串联蓄电池组均衡电流控制方法研究

蓄电池储能系统广泛应用于微电网和新能源汽车等领域,在蓄电池组中,单体蓄电池的性能会影响整个电池组的性能,需要均衡控制消除蓄电池间的差异性,保证整个蓄电池组的使用性能。针对以上问题,选择串联蓄电池组进行均衡研究,以荷电状态(State of Charge,SOC)作为均衡依据,选取二阶RC等效电路的电池模型,通过混合脉冲功率特性实验得到电池数据,用Matlab进行参数辨识,根据扩展卡尔曼滤波原理对SOC进行估计。基于Cuk均衡电路,以各蓄电池SOC的方差作为判断条件控制蓄电池组的均衡工作开启。仿真和实验验证了二阶RC等效电路的电池模型合理性和基于扩展卡尔曼滤波估计SOC的准确性,以及基于Cuk均衡电路的均衡电流控制策略的有效性,实现了均衡电流控制。

并联锂离子电池组建模及不均衡电流分析

近年来电池储能以其响应速度快、能量密度高等优点,在电力系统中发挥重要作用。为满足实际应用的要求,电池储能系统需要将电池或电池组并联从而达到较高的可用容量,但并联电池在实际中受内阻、容量、荷电状态(SOC)等影响将出现电流不平衡现象,一定程度上制约了电池充放电电流和使用条件,影响了电池性能。针对并联电池组支路电流采集过程繁琐且状态估计复杂的情况,以电池的二阶等效电路为基础,结合回路电流法建立了并联电池组的仿真模型。模型能够根据锂电池的性能参数及状态方程实现并联支路电流的计算,进而估计并联电池组的状态,省去了对并联支路电流的检测环节。同时重点研究了并联电池组的支路不均衡电流现象,以磷酸铁锂电池为例,分析了并联电池组的充电特性。针对并联电池组的支路不均衡电流影响因素较为复杂、难以解耦的特性,采用控制变量法,通过模型详细分析了内阻、容量、初始SOC等因素对支路电流点的影响,为并联电池组的设计、成组优化及性能分析提供了参考。

基于自适应均衡电流的均衡控制设计

在锂电池的实际应用中,均衡电流的大小是决定均衡器均衡效率的关键因素之一,且锂电池不同荷电状态下所能接受的均衡电流并不相同。为此,提出了一种均衡电流自适应的锂电池均衡器。该均衡器基于马斯理论确定了多阶段均衡电流值计算方法,能够根据目标电池当前容量自适应调节均衡电流。介绍了均衡器结构、工作原理和控制策略,搭建了12个串联锂电池的均衡器实验平台并进行对比实验。实验结果表明所提均衡器在保证电池使用安全的前提下,提高了均衡效率,验证了所提均衡器的可行性,且结构简单,易于实现。

24脉波牵引整流系统的均衡电流分析

分析了24脉波牵引整流系统中的均衡电流,讨论了临界负载与牵引整流变压器阻抗参数的关系。

交流牵引供电系统双边供电均衡电流的预估方法

交流牵引供电系统双边供电方案的可行性取决于均衡电流。文章提出一种均衡电流的预估方法,即在分区所测量两侧牵引网的电压,均衡电流应该等于两侧牵引网均为空载时两侧牵引母线的电压差除以折算至牵引侧的系统总阻抗。首先,对带回流线的直供方式和AT供电方式进行研究;其次,基于IEEE 14节点系统对均衡电流预估方法进行验证;最后,将该方法应用于巴准铁路双边供电方案的可行性研究中。试验表明,均衡电流的误差与牵引网空载电流相当,可用于双边供电和贯通式同相供电的研究。

轴向双分裂式12脉波牵引整流变压器均衡电流的分析计算(上)

讨论了轴向分裂式 1 2脉波牵引整流变压器的简化等效电路及其变换形式、直流电压调整率、均衡电压和均衡电流。着重分析了均衡电流及由均衡电流引起的绕组容量增大系数。确定了变压器的合理参数 。

轴向双分裂式12脉波牵引整流变压器均衡电流的分析计算(下)

Simplified equivalent circuit and its changed form, DC voltage regulation factor, equilibrium current and voltage of 12-pulse traction rectifier transformer with axial double split winding structure are discussed. The equilibrium current and increased factor of the winding capacity due to the equilibrium current are analyzed emphatically. Reasonable parameters of the transformer are determined and the problem that the two-bridge rectifier circuit in parallel composed of this kind of transformer is operated without interphase reactor is also explained.

