质子交换膜燃料电池单体电压均衡性研究综述

质子交换膜燃料电池单体电压均衡性直接反映并影响整个电堆的性能和寿命,因此是燃料电池系统设计、制造及其运行控制的关键因素与重要技术指标。由于燃料电池电堆的单体电压均衡性受多种因素制约,该文从单体电压均衡性的评价方法、材料与结构、运行参数、负载、系统控制、寿命周期等6个方面,对现有燃料电池单体电压均衡性研究进行综述,并对其均衡性影响机理进行归纳总结。最后,对燃料电池电压均衡性研究的未来发展做了相应建议和展望,希望对我国车载燃料电池技术的发展与应用有所裨益。

14.4kW PEMFC电堆单体电压均衡性实验研究

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电堆由多个单电池串联叠加而成,材料、工艺和流场分布等因素可能引起单电池性能衰减,电堆运行寿命取决于电压最低的单体电池,电堆中单体电池电压均衡性是影响燃料电池寿命的重要因素.为了解决现有单体电压均衡性评价方法不能全面准确地反映燃料电池电压一致性的问题,探究电堆电流、流场分布和空间位置对单体电压波动率的影响,以14.4 k W PEMFC电堆测试平台为基础进行了单体电压均衡性实验研究.实验分别测试稳态时电堆电流以10 A为步长、从10 A加载到180 A和暂态时从47 A动态加载到112 A的单体电压波动率,加载策略采用恒频恒幅加载控制策略,负载加载的时间间隔为20 ms,电流加载幅值为2 A.首先,运用统计学"掐头去尾"的原则处理电堆稳态电流从10 A加载到180 A的数据,剔除端部单电池前(后)单体电压波动率与电流,分别得到Fourier 3项式和Gaussian2项式函数关系.然后,针对单体电压波动率无法分析电堆电压幅差和故障的缺点,提出将单体电压波动幅值、异众比率、最小距和电压平均差相结合的改进电压均衡性评价方法.该方法以单体电压波动幅值推断电堆电压波动范围,并通过异众比率判断较大电压偏差电池占所有单电池数目的比例,使用最小距表示电压最低的单体电池偏移电堆平均电压的程度,利用电压平均差评价电堆整体波动大小.最后,以电堆从47 A动态加载到112 A时的75片单体电压分布为算例,对传统单体电压波动率与改进的电压均衡性评价方法做对比实验.研究结果表明:虽然传统的单体电压均衡性评价方法测得的波动率为0.77,但很难从电压波动率上反映出电堆各单体电池电压波动程度;改进的电压均衡性评价方法可从电堆单体电压波动幅值、异众比率、最小距和电压平均差多方面综合评价电压的均衡性,其对比实验值分别为40.00、0.04、14.33 m V和2.60 m V,电堆电压幅差较大;电压波动较大的单电池的数量很少,电压最低的单体电池偏移电堆平均电压的程度较小,电堆电压整体波动较小,电堆整体均衡性较好.

高精密PEMFC单体电压检测器的开发

根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的特点,提出了4种PEMFC单体电池电压检测的设计方法。在对这些方法的优劣进行比较以后,采用了基于光电继电器的高精密PEMFC单体电压检测器的设计方案,并进行了详细的介绍,同时还针对提高单体电压检测的精确性进行了探讨。电压检测器还集成了CAN总线接口,已应用于3 kW PEMFC发电系统中。

燃料电池膜电极单体电压检测电路设计与对比

根据质子交换膜燃料电池的特点,完成了2种不同类型的膜电极单体电压检测电路的软硬件设计,分别采用光电继电器隔离法和多节电池组监视器芯片法设计了燃料电池膜电极单体电压检测电路,开发了基于C 语言的膜电极单体电压采集程序,并且用样机对比分析了这2种类型的膜电极单体电压检测设计方案的各自特点。

基于电池单体电压和SOC的储能优化控制策略

为了提高储能电池的可用容量以及简化储能变流器的控制,提出基于单体电压和荷电量(SOC)的阶梯降功率控制策略。首先,考虑了并网模式下储能变流器的PQ经典控制模式;其次,实验分析了单体电池和电池组的单体电压、SOC与充放电倍率之间的关系。结合储能变流器的控制模式以及电池的单体电压、SOC,提出了储能阶梯降功率充放电控制策略。在满足功率约束的前提下,实现了优化储能的可用容量以及简化储能变流器控制。

