基于LC-L储能的串联电池组均衡方法研究

新能源汽车动力电池组在实际使用过程中不可避免的存在不一致性问题,这种不一致性会降低电池组的能量利用率及使用寿命,甚至危及电池系统的安全。为改善电池组的不一致性问题,创新的提出了一种基于LC-L储能的串联电池组主动均衡拓扑。利用电感电容谐振电路实现能量转移,利用缓冲电路减小均衡电流的突变,均衡能量可以在任意单体间转移。具有结构简单体积小,易于扩展的特点。通过搭建四节单体串联的电池组均衡实验平台验证了新型均衡拓扑的有效性,通过与传统均衡拓扑的对比,说明了新型均衡拓扑的优点。     

一种新型电压均衡方法在串联储能系统的应用

超级电容串联储能系统的单体电压不均衡会影响超级电容的使用寿命和能量利用率。现有DC-DC电压均衡方法中所采用的传统变换器拓扑结构复杂,电路中开关管、电感、变压器等元器件的数量较多。采用一种基于Boost拓扑结构的电压均衡充电系统,由于其单开关、单电感的Boost电路结构降低了电压均衡电路拓扑结构的复杂性,提高了系统可靠性。分析了电路的均衡过程,利用推导的等效电路分析了电压均衡原理,并给出了恒电流输入-恒压充电方法。通过对3个超级电容组成的串联系统进行试验,结果验证了充电系统具有均较高的效率。     

串联电池组双准则双电压自适应均衡研究

串联电池组单体数量较多时,为了减小单体不一致性对串联电池组能量利用率和循环寿命的影响,提出一种基于电感储能的双准则双向主动均衡拓扑,通过设定两个均衡指标实现均衡路径和均衡阈值的动态调整,减小均衡过程对各单体的影响;在此拓扑基础上,提出一种双电压自适应均衡控制策略,将充电过程的均衡和放电过程的均衡合二为一,同时实现充/放电过程最高端电压的降低和最低端电压的升高。仿真及实验结果表明:所提均衡技术能够显著提高电池组均衡效率及均衡速度,改善串联电池组的一致性。     

基于反激变换器的双目标直接均衡方法

新能源汽车串联电池组各单体间不可避免的不一致性将会降低电池组的能量利用率及循环寿命,甚至危及新能源汽车使用安全.为改善串联电池组的不一致性,该文创新性地提出一种基于反激变换器的均衡拓扑,利用结构简单可靠的反激变换器实现均衡能量在整组电池和任意单体间转移,所提出的拓扑减少了储能元件的数量,降低了均衡系统的体积,而且能量传递的一次侧仅需一组控制信号,降低了控制难度;在此拓扑基础上,提出一种双目标直接均衡控制策略,将充电过程和放电过程的均衡合二为一,同时实现充/放电过程最高端电压的降低和最低端电压的升高.仿真及实验结果表明,该文所提新型均衡方法具有良好的动静态均衡效果,能够显著地改善串联电池组的一致性.     

基于磁化能量的锂电池串模块化均衡方法

串联电池组单体间的电压不均衡会造成系统能效降低及使用寿命的缩短。针对传统多绕组变压器充电均衡方法中因大量电压传感电路的存在造成系统体积、成本的增加,以及由于单个变压器不易实现多绕组而导致电池串单体数受限等问题,介绍了一种基于磁化能量的新型模块化充电均衡方法。利用磁化能量进行多电池组模块间均衡的方法大大减少了额外元器件的使用,减小系统体积、降低损耗。分析了电路充电均衡原理及均衡器性能。对两模块锂电池串联储能系统进行仿真和实验验证,验证了该模块化电压均衡方法的快速性及有效性。     

串联锂离子电池组均衡拓扑综述

锂离子电池是广泛应用于电网、电动汽车、商用及家用储能系统的重要储能电池技术,其中电池组均衡管理技术是电池组安全、高效运行的重要保障。文中对串联锂离子电池组均衡拓扑结构的研究进展进行综述。首先介绍电池均衡系统及其发展历程,其次分别介绍基于电容、基于电感、基于变压器和基于变换器的均衡拓扑结构的工作原理及其优缺点,重点阐述均衡电路从拓扑原型改进和发展的过程。然后比较主、被动均衡基本均衡拓扑结构的性能,并分析不同工况下均衡拓扑结构的选择、设计及改进的思路和方法。最后,结合电池均衡系统的发展需求,提出均衡拓扑结构进一步的研究方向。     

基于储能电感对称分布的动态均衡充电的研究

针对串联动力蓄电池在充电过程中各单体电池存在的不一致性,提出了一种基于储能电感对称分布的均衡充电电路。详细分析了均衡电路的工作原理及均衡工作过程,并根据蓄电池充电态动态模型建立的端电压与电池荷电状态之间关系,解决了均衡电路开关器件脉冲占空比计算问题,使各单体电池荷电状态在充电过程中实现均衡。实验表明,该方法能快速实现电池间能量的动态转移,有效弥补电池组的不一致性,充分发挥动力电池的性能。     

