基于动态可重构电池网络的大规模退役动力电池梯次利用储能系统运行性能评估

退役动力电池因其一致性差、安全性薄弱等缺陷在梯次利用时面临巨大挑战。动态可重构电池网络(dynamic reconfigurable battery network,DRBN)能够有效提高退役动力电池梯次利用储能系统的一致性和安全性。目前DRBN储能系统已经进入工程应用阶段,然而现有的研究缺少对大规模DRBN储能系统的运行性能评估。为此,以实际运行的大规模退役动力电池梯次利用储能系统作为分析对象,选取储能系统中80个DRBN的1个月运行数据进行分析。从运行工况、均衡效果、薄弱辨识三个方面验证了DRBN储能系统对电池模组一致性的提升效果。数据分析表明,90%的DRBN一致性良好,且其他一致性较差的DRBN都能够被准确辨识。

动态可重构电池储能技术:原理与应用

如何从根本上消除电池系统的“短板效应”是储能行业发展的核心技术问题。目前业界解决“短板效应”的主要手段是追求电池单体在生产和使用过程中的一致性,这必然导致边际成本越来越高,同时依然无法从根本上消除电池系统“短板效应”。因此,本团队率先提出了基于能量数字化的动态可重构电池(dynamic reconfigurable battery,DRB)储能技术,改变了电池发明以来固定串并联的应用范式,将电池之间的物理连接由传统固定串并联的刚性连接改变为程序控制的柔性连接,通过控制每个电池接入充放电回路里的时间实现了“尽力而为”的电池能量管控模式。接着,本团队提出了基于动态可重构电池储能技术的能量控制和系统级本质安全控制方法,将能量控制问题表示为一个优化问题,并分析了基于可控串并联技术的本质安全控制方法。大量实际运行数据表明,动态可重构电池储能技术可以极大提升电池储能系统的安全性和能量效率,为构建大规模长寿命低成本电池储能系统提供了全新的路径。

基于纵横交叉优化的可重构电池组环流抑制策略

退役电池之间巨大的特性差异会降低储能系统的有效容量和安全性,严重阻碍电池的梯次利用。可重构电池组能灵活切换电池之间的连接方式,是应对电池特性差异的有效方案。然而,电压差异导致的电池组内部环流,会降低电能效率和缩短电池寿命,并引发局部过热等安全问题。以构建最多并联路径和抑制环流为目标,提出了可重构电池组的路径组合优化策略。建立了优化模型,并根据模型特征设计了离散二进制纵横交叉优化算法,克服了路径组合优化面临的非确定性多项式难题。最后,通过仿真和实验验证,证明了所提出的路径组合优化策略能有效抑制环流。

基于电池模组重构的均衡充电控制方法

锂离子电池以高功率密度、高能量密度和低自放电等优势被广泛应用于消费电子和储能等领域。电池在制造和使用过程中的环境差异导致了电池组单体电量不均衡,严重影响电池成组后的整体可充入电量。针对电池组由于电量不均衡而无法实现满充的实际问题,针对7节电池串联构成的电池组,提出了电池重构系统和状态监测系统,实现任意电池单体串联组合,并在此基础上以荷电状态(SOC)为判据进行聚类分组,根据电量整体从低到高的顺序进行梯级充电,最终实现电量不均衡电池组整体同步充满。实验结果表明,该方法与无重构系统的充电方式相比,电池组可用容量提升达55.9%。

基于可重构电池的稳压及均衡方法研究

锂离子电池组在使用串联可重构电池拓扑进行均衡时,输出电压波动较大,而加入DC/DC变换器进行稳压后又会增加能量损耗和控制复杂度。为解决以上问题,提出一种无DC/DC变换器的新型可重构电池拓扑及控制策略。通过对开关的控制,选择电池组中SOC(state of charge)较高且电压满足要求的电池进行放电,并连续替换SOC较低的电池。使用Matlab/Simulink软件进行仿真,结果表明,与带有DC/DC变换器的可重构拓扑相比,此拓扑结构在电池组放电的情况下最大的电压波动为2.03 V,且电池组的SOC差异度从均衡前的0.95%降低到0.58%,验证了该拓扑良好的稳压及均衡性能以及控制方法的有效性。

基于动态可重构电池网络的储能系统本质安全机制及实例分析

随着电化学储能的快速发展,储能系统本质安全的问题日益凸显。然而,电池单体固有的差异性与传统固定串并联成组方式的不匹配所带来的电池系统“短板效应”是造成目前电化学储能系统安全性和经济性问题的本质原因。近年来,基于动态可重构电池网络(dynamically reconfigurable battery network,DRBN)的数字储能系统得到了广泛的关注。DRBN通过低功耗功率半导体器件与电池进行深度耦合,将电池从电化学反应装置转变为一种新型数字装置,并通过毫秒级电池物理连接拓扑重构从原理上杜绝了由于过充过放所带来的热堆积和热失控问题,实现了电池系统级本质安全。此外,DRBN能够快速诊断并切除故障电池,同时保持电化学储能的正常运行,极大提升了系统的可用性和可靠性。最后,本工作通过实际工程案例数据阐述数字储能系统在突发故障时的在线诊断和快速自动隔离疑似故障方面的本质安全机制,为电化学储能系统安全性和经济性提供一种新的路径。

