动力锂离子电池串并联仿真技术研究

由于不一致性问题和短板效应的存在,动力锂离子电池串并联成组后性能会比单体进一步降低。以新电池筛选以及旧电池梯次利用为背景,选取电学模型分析了储能系统用大容量锰酸锂电池和磷酸铁锂电池的模型状态参数,并通过等效电路的微分方程建立了单体电池和串并联电池组的计算机仿真模型。为验证仿真模型精度以及分析串并联仿真结果,分别对不同内阻分布、荷电状态分布和单体容量分布的筛选结果进行倍率充放电实验,研究了单体电池参数不一致程度和串并联连接方式对电流不平衡度的影响。本文提出的串并联仿真方法为评估动力电池组和储能系统的性能提供了重要手段。     

基于换电和电池租赁模式的纯电动汽车运营成本评估及预测研究

在纯电动汽车示范运营中,动力电池运营价格测算是开展电池租赁模式的重要前提,目前尚无成熟方法并缺少可靠数据。本文运用成本加成定价法和年金法,在裸车销售,电池租赁模式下,在充换电站建设、运营和电池租赁由两个主体承担的条件下,对电池运营价格进行了测算;同时,应用影响因素敏感性分析方法,结合北京市纯电动公交车实际运营数据,分析了电池系统价格、贴现率、年人工成本、年充电量和充电基础设施初期投资等因素对动力电池运营价格的影响,得出电池价格和充电量是影响运营价格的最敏感因素。根据连续4年的小型成熟二次锂电池价格历史数据和燃油价格趋势,预测并比较了未来几个四年电动汽车和传统汽车的运营费用,最终提出了未来电动汽车产业发展的建议。     

基于不同衰退路径下的锂离子动力电池低温应力差异性

锂离子动力电池受到的低温冲击通常发生在某一特定情况下,其低温应力与新电池存在一定差异。通过以35A·h复合材料电池为研究对象,针对电池充放电过程中存在的不同反应阶段,利用转化容量增量曲线划分电池工作区间,使电池在不同SOC区间循环老化,跟踪其电化学特性变化,分析衰退机理。在0℃环境下,采用C/3、C、3C/2、2C和5C/2电流依次对老化电池进行充放电冲击,分析基于不同衰退路径下的动力电池低温应力差异性。结果表明:动力电池在不同SOC区间循环使用会产生差异性明显的衰退路径,其低温衰退与其之前经历的循环衰退并不存在映射关系和一致性。同时得到的结论为动力电池成组应用的寿命分析和梯次利用电池的筛选配组提供依据。     

一种可用于电力系统功角广域测量的GPS精密授时方法

GPS授时以其精度高、所受干扰小、实时等优点而在授时工作上有着广泛的应用前景。本文研究了具有定时功能的GPS-OEM芯片RS232输出和1PPS输出的特点及应用,并提供了在电力系统功角广域测量中用其实现精确授时的方法,可用于改进传统的授时模式。     

基于数据统计特性的GS-SVM电池峰值功率预测模型

以锰酸锂动力电池为研究对象,对电池处于不同温度和荷电状态下的情况进行10 s峰值功率测试,同时测量电池内阻。对实验测试得到的温度、荷电状态、内阻及峰值功率数据进行统计分析,包括测试变量间的相关程度评估和共线性检测,挖掘电池外特性参数与峰值功率数据间的统计关系。在此基础上,提出采用基于网格搜索的支持向量机(GS-SVM)建立电池的峰值功率预测模型。验证结果表明所提模型预测精度高,平均误差仅为3.65%;该模型训练时间短、响应速度快、操作性强,可以实现对动力电池峰值功率的快速估计,为电动汽车安全可靠运行提供有力保障。     

基于Simulink/Stateflow和RTW的电池SOC估算软件开发

介绍了一种基于模型开发自动代码生成的电池荷电状态(SOC)估算的软件开发方法。以动力电池SOC估算为研究对象,在Simulink/Stateflow中建立仿真策略模型;确定了三种测试工况验证模型仿真的正确性;使用Real-Time Workshop工具将SOC估算模型生成标准的C代码;在软件Code Warrior IDE环境下,利用CPU为飞思卡尔MC9S12DT128芯片的电路板进行了实测。测试结果与仿真结果一致,生成代码的尺寸满足芯片的处理能力要求,软件能够稳定运行。     

参与AGC辅助服务的锂离子电池储能系统经济性研究

随着新能源技术的蓬勃发展,传统电网频率控制面临着日益严峻的考验,锂离子电池储能系统协助火电机组参与调频具有良好的发展空间。该文以锂离子电池储能系统辅助火电机组参与自动发电控制(AGC)辅助服务为应用场景,结合"两个细则"中的相关规定编写了AGC辅助服务的考评补偿算法。通过衰退实验搭建相对保守但可靠的电池能量衰退模型。在控制策略上,搭建基于Logistic函数的能量状态(SOE)趋中控制策略和基于评价指标的经济性策略,拟合出储能系统的每日调节模型。最后,针对项目的全寿命周期净收益、投资回收期和投资回报率进行项目经济性分析。该文通过评估投资回收期和投资回报率得到储能系统初始能量配置方案,并对可能产生的政策更新和市场变动进行敏感性分析。利用该经济模型能够得到较为严谨可靠、对政策和市场变化兼容性强的投资方案。     

温度不一致对串联电池组放电性能的量化研究

锂离子电池由于位置分布和热管理条件差异而产生的温度不一致,会导致串联电池组可用能量减小、峰值功率下降等问题,但是量化影响关系不明晰。基于二阶RC等效电路模型,在-20 ℃~25 ℃温度范围内,采用温度插值和插值拟合的方法,分别获取任意温度的电池放电曲线和峰值电流,其误差分别在2.19%和6%以内,为定量研究温度不一致对串联电池组放电性能的影响提供模型支撑。在此基础上,为定量分析由温度不一致引起的能量和功率效率,定义了电池组能量利用率和功率利用率,对不同平均温度和温差下100块串联电池进行量化仿真研究。结果显示,平均温度的降低和温差的增大都会加大电池能量和功率损失,为电池组热管理的温度阈值控制提供数值参考。     

温度自适应的锂离子电池低温自加热方法

低温下锂离子电池峰值功率和可用能量急剧下降,且难以充电,已成为制约电池应用的瓶颈之一。基于等效电路模型构建电池温升模型,从缩短加热时间和避免电压超限两个方面分析了加热电流幅值和频率的选取原则,提出了随温度自适应调整脉冲电流幅值的低温自加热方法。该方法可在7 min内将电池均匀地从-10.5℃加热到1.4℃,温升速率为1.7℃/min,验证了模型的准确性,加热后电池可充入更多的电能,有助于解决低温下电池性能差、充电难等问题。     

串联锂离子电池组仿真技术研究

在电动汽车车载电池、电池储能系统等应用中,由于单体电池性能和参数的限制,为满足电压需求将电池串联使用。选取锰酸锂电池的Thevenin等效电路模型,在实验基础上识别模型状态参数,建立了单体及三种串联电池组的计算机仿真模型并进行对比分析,串联电池组充放电实验的仿真结果说明了将串联电池组等效为一个电池的误差最大。进一步结合电池参数数理统计提出一种实现大规模串联电池组仿真的方法,16模块串联的电池组实验验证了其精度,为电动汽车整车仿真、电池储能系统实时数字仿真的电池模块提供一种仿真方法。