电池能量论文范文

电池能量论文 第1篇 关键词：锂离子电池,电池均衡,电池组办理 传统轿车在全球保有量的不断增加, 构成了动力短缺、气候变暖、空气和水质量下降等问题。从20世纪末开展起来的现代电动轿车具有低排放、甚至零排放、热辐射低、噪音低和环境友好等特色, 是节能环保和可继续开展的新式交通工具, 具有宽广的开展前景。先进的电动轿车包含纯电动 (BEV) 、混合动力 (HEV) 与燃料电池轿车 (FCEV) 三类[1], 其间具有更高功率、无污染、不依赖汽油的纯电动轿车又是其间的佼佼者。现在, 商场上出售的纯电动轿车以小型车为主, 这既与电池的能量密度相关, 也与当时消费需求有关。跟着近年来动力电池技能的巨大开展, 纯电动轿车已进入了快速开展期。 为电动轿车供应动力动力的大容量蓄电池常称作动力电池。车用动力电池一般由多个单体电池串联组成一个模块, 又称电池包。因为单体电池制作进程中功用的不一致性和运用进程中电池包内部环境的非均匀性等原因, 跟着运用时间的增加, 单体电池之间的功用差异将逐渐拉大[2], 若不采纳办法将构成某些单体电池过充电而某些单体电池过放电, 过充和过放不仅影响电池寿数, 损坏电池, 而且还或许产生很多的热量构成电池功用急剧下降, 因而采纳电池能量均衡技能来补偿电池功用的差异是十分必要的[3]。 1 电池均衡办法 1.1 现有的电池均衡办法 1.1.1 分流均衡法 锂离子电池分流均衡法是在单体锂离子电池上附加一个均衡电路, 该电路起到分流效果, 如图1所示。在这种方式下, 当某个电池首要满充时, 其均衡设备能阻挠其过充并将多余的能量经过分流电阻R1, R2, …, Rn转化成热能, 一起又能对未完结充电的电池继续充电。 为了防止因为R1, R2, …, Rn构成的大功率损耗, 这种办法最好与带有满充小电流的开关充电器一起运用。 分流充电办法的缺陷:需求设置分流电阻R1, R2, …, Rn, 构成大功率损耗, 这种办法仅适用于小电流充电的体系。 1.1.2 有源单元平衡法 有源单元平衡法是经过有源电荷开关或者电压或电流转换器把能量从一个单元传递到另一个单元。有源单元平衡法能够分为电荷开关和能量转换两个首要操控进程[4]。图2所示是飞速电容均衡充电办法[5]。 操控体系经过导通或堵截电子线路中的开关, 就能够操控电池B1, B2, …, Bn与电容C之间的导通或堵截联系, 由此操控电池B1, B2, …, Bn向电容C充电或放电。例如, 当开关S1封闭时, 可使电容C衔接到B1单元;一旦电容C充溢, 开关S1打开, 开关S2随封闭, 使电容C衔接到B2单元;这时, 假如B2的电压小于B1的电压时, 电容C会将电荷传递到B2, 缩小B1和B2之间的电压差;假如B2的电压大于B1的电压时, B2继续向电容C充电。电容C能够以相同的办法衔接到B3, B4, …, Bn, 以此类推, 可将充电电压最高单元的电荷传递到充电电压最低的单元, 到达各单体锂离子电池的均衡。 这种办法的缺陷是, 体系不能准确判别线路中每片电池的电压值, 要花费很多的时间, 才能将电荷从高电压单元传递到低电压单元。 1.2 本规划的锂离子电池能量均衡办法 本文规划了一种锂离子电池能量均衡体系, 经过比较每两片单体锂离子电池之间电压差值, 对所比较的两片单体锂离子电池的电量进行均衡, 使锂离子电池组中每片单体锂离子电池的电量到达平衡状况, 防止每片单体锂离子电池呈现过充电、过放电状况, 延伸单体锂离子电池的运用寿数, 充分发挥单体锂离子电池的功用, 由此进步锂离子电池组的全体功用。 图3是锂离子电池能量均衡体系的结构框图, 其间包含信号驱动单元、电压比较单元、操控单元和均衡单元。各部分衔接联系如图3所示。 图4是信号驱动单元的电路图, 首要包含定时器A。