感应电能传输系统多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法

大功率感应电能传输系统通常采用多并联拾取模块结构。然而,多并联拾取模块参数不一致,会导致各个拾取模块的电流和输出功率不均衡,从而降低系统效率,严重时会因模块过流而造成系统故障。为解决该问题,文中提出一种基于并联拾取模块补偿电容器的多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法。首先,介绍了传统感应电能传输系统与所提出的感应电能传输系统拓扑的特性。然后,分别分析了互感、拾取线圈自感及内阻对电流分布和系统效率的影响。最后,通过4个并联拾取模块的感应电能传输系统实验平台验证了所提方法的有效性。实验结果表明,采用所提方法时多并联拾取模块的电流和输出功率基本一致,并且相比传统感应电能传输系统,系统效率最高提升了2.21%。

双线圈并联ICPT系统的分布式补偿电流均衡方法

针对双线圈并联的高功率感应耦合电能传输(ICPT)系统存在线圈间补偿电流不均衡问题,提出一种分布式补偿电流均衡方法。首先提出了双线圈并联ICPT系统的分布式补偿网络,然后依据等效思想和迭代思想提出补偿电流均衡方法,根据该方法求解得到补偿参数和各线圈补偿电流表达式,再将该方法拓展到n线圈并联结构。在北京超算云计算中心的COMSOL云平台验证了所提出的方法不仅有效均衡了各线圈的补偿电流,而且谐振状态受参数漂移的影响程度并未因补偿网络的复杂程度增加而增加。最后搭建了实验平台,验证了所提方法的有效性。

冗余电源自动电流均衡控制策略

冗余电源常用于需要不间断操作以及高可靠性的系统,当其作为N+1备份电源同时向设备供电时,还需考虑并联均流问题。针对无源冗余电源损耗大以及不能实现电流均衡的问题,文中采用了有源冗余的设计方案,设计了一个两路直流电压并联输入的1+1冗余供电系统。该系统采用兆易创新GD32E103为主控芯片,通过改变MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的导通电阻,采用PI(Proportional Integral)控制实现两路冗余电源输出电流的自动均衡。仿真和实验结果表明,有源冗余设计方案能达到自动电流均衡的目的。在正常工作时,两路电流的最大误差小于0.1 A,均流精度满足设计要求。

电流自均衡的低纹波高增益双向直流变换器

双向直流变换器作为综合能源系统中储能模块的关键接口设备,需要具备低电流纹波、高电压增益和宽范围软开关的特性。常规双向直流变换器在低压储能侧使用交错技术实现对电池友好的低电流纹波特性,然而受限于实际的生产工艺,这类交错型双向直流变换器存在多相电流不均衡问题。本研究基于耦合电感提出了一种无需复杂控制算法的电流自均衡双向直流变换器。在综合能源储能场景中,该变换器不但具有电流自均衡特性,还具备低电流纹波、高电压增益和宽范围软开关的综合优势。首先,该变换器利用钳位电容的安秒平衡特性,在一个开关周期内强制保持了交错电流的均衡,从而在电路拓扑层面即可实现电流自动均衡的低电流纹波特性。其次,作为储能电感的耦合电感兼顾了变压器功能,通过电路多级增益结构配合,实现了高电压增益特性。最后,本变换器使用了电压匹配控制和移相控制策略,对电压增益和功率大小方向进行解耦控制,保证了不同工作状态下的软开关特性。本研究分析了该变换器的工作原理与电路特性,并以此为基础设计了一款低压侧工作电压30 V至40 V、高压侧工作电压400 V、双向功率1 kW的实验样机。该样机模拟了低压侧锂电池在不同工作电压、功率大小和方向下的运行特性,从而有效验证了该拓扑的可行性。

一种具有电流均衡功能的多相降压转换器

提出了一种具有电流均衡功能的多相降压转换器,该转换器采用华虹0.35μm BCD工艺实现。该转换器带有一个输入前馈同步降压脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制器,以控制一个具有精确电压监测和输入电压前馈能力的双独立电压转换器。通过多相级联技术,可以轻松地实现高效的低电压和高电流输出,操作简便。该技术的特性在于能够抵消由于相位差而产生的多相间的输出噪声,同时能够实现对各相总输出电流的准确平衡。输入电压范围为3~22 V,具有较高的稳定性和较低的输出电压纹波。

柔性互联装备中零序电压注入的相间功率均衡控制

级联全桥加双有源桥结构的多端柔性互联装备可连接交流电网与多个直流电网,直流电网瞬时功率差异、子模块故障等问题均会导致并网电流不均衡与直流电容电压不均分。针对三相星型互联结构,采用注入零序电压的控制策略均衡相间功率,推导出不同功率需求下零序电压分量具体表达式,并量化分析注入零序电压的限制范围。最后搭建仿真实验平台,验证了该方法的有效性,仿真结果表明:在现有控制架构的基础上加入零序电压注入环节能够调配相间的功率以保证并网电流均衡,将不平衡度从6%降为1%,同时维持直流电容电压均分。

车用并联电池组不均衡电流建模与仿真分析

车用锂离子电池在实际使用过程中通常需要进行串并联以满足功率输出和能量存储的需求。然而电池间不一致带来的并联电池组内不均衡电流会影响电池组寿命和安全。建立一种N节单体电池并联的电池组等效电路模型。试验结果表明,此等效电路模型在稳态和动态工况均有较好的精度。此等效电路模型可以用于预测并联电池组内部的不均衡电流,分析不均衡电流的分配原理。仿真分析结果表明,容量和内阻的不一致性增加会带来并联电池组内部不均衡相对量IRe和SOCRe的增加。容量增加20%,IRe增加17.0%,SOCRe增加3.7%;内阻增加100%,IRe增加18.2%,SOCRe增加5.7%。