基于模糊控制的锂离子电池组两级均衡方法

针对锂电池组在充放电过程中出现能量不一致的问题，本文提出了两级均衡拓扑，分为组内和组外。电池组内采用基于电感的环式结构均衡电路，实现了在相邻单体电池及首尾电池之间的能量双向环式转移新型主动均衡。电池组外采用基于单电感的集中式均衡拓扑，可以实现组间任意电池组之间的均衡。在均衡控制策略方面，以电池荷电状态为均衡变量，设计了模糊逻辑控制算法动态调整均衡电流，以减少均衡时间和提升均衡效率。使用MATLAB/Simulink软件进行模型搭建并仿真，实验结果表明，本文提出的能量传递拓扑比传统Buck-Boost电路在相邻单体间能量传递的拓扑要减少了24.46%的均衡时间。此外，与模糊逻辑控制算法相比，使用模糊逻辑控制算法在静置和充放电条件下，均衡后单体电池的标准差下降了约11%。验证了该均衡方案的可行性。     

一种结构简单的超级电容电压均衡方法

超级电容串联储能系统的单体电压不均衡会影响超级电容的使用寿命和能量利用率。现有DC-DC电压均衡方法中所采用的传统变换器电路中开关管、电感、变压器等元器件的数量较多,拓扑结构复杂。介绍了一种基于谐振变换器的电压均衡系统,其双开关、单电感的电路结构降低了电压均衡电路拓扑结构的复杂性,提高系统可靠性并通过固定频率和占空比消除了系统的控制部分。分析了电路的均衡过程,利用推导的等效电路得出电压均衡原理。通过对3个超级电容组成的串联系统进行实验测试和仿真,结果验证了均压系统具有较高的效率。     

基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑及控制策略

均衡技术对提高串联电池组充放电的可靠性、延长电池寿命等具有重要的意义。针对现有电感均衡电路存在能量仅能在相邻电池单体之间转移、应用场合有限以及电路中元器件数目较多等问题,提出了一种基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑,并研究了相应的均衡控制策略。通过对电感的选择性充放电,实现电池单体和电池组之间的能量转移,避免了能量仅在相邻电池单体之间转移而导致均衡时间过长的缺点,具有电路结构简单、易于控制等优点。通过对所提均衡电路拓扑及其开关模态的分析,以及对均衡策略的详细介绍,给出了均衡系统的整体设计方案。仿真和实验结果表明,所提出的均衡方案具有良好的均衡效果。     

级联式储能电池组均衡器及其自均衡策略

城市环境的特点决定了分布式城市微电网储能系统需要一种电路和控制方式均较为简单的电池均衡器。本文针对这一应用条件特点,提出了一种新颖的级联式电池组均衡器。该均衡器通过由开关管和均衡电感组成的简单均衡电路模块,即可与一个公共均衡电容相连,实现能量的无缝双向流动。同时均衡控制策略简单可靠,舍弃了传统方式中电池组单体的传感器外围电路和实现复杂算法的微处理器,极大地减小了体积并降低成本。在详细描述了工作原理和参数分析后,搭建的验证样机和电池组充电平台均有效验证了所提均衡器的正确性和有效性,因而具有实际工程应用推广价值。     

一种新型双开关反激式电池串电压均衡方法

串联电池组中单体电池间的电压不均衡会造成蓄电池使用寿命缩短以及电池组能效降低。针对传统反激式电压均衡电路开关管电压应力大,拓扑结构复杂等问题,介绍了一种基于双开关反激式串联电池组电压均衡方法,其双开关反激式结构将开关管电压应力钳位于总电池堆电位,共用开关管以及钳位二极管的结构大大减少了有源器件数量。分析了电路电压均衡原理,介绍变压器设计依据以及均压实现方法。通过对4个3.9 V/2 600 m Ah锂离子电池单体串联组成的串联储能系统进行仿真和实验验证,结果证明了该电压均衡方法的可行性及优越性。     

一种双超级电容倍压式串联蓄电池系统并行均衡器

传统电容式串行均衡器利用串联单体蓄电池间的电压差实现单体蓄电池间的串行均衡,由于串联单体蓄电池之间电压差小,该均衡器能量均衡效率低、均衡速度慢.为此,提出一种双超级电容倍压式串联蓄电池系统并行均衡器,该均衡器具有以下2种工作模式:多个单体蓄电池并行均衡放电的双超级电容并联储能、多个单体蓄电池并行均衡充电的双超级电容串联释能.所提出的并行均衡策略能够极大地提高均衡速度,同时双电容使电容均衡的储能能力加倍,且均衡性能不受单体蓄电池间电压差小的限制.详细介绍了均衡器结构、工作原理和控制策略.搭建了4个串联锂离子蓄电池均衡器实验平台并设计了样机进行实验,结果证明了所提均衡器的可行性与优越性.     