钠硫电池模块单体电压巡检系统设计

以包含48个单体的钠硫电池模块为研究对象,针对现有两种常用的单体电压检测方法的不足,设计了一种改进的方案,运用光耦继电器依次对奇数编号和偶数编号的单体电压进行检测,从而实现对整个电池模块的巡检。仿真和测试结果表明该方案切实、可行,具有良好的应用价值。

氢燃料电池堆膜电极单体电压同步检测装置设计

设计了一种氢燃料电池堆膜电极单体电压同步检测装置。采用同步脉冲触发的方法,由燃料电池堆主控单元发送同步脉冲信号,同步并行触发膜电极单体电压检测单元,并将膜电极单体电压检测数据与同一时刻的燃料电池堆温度和压力数据同步绑定,实现了对燃料电池堆膜电极单体电压精确同步检测的功能。

基于神经网络的动力电池单体电压差预测方法

针对动力电池单体电压差预测问题,基于神经网络算法建立单体电压差预测模型。将总里程、电池包电流、电池包电压、电池温度、SOC作为模型的输入,将单体电压差作为模型的输出,将电动汽车长里程道路试验采集的数据划分为训练集和测试集,用于模型的训练和测试。结果表明,用所提方法进行单体电压差预测时可使均方差仅为0.004%,可行性被验证。最后,用所提方法得到长里程下单体电压差的预测值,为动力电池单体电压差的定量预测提供了一种新的方法。

阀控式铅酸蓄电池组放电试验中单体电压异常下降原因分析及处理

通过对阀控式铅酸蓄电池组放电试验过程中单体电压异常下降原因进行分析,得出异常产生的根源是电池接线柱松动导致接触电阻增大,从而使得电压降增加。经清理紧固处理后进行重新放电试验,试验正常,可为类似问题的处理提供借鉴。笔者对蓄电池放充电试验注意事项进行了归纳总结,对同类试验具有指导作用。

一种蓄电池单体电压自动测量仪的设计

蓄电池是列车辅助系统非常重要的组成部分,在列车受电弓未给列车供电的情况下可为控制电路提供电力。在蓄电池维护过程中要求检查电池单体电压,以确保蓄电池能正常工作,传统方法是使用万用表逐个测量和记录蓄电池单体,由于一个蓄电池单元具有分布在两个电池盒中的80个电池单体,因此测量时需要重复80次测量动作以完成工作。为此,介绍了一种在维保生产管理系统现有平台下开发的智能工具——蓄电池单体电压自动测量仪,可以一次测量多组数据,并将数据实时上传到维保生产管理系统服务器,从而减少重复操作,提高测量工作的准确性和工作效率。

动力电池系统汇流排阻抗辨识及单体电压补偿

鉴于当前动力电池系统大电流高压化的发展趋势,研究动力电池系统汇流排阻抗辨识及单体电压补偿方法。分析了电池包汇流排阻抗特性对单体电压采样功能的影响,建立了汇流排阻抗参数化模型,并通过筛选特征工况点采用带遗忘因子的最小二乘法进行阻抗在线辨识,基于对汇流排压降的可靠性评估实现单体电压的可靠补偿。最后,导入试验数据仿真验证了汇流排阻抗在线辨识结果精度较高,并且实现了单体电压稳定可靠补偿,有效降低了动力电池系统的动态偏差和提高了可用容量。

锂电池管理系统单体电压采样断线检测功能的分析

采样断线是影响单体电池电压采样的常见故障,结合实际应用的软硬件平台,对采样断线检测功能进行了分析,提出了针对断线检测具体的应用策略,并给出了示例判定流程,以便及时发现电池采样断线的情况,防止因断线造成的单体一致性或过、欠压的误判,从而避免因误判造成的保护误动,实时保证电池组的安全、可靠运行。

锂电池组单体电压检测及显示方法研究

针对锂电池组应用中的安全性问题,探究锂电池组单体电压测量及显示方法。该方法采用高共模电压差分放大器INA117AM进行测量,通过MC34080D和LM311H设计显示电路,对锂电池组的单体电压进行实时检测保护。研究结果表明,该方法能够精确地测量微弱差分电压,测量误差小、精度高,能够对锂电池组进行电压实时检测。该方法操作简单、直观,使用方便,具有结构简单、测量精度高,且能消除纹波、噪声和静电电流影响等优点,能够有效保证锂电池组在应用中的可靠性,对锂电池组的安全使用提供技术和方法参考。

