一种以双向Buck-Boost拓扑为主电路的主动均衡控制系统,采用极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)预测电池的荷电状态(State of Charge,SOC),并以SOC作为主要的均衡判据,提出了一种新型的主动均衡控制策略,实现了锂电池组在充电过程和静置状态下的主动均衡。实验结果表明:所提出的双向主动均衡控制方法可以准确高效地实现均衡目标,且能量损耗较少。

PHEV电池组的实时均衡控制与设计

针对并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV)动力电池组单体电池存在不一致性的问题,通过对其现有的动力电池组充放电方法进行分析,以提高电池组均衡充放电效率,减少整体能耗为依据,提出了一种并联式混合动力汽车动力电池组实时均衡控制策略。利用常用的动力电池组进行了实时仿真,结果表明,与传统PHEV动力电池组实时充放电以及整体耗能方面相比,所提出的均衡控制策略有效地降低了能耗,延长了动力电池组的使用寿命,提高了PHEV动力电池组均衡充放电的效率。

充电模式下锂离子电池组主动均衡控制方法研究

目前电动汽车都会采用到驱动动力强劲的锂离子电池,在充电模式下保证锂电子电池组实现主动均衡控制,有效推进电动汽车电力系统良性发展,提升电汽车整体性能。文章中所探讨的是基于双向Buck-Boost拓扑结构的主电路主动均衡控制系统,它其中基于荷电状态SOC建立主要均衡判据,进而实现了对主动均衡控制策略的有效改进。简单研究了充电模式下的锂离子电池组主动均衡控制电路设计方法,锂离子电池组的SOC均衡控制策略,并对其设计控制方法仿真结果进行分析。

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。

混合动力汽车电池管理系统的均衡策略研究

电池组的均衡技术是电池管理系统(BMS)的最关键技术之一。均衡技术可以大大减小电池组中各单体电池之间的差异,有效防止过充电和过放电,维持电池组的平衡,从而延长电池组的使用寿命,也极大地提高电池的使用效率。首先选择了电池均衡的判断标准,列举了无损和有损均衡的利弊,并着重分析了基于电感、电容、变压器等无损均衡方案,选择基于变压器的无损均衡,设计均衡电路与均衡控制策略,通过试验论证方案可行性,极大改善电池组各单体电池的不一致性。

锂离子电池组充电均衡控制系统分析

锂离子电池组在新能源汽车中应用越来越广泛。为了提高新能源汽车的续航能力以及解决锂离子电池组在充电过程中存在不均衡的现象,根据锂离子电池不同工况下的电压与SOC关系,提出电池组的均衡控制策略,并对锂电池组均衡控制系统的软硬件电路进行了设计,进而搭建了锂离子电池组均衡控制电路实验模型,并进行了实验验证。实验结果显示,提出的锂电子电池均衡控制策略对单个电池的不一致性有明显的改善作用,并且理论估算值与真实性一致性较高。

基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制

有源滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)在电力系统应用中都是独立开来,分别进行谐波抑制和无功补偿。将APF和STATCOM功能结合起来,以级联H桥换流器构成APF-STATCOM装置,同时实现无功补偿和谐波抑制。在分析级联H桥APF-STATCOM拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种简单有效的控制策略;针对级联H桥换流器各子模块间的电容电压均衡问题,采用最近电平逼近调制(NLM)并提出了一种适用于级联H桥换流器的电容电压均衡控制策略。利用PSCAD/EMTDC对36级联H桥APF-STATCOM进行了建模仿真,结果验证了该控制策略和电容电压均衡控制策略的可行性和有效性,并表明所提出的电容电压均衡策略能有效避免H桥模块IGBT不必要的频繁开关,减少器件的开关频率。