定时器选用芯片NE555D[6,7], 构成自激多谐振荡器。 在电路接通时, 因为电容C1还未充电, 经过定时器A内部电路, 输出端 (3端口) 输出高电平, VCC经过电阻R1和电阻R2对电容C1充电, 电路进入暂稳态 (高电平态) 。在暂稳态期间, 跟着电容C1的充电, 经过定时器A内部电路, 使得输出端翻转为低电平, 电路产生一次翻转, 电路进入另一暂稳态 (低电平态) 。在此期间, 跟着电容的放电, 电路又一次主动产生翻转。如此循环, 得到矩形脉冲信号a, 此信号a直接进入操控单元, 调整电阻R1、电阻R2和电容C1就能够调整矩形脉冲的时间常数τ, τ=0.7 (R1+2R2) C1, 由此调整矩形脉冲的宽度。 图5是电压比较单元的电路, 首要包含运算放大器B。运算放大器B的2个输入端别离衔接两片单体锂离子电池BT1、BT2的输出电压, 其间一个输入端经电容C3和电阻R5的并联电路与运算放大器B的输出端相连。本试验选用的运算放大器为LM358PW[8]。 当单体锂离子电池BT1的电压比单体锂离子电池BT2的电压高时, 在运算放大器B的输出端b输出高电平;当BT1的电压比BT2的电压低时, 在运算放大器B的输出端b输出低电平。此输出端b输出的电平与矩形脉冲信号a一起进入操控单元。 图6是操控单元的衔接图。它包含同或逻辑门P1和非逻辑门P2, 同或逻辑门P1的输出端与非逻辑门P2的输入端相连。 同或逻辑门P1的输入端衔接驱动单元中定时器A的输出信号a和电压比较单元运算放大器B的输出信号b, 当定时器A和运算放大器B的输出端一起输出低电平或高电平时, 同或逻辑门P1输出高电平c, 非逻辑门P2输出低电平d;当定时器A和运算放大器B任意一个输出低电平时, 同或逻辑门P1输出低电平c, 非逻辑门P2输出高电平d。本试验中同或逻辑门P1选用SN74F04D, 非逻辑门P2选用SN74LS00D。 均衡单元的电路如图7所示, 它包含4个场效应管Q1、Q2、Q3、Q4, 场效应管Q1和Q3的栅极与操控单元3中的同或逻辑门P1输出端c相连, 场效应管Q2和Q4的栅极与操控单元3中的非逻辑门P2的输出端d相连。 在试验中, 场效应管Q1和Q3受同或逻辑门P1输出端c输出的电平来操控通断。当输出端c输出为高电平时, Q1和Q3地点线路导通;当输出端c输出为低电平时, Q1和Q3地点线路断开, 场效应管Q2和Q4由同或逻辑门P2输出端d输出的电平来操控通断。当输出端d输出为高电平时, Q2和Q4地点线路导通;当输出端d输出为低电平时, Q2和Q4地点线路断开。 开端时, 电池BT1电压输入电压比较单元中运算放大器B的同相输入端, 电池BT2电压输入电压比较单元中运算放大器B的反相输入端, 当电池BT1电压比电池BT2电压高时, 在运算放大器B的输出端b输出高电平。在电路接通开端时间, 电容C1还未充电, 经过定时器A内部电路, 输出端a端输出高电平, 此刻定时器A的输出端a和运算放大器B的输出端b都输出高电平, 所以同或逻辑门P1输出高电平c, 非逻辑门P2输出低电平d, 场效应管Q1和Q3地点线路导通, 场效应管Q2和Q4地点线路断开, 电池BT1与过渡电容C4构成回路, 电池BT1给过渡电容C4充电。 到矩形脉冲的下半个周期时, 定时器A的输出端主动翻转, 输出低电平a, 运算放大器B的输出仍然为高电平b, 所以同或逻辑门P1输出低电平c, 非逻辑门P2输出高电平d, 场效应管Q1和Q3地点线路断开, 场效应管Q2和Q4地点线路导通, 过渡电容C4与电池BT2构成回路, 过渡电容C4给电池BT2充电。这样就使电池BT1中的能量转移到电池BT2中, 然后使电池BT1电压下降, 电池BT2电压升高。