基于LTC6803的单体电池电压采集系统设计

设计了一种基于LTC6803的单体电池电压采集系统。通过两片LTC6803及单片机,实现了24只单体锂离子电池的电压采集;两片LTC6803可灵活采用并联方式或级联方式连接。采集系统通过CAN总线与上级控制器进行通讯。文中对系统的整体结构和工作原理进行了介绍,并给出了具体的硬件电路和软件的设计方案。

单体电压不一致性对锂电池储能系统容量衰减的影响

电池的不一致性是指同一规格、同一型号的电池在电压、内阻、容量等方面的参数差别。其中,电压不一致性的表现相对直观,也容易被测量。在MW级电池储能电站中,需要通过串并联成组来满足储能系统的电压等级和容量需求,电池单体数量高达几万节,而单体电池不一致性的存在,将不可避免地影响储能系统整体性能。针对200 kW/200(kW·h)锂电池储能系统和250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统在不同时间阶段进行容量标定实验,经过长期运行后,分析单体电池电压不一致性对电池系统容量衰减的影响。结果显示:经过2年的运行,250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统充电性能衰减了4.24%,放电性能衰减了2.6%,单体电压不一致性变化不大,而200 kW/200(k W·h)锂电池储能系统充电性能衰减了25.976%,放电性能衰减了27.120%,说明具备充放电均衡控制策略的锂电池储能系统能够很好地改善单体电压不一致性变化;250 kW/1(MW·h)储能系统已累计运行相当于100%DoD(depth of diacharge)充电27.11次,相当于100%DoD放电23次,充放电次数是造成该储能系统容量衰减的主要原因。

PEMFC电池堆单体电池电压巡检系统开发与实验

设计了基于差分运放和光耦开关的硬件采样模块,以及基于Lab VIEW的算法程序、数据采集及界面控制的软件处理模块的燃料电池单电池电压特性巡检系统。该系统精度高、抗干扰性强、测试电压路数多,而且能实现数据的实时采集、显示和保存,并对电压异常情况进行警示。本系统已成功应用于百瓦级阴极开放式燃料电池堆的测试,实验证明具有良好的测试精度与稳定性。

单体PEMFC电压分布与风扇流速功耗平衡分析

基于自制的质子交换膜燃料电池(PEMFC)及相关设备,进行了空载和负载条件下的单体电池电压分布和不同风扇系统的流速与风扇系统功耗平衡分析。单体电池电压分布实验可检验电堆是否符合设计要求,定位性能欠佳的单体电池并进行改进和提高。流过燃料电池阴极的空气流速和风扇系统功耗存在着一个平衡,更高的流速可改善热交换的程度,但要增加风扇系统的功耗。

电池管理系统电压采样电路的设计与研究

动力电池作为混合动力汽车的全部或部分动力源,对动力电池单体电压的实时采集、监控具有重要意义。设计一种电池管理系统(BMS)电压采样电路,分析电压采样原理,通过电池箱模拟单体电池电压,编写软件控制单个模块电压采样,比较不同电压下的电压采样精度。测试结果表明,电压采样精度较高,满足电压采样设计要求。

电动车辆动力电池组电压采集电路设计

为保证电动车的正常和安全行驶,电池管理系统必须实时监测电动车电池的电压数据,为了避免电池电压的不均衡性带来的局部电池过充/过放引起的安全问题,要求检测系统必须对电池单体电压进行精确测量。设计了基于压控恒流源法的电池组电池单体电压采集电路,该电路以运算放大器为核心,将被检测的电压信号转换成电流形式,提高了电池单体检测模块的抗干扰性和工作稳定性,并且该检测电路在某电驱动车辆上得到了成功的应用,电压采集精度在0.5%以内。

串联锂离子电池组电压巡检电路

锂离子动力电池在电动汽车、储能电站等领域应用广泛,其通常采用多单体串并联方式构建电池组对负载供电或储能。电池组中的单体电压是反映电池性能及电池保护的重要参数。论文设计了一种电池组单体电压巡回采集电路。该电路通过单片机、译码器和锁存器等器件控制光电耦合开关把电池单体分时加载到电压测量电路,完成整个电池组所有单体电压的巡检。为解决部分单体共模信号较大,运算放大器无法直接测量问题,设计电阻分压与直接测量两种电压检测模式,通过工作模式切换开关进行单体电压分段测量。实验结果表明,该采集系统性能稳定,可满足大功率串联电池组测量精度要求。