基于动态可重构电池网络的OCV-SOC在线估计

随着大规模储能系统的广泛发展,快速准确地估计锂离子电池的荷电状态(state of charge,SOC)对系统的安全可靠运行至关重要。然而,在传统的固定串并联电池单元/模块拓扑结构中,无法直接测量电池单元/模块的开路电压(open circuit voltage,OCV),也就无法建立OCV-SOC映射关系来准确估计SOC。对此,提出一种基于新型动态可重构电池网络的精准SOC估计方法。该方法可以在1s内测量得到OCV,然后使用梯度增强决策树估计电池单元/模块的准确SOC。实验结果表明该方法的高效率和有效性,为电池状态估计提供了一个范式结构。

退役电池储能系统中可重构电池网络技术应用

可重构电池网络在电动汽车电池组、备用电源和储能系统中应用广泛.灵活的电池拓扑重构可实现电池单体间差异化管理,在电-热-安全管控中发挥作用.可重构电池网络技术应用于退役电池储能系统,革新动力电池梯次利用的分选、重组环节,有效解决电池差异化带来的安全性问题.将可重构电池网络应用于退役电池储能电站设计,围绕可重构电池网络设计的原理、技术优势和应用案例,介绍可重构电池网络在退役电池储能系统中的应用,以期为大规模退役动力电池梯次利用提供借鉴.

可重构电池技术研究综述

蓄电池在使用过程中需串联成组才能满足设备的功率需求,设计良好的电池系统对于电池应用至关重要。在多数文献中,电池组设计的研究主要集中在电池能量均衡管理电路和策略上。近年来,可重构电池组的设计获得越来越多的关注,可重构电池组最突出的特点之一是电池组可基于电池当前状态,实时动态重新配置电池单元拓扑结构。可重构电池组为电池组能量转移效率低、寿命短、可靠性低等问题提供了解决方案。

软件定义可重构电池系统及其应用

自电池被发明200多年以来,电池系统一直是采用固定串并联的系统架构,即很多小容量的单体电池根据负载的要求固定串并联成一个电池系统。然而,由于生产和工况引入的单体电池差异性,这种固定串并联的系统架构给电池系统带来了很多应用上问题,如SOC和SOH的测不准问题、电池充放电均衡问题、电池的梯次利用问题及可靠性和安全性问题等。借鉴软件定义的理念和具体实现,软件定义可重构电池系统可以从根本上解决电池单体差异性与固定串并联成组方式之间的不匹配问题,进而解决了一系列电池应用问题。本文将重点讨论基于可重构电池网络的软件定义可重构电池系统原理及其应用。

基于深度强化学习的卫星电源冗余电池均衡控制策略

为提高卫星蓄电池组的智能化管理能力水平,提出了一种基于深度强化学习的卫星冗余电池均衡控制策略.训练智能体根据蓄电池组当前的运行状态给出动作,改变单体电池的投入状态和数量,实现单体之间容量均衡,减小母线电压变化范围并减少开关调节次数.在MATLABSimulink和OpenAI的gym环境中分别搭建了电池组仿真环境对智能体进行了训练,通过算例检验了该策略的可行性并与基于阈值的控制方法进行了比较,证明了方法可以有效的实现电池间均衡并减小母线电压的变化范围.

基于可重构电池储能的微电网功率协调控制研究

针对可重构电池储能的运行特点,研究了一种基于可重构电池储能的微电网功率协调控制策略。首先,为了改善可重构电池的响应特性,设计了基于积分滑模控制的储能变换器控制系统。其次,将微电网运行状态划分为四种工作模式,在系统运行状态发生变化时,通过可重构电池储能的主动功率调节作用,使得微电网能够在不同工作模式下维持系统功率平衡,从而保证系统稳定运行。最后,通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型,验证了所提策略的有效性。

基于LED阵列照明光分布和光伏电池阵列的高速可见光通信技术

研究分析Si-PvCA物理结构、光电特性与其电路拓扑结构等关键因素,并在此基础上提出了利用LED阵列照明空间光分布和电池板可细分重构特征,改善信噪比,实现空分多址(Space Division Multiple Access,SDMA)多输入多输出并发VLC,为LED阵列照明与Si-PvCA的VLC应用发展提供了新的研究思路和框架。

基于数字能量交换系统的动力电池无损梯次利用储能技术研究

退役动力电池在有效容量、健康状况、循环寿命等方面具有显著差异性,单体级拆分、固定重组的梯次利用技术方案难以提高梯次利用储能系统的可靠性、安全性和能量效率。该文基于可重构电池网络技术,提出数字无损动力电池梯次利用技术的数字能量交换系统。首先,分析退役动力电池梯次利用动力电池系统的可行性,提出电池包或模组级重构的梯次利用储能系统方案。接着,阐述数字能量交换系统的技术基础并提出其原理框架,建立可重构电池网络的容量变化模型,总结出数字能量交换系统的优化问题。根据数学模型推导基于可重构电池网络的智能梯次利用动力电池管控策略,实现梯次利用电池储能系统能量信息化、数字化管控。然后,根据数字能量交换系统特征,推导基于可重构电池网络的卡尔曼滤波与开路电压–荷电状态映射相结合的在线电池荷电状态估算算法。最后,基于梯次利用储能项目示范工程,使用信息熵与物理系统熵的概念解释数字储能系统对电池进行一致性的管控,验证了系统的效能。

新型电化学储能技术的研究及应用

本文在阐明传统电化学储能系统存在不足的基础上,提出了两种新的方案和技术,包括"基于不间断电源实现负载侧储能"和"基于可重构电池网络与软件定义电池能量管控技术组成的新型数字储能系统",为电化学储能系统的应用开拓了新的场景及技术方向,从而助推电化学储能产业发展壮大。