依此循环, 直到电池BT1电压与电池BT2电压的差值小于一个预先设定的细小电压值时 (本试验预先设定为1.0 m V) , 锂离子电池均衡体系完毕作业, 电池BT1与电池BT2之间的能量转移完毕, 由此完结了这两个电池能量的均衡进程。 同理, 当电池BT2电压比电池BT1电压高时, 经过上述均衡电路可完结电池BT2与电池BT1的能量均衡。 2 均衡实测成果 电池能量均衡实测数据如表1所示, 开端时电池BT1电压为3.985 V, 电池BT2电压为3.703 V, 经过90 min的电路均衡后, 电池BT1电压为3.833 V, 电池BT2电压为3.832 V, 完结了两片锂离子电池的电压均衡, 两片电池能量均衡后的电压差错可经过预先设置的差错值来设定, 本试验设定的差错值为1.0 m V。图8是电池能量均衡实测曲线。经过实测曲线可得经过一段时间后, BT1与BT2到达能量均衡。 本文规划的动力锂离子电池能量均衡体系能够快速、准确地完结两片有差异的单体锂离子电池之间的能量均衡, 将高电压电池能量无损耗地转移到低电压电池中。电池组均衡的需求源于单体电池功用的不一致性, 跟着电动轿车产业的开展浪潮, 均衡操控技能将会得到快速开展, 这将推进动力电池和电动轿车产业化开展的进程, 产生巨大的社会效益和经济效益。 参阅文献 [1] (日) 电气学会.电动轿车驱动体系调查专门委员会编著.电动轿车最新技能[M].康龙云, 译.北京:机械工业出版社, 2008. [2]孙逢春, 何洪文, 陈勇, 等.镍氢电池充放电特性研讨[J].轿车技能, 200l (6) :6-8. [3]PARYANI A, DICKINSON B.Battery management for fast charge systems[C].19th International Evs Conference, Korea, 2002. [4]宫学庚, 齐铂金.电动车电池均衡操控的建模与剖析[J].电池, 2005, 35 (1) :37-38. [5]王明渝, 俞静.电池组均衡充电电路研讨[J].电气运用, 2007, 26 (8) :46-47. [6]李春玲.555定时器功用与运用特色[J].电子科技, 2011, 24 (1) :93-95, 98. [7]谭琦耀.依据555电路的单稳态接触开关规划[J].煤炭技能, 2012, 31 (6) :61-62. 电池能量论文 第2篇 产品原理： 1、选用特殊新素材的离子能量效应，对锂离子电池内的堆积废物进行有用分化并激活离子，然后使因重复充、放电导致劣化的电池复生。2、能对锂离子电池在充、放电进程中离子活动所产生出的证逆现象进行顺序排列。3、 奇特电池能量贴用在新电池上时，会随时分化电池内部刚产生出的废物，确保离子正常有序的活动，电池寿数得到延伸。 功用： 1、延伸手机通话时间及各种用电器的运用时间。2、延伸新电池的运用寿数。3、削减充电电池的充电时间及次数。4、能使功用不良的充电电池得到复生。5、奇特电池能量贴可运用两年（在外表不损坏的状况下，重复运用）。它让旧电池复新，延伸手机待机时间增长0.5倍，电池寿数延伸2到3倍，长时间运用直到电池报废，对人体手机无任何影响。 商场前景： 电池贴适用规模：手机、数码相机、摄像机、对讲机、笔记本电脑、游戏机、无线座机电话、MP3播放机、掌上电脑等。 我国是世界第一手机大国，手机和小灵通的容量双双突破了固定电话的容量。只要是手机用户，假如价格适中，都会购买该产品，商场空间无限。一起，跟着数码年代的到来，各种数码产品纷至沓来，电池的落后相同带来麻烦（如笔记本电脑电池一般只能坚持2个小时），奇特手机电池能量贴将发挥巨大的效果，它的运用面宽广无限，您的财路也是宽广无限哦！ 试销50个起，每个12元；100个起，每个10元。主张零售价在30元左右。电话咨询:029-82372258。 