双余度无刷直流电动机伺服系统电流均衡性研究

电动舵机双余度伺服系统是以双余度稀土永磁无刷直流电动机作为执行机构,DSP作为主控单元再加外围电路组成的数字式伺服系统。着重研究了双余度运行时的电流均衡问题,分析了电流不均衡产生的原因及可能造成的后果,给出了电流均衡的方法,并将此方法应用于实际系统当中,最后给出了未加均衡环节和加上均衡环节的试验结果,对比显示,加上电流均衡环节,两个余度电流明显趋于一致。此方法易于工程实现,系统性能可靠。

动力电池组汇流排过载能力及电流均衡性影响因素研究

以某电动汽车动力电池组软包电池单体汇流连接排为研究对象,对不同结构、不同厚度的汇流排进行热电耦合数值计算,探讨了汇流排结构形状、汇流排电流I/O方式、汇流排焊缝宽度、焊缝位置对汇流排温升和电池单体均衡性的影响。以标准汇流排为研究对象,在两进两出电流不同分配方式下,重点分析汇流排对电流均衡性的影响。加工了铝质汇流排,采用多路温度测试仪对铝质汇流排进行实验测试,在不同电流作用下,实验温升和数值模拟温升之间的误差在5%之内。研究结果表明,钣金折弯对汇流排的过载能力影响不大,在汇流排表面开孔会显著降低汇流排的过载能力;在一定范围内增大汇流排厚度可以显著提升汇流排的过载能力;汇流排的焊缝宽度和焊缝位置对过载能力有一定影响,其中焊缝位置影响更大一些。最后对汇流排温升过高以及电流分配不均衡的机理进行了详细分析。

微电网的电流均衡/电压恢复自适应动态规划策略研究

含多类型分布式电源的微电网已经成为了未来电力系统的重要发展方向,其中风能和光能在降低化石能源消耗和二氧化碳排放等方面有着极大优势,考虑二者之间强互补性的协同调度已被广泛研究.但风/光协同调度的微电网多关注分钟级的调度或优化问题而非风/光波动下秒级的实时电流按容量比例精准分担,简称电流均衡,而精准电流均衡有助于可再生能源的高比例消纳.因此,本文提出了基于自适应动态规划的微电网电流均衡和电压恢复控制策略.首先,构建包含风电整流型电能变换器和光电升压型电能变换器的广义风光拓扑同胚升压变换器模型,其提供了后续控制器设计的模型基础.其次,本文将电流均衡和电压恢复问题转化为最优控制问题,基于此,每个能源主体的目标函数转化为获取最优控制变量和最小电压/电流控制偏差,进而转化为求解哈密顿−雅克比−贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程问题.基于此,提出了基于贝尔曼准则的分布式自适应动态规划控制策略以求取HJB方程的数值解,最终实现电流均衡和电压恢复.最后仿真结果验证了所提分布式自适应动态规划控制策略的有效性.

用于PV组串的单输入-多输出电流均衡器的建模与仿真

光伏板部分被遮蔽使得大型PV阵列的平均功率损失为20%~30%,因此提高PV阵列的电能利用率是一个重要的课题。首先提出了单输入-多输出隔离型电流均衡器的Forward型拓扑结构,对其进行平均建模和小信号建模。给出了电流均衡器的均衡机理和平均模型,然后比较了正激拓扑的平均模型和瞬态模型的仿真区别。最后利用PSIM软件搭建该均衡器的闭环系统的平均等效模型电路。仿真结果表明均衡器可以提高输出功率33%,平均模型可以提高仿真效率32倍。

双余度舵系统中的电流均衡策略研究

以双余度舵系统为研究背景,以双余度无刷直流舵机为被控对象,讨论余度绕组电流不均衡的原因与危害。设计位置环、速度环和均流环的三环控制策略。着重讨论双余度无刷直流电动机余度绕组的电流均衡控制策略。建立双余度无刷直流电动机和舵系统的仿真模型。利用MATLAB/Simulink,对均流控制效果和舵系统性能进行仿真验证。仿真结果和实验结果表明,绕组均流控制策略设计合理,实现了双余度绕组间的电流均衡。提高了舵系统的整体性能和可靠性。舵系统跟踪曲线超调小、稳态精度高,系统整体性能优良。

计及负序电流均衡的孤岛微电网电压不平衡协同控制策略

孤岛微电网中,由于公共耦合点(PCC)处存在大量单相负荷和非线性负荷,系统易出现三相电压不平衡及负序电流无法均衡分配问题。为此,在分析不平衡补偿与负序电流均衡机理的基础上,提出一种基于动态一致性算法的电压不平衡补偿及负序电流均衡控制策略。在分布式二次控制层中,通过分布式稀疏通信网络实现相邻的分布式电源间实时数据交换,采用动态一致性算法估算全局平均电压和平均负序电流,自适应调节电压不平衡补偿参考向量,以实现电压不平衡补偿和负序电流的均衡控制。该控制策略不仅实现了公共耦合点处电压不平衡补偿,还解决了分布式电源(DG)间因线路阻抗分布不均的负序电流均衡控制问题。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性和可行性。