基于耦合电感的锂离子电池高效均衡方法

针对电动汽车锂离子电池组,提出了一种基于耦合电感均衡方法,建立一个更为简单高效和经济的电路。对于八个串联电池单体均衡,该均衡电路选用了四个电感、八个N沟道MOSFET,它们由同步触发模式中的一对互补信号控制。给出了电路的理论推导,设计了一个完整的均衡电路,并对均衡过程进行仿真和实验验证,验证了该均衡电路的有效性。由于采用了基于电感的均衡方法,该方案适用于快速均衡,与常规的基于电感均衡技术相比,该拓扑结构具有元件少、均衡快等优点。     

一种混合开关电容和开关电感的新型均衡电路

储能系统中相互串联的多个储能元件之间的容量差异,会导致整个储能系统的有效容量下降.基于开关电容的主动均衡电路可以有效应对容量差异.然而,传统开关电容均衡电路的均衡速度较慢,而串并联开关电容均衡电路则需使用较多的开关器件.针对该问题,本文提出了一种混合开关电容和开关电感的新型均衡电路,并对电路中开关电容和开关电感的工作模态进行了详细的分析.最后,搭建了新型均衡电路的样机及实验平台,验证了电路的可行性,并证明其与传统开关电容均衡电路相比具有更快的均衡速度.     

能量转移型锂电池组均衡电路的设计与研究

电动汽车用动力电池组都是由多个单体电池串联而成,单体电池之间性能不可能会完全相同,为解决电池之间的不一致性问题,介绍了以电感为储能元件,在电感电流断续模式下,通过能量转移方式来实现相邻两节电池之间的电池均衡,在电路拓扑结构中,使用电池自身的电压来作为驱动的外部电源,无需专用的驱动芯片来控制开关的开通和关断,这种均衡方法体积小,成本低,由于光耦的使用,使得只有在均衡的情况下,均衡电路本身才会产生损耗,具有效率高的特点。通过分析均衡电路的模型,配置电路的参数,有效地解决了串联电池组电池不一致的问题。     

一种新型无源无损软开关UPS充电拓扑研究

结合不间断电源(UPS)充电拓扑对称式结构与无源无损软开关技术的优点,提出了一种新型无源无损软开关充电拓扑。缓冲电路通过电感、电容、二极管等无源器件将开关瞬态的能量在一个开关周期转移到负载端或供电端。分析了电路的工作模态,给出了缓冲电路中电感、电容的参数设计方法。为验证该设计,搭建了一台6kWUPS充电样机。试验结果表明该拓扑较硬开关拓扑效率明显提高,主功率管较好地实现了零电流开通与零电压关断。     

一种带有泵升电容的新型高增益升压直流变换器

为了满足分布式发电系统中必须把太阳能、燃料电池和蓄电池输入的低压直流转换为高压的要求,在传统型升压直流变换器的基础上,提出了一种基于双电感和泵升电容的新型拓扑结构。该拓扑结构利用电感和电容的并联充电、串联放电特性,较好地实现了低占空比条件下高电压增益的目标。最后,分析了该拓扑结构在3种不同电感条件下的工作原理,并通过仿真验证了上述理论分析的正确性。     

串联电池组主动均衡拓扑及控制策略研究

电池单体以串、并联的形式构成电池组，广泛应用于各类储能系统中。由于制造工艺和使用环境的不同，以及电池单体间内阻、库伦效率等参数的不一致在反复充放电后形成电池组电量的不均衡，导致电池组可用容量下降、电池组整体功率衰退等。为此，针对串联电池组提出了一种包括基于正激变换器的双向DC/DC变换器及开关阵列的主动均衡电路拓扑。在主电路工作原理分析的基础上，进一步提出了一种基于聚类分析的SOC均衡控制策略，并以8节电池单体串联构成电池组进行均衡验证实验。实验结果表明经过均衡操作后，不均衡电池组可用容量有所提升，证明了均衡策略及均衡系统的有效性。与传统的“平均差”法可用容量提升2.6%相比，所提出的均衡策略可用容量提升10.8%，提升效果更明显，在均衡时间基本一致的前提下，对电池组一致性改善效果更好。     

串联液态金属电池组均衡控制策略研究

液态金属电池是一类廉价高效、适合规模电能存储的新型储能电池技术。在分析液态金属电池特性的基础上,研究了一种基于开关矩阵的电感型均衡电路,提出以荷电状态(SOC)作为均衡变量,以SOC极大和极小的电池单体作为均衡对象,通过"变步长"方式对均衡电流进行控制的cell-to-cell均衡控制策略,并阐明了其具体的工作原理。利用Ma tla b/S imulink软件构建了串联液态金属电池组均衡控制系统模型,并针对串联液态金属电池组处于静置状态和恒流充电状态分别进行均衡控制仿真分析。该均衡控制策略适用于电池组的各种运行状态,可有效提高电池组中液态金属电池的一致性和容量利用率。