电池能量论文 第3篇 作为近、中期的辅佐性技能, 代替动力轿车技能的节能减排效果有限[1]。燃料电池电动轿车 (FCEV) 是一种高效、清洁的车型, 具有简直无NOx、SOx和粉尘排放, CO和VOC的排放量也很低的特色[2], 但FCEV依然存在一些问题。1) 燃料电池电动轿车单以燃料电池作为动力源时, 一切负荷都由它承当, 电堆工况改动剧烈, 功用阑珊快[3]。2) 燃料电池的能量不能反向活动, 无法收回制动能量, 需设置能够贮存能量的环节。3) 燃料电池在负载动态改动时电压改动大, 运用时须在燃料电池与负载之间参加DC/DC改换器。因而, 现多以燃料电池作为主动力源, 增加蓄电池组或超级电容器作为辅佐动力源。 本文以荣威E50为原型车, 对轿车动力体系参数进行核算;选用功率跟从思维规划燃料电池电动轿车的能量办理战略, 最后用Matlab树立仿真模型进行仿真验证。 2 动力体系参数核算 电电混合燃料电池电动轿车体系结构见图1。原型车为上海荣威公司出产的荣威E50纯电动轿车, 整车具体参数为:空气阻力系数CD=0.3, 顶风面积A=1.949 m2, 轮胎翻滚半径R=0.27 m, 最高车速130 km/h, 翻滚阻力系数f=0.01, 轴距2.305 m, 车重1 080 kg, 最大爬坡度20%。 首要, 依据轿车理论, 以最高车速vmax来确认电机的最大功率Pmax 1: 式中:η为传动功率;f为翻滚阻力系数;CD为空气阻力系数;A为顶风面积。 考虑到乘客和载重, 整车质量取m=1 300 kg, 最高车速取vmax=130 km/h, 传动功率η=0.9, 将参数带入式 (1) 可得Pmax 1≈24 k W。 其次, 依据最大爬坡度αmax来确认电机的最大功率Pmax 2: 假定爬坡时车速为50 km/h, 将参数带入式 (2) 可得Pmax 2≈42 k W。 电机的最大功率有必要满意P≥max{Pmax 1, Pmax 2}, 因而选取1台最大功率为42 k W, 额外功率25 k W的电机作为燃料电池轿车电机。在城市循环工况下, 燃料电池电动轿车的混合度为50%时, 氢气耗费率最低[2], 考虑到改换器的功率 (ηDC-DC=0.95) , 燃料电池的最大输出功率选为22 k W, 额外功率18 k W。 超级电容器组不仅要满意轿车发动、加快、爬坡时的功率需求, 还需满意制动时吸收回馈能量的需求。即满意下式: 式中:v为轿车制动速度;C为超级电容器组额外容量;η为传动功率。 运用超级电容放电功率等于输出功率与内阻RES上耗费功率之和这一功率平衡联系, 可由下式确认超级电容规划和数量: 式中:m为超级电容器组串联数目;n为超级电容器并联组数;P0为体系要求的输出功率;t为超级电容器组继续输出功率时间;ηC-CD为超级电容器组和DC/DC改换器的功率;RES为单体超级电容器的内阻;K1为超级电容器组均一系数;C为单体超级电容器的额外容量;UCN为单体超级电容器额外作业电压。 由式 (3) 和式 (4) 可确认仿真用超级电容器组由10 000 F/2.7 V超级电容器10并50串构成。 3 混合动力体系能量办理战略规划 车辆正常行驶时, 超级电容器的电荷状况 (SOC) 在最低设定值与最高设定值之间, 燃料电池应在某一设定的规模内输出功率, 超级电容器不作业;超级电容器的SOC低于最低设定值时, 燃料电池输出功率不仅满意车辆驱动, 还要为超级电容器充电, 直到超级电容器SOC值到达最高设定值时, 充电中止;车辆发动时, 燃料电池预热, 超级电容器供应发动所需的能量;车辆加快或爬坡时, 燃料电池和超级电容器一起供应能量。车辆制动时, 超级电容器吸收回馈能量[4,5]。 超级电容器组SOC最低设定值有必要满意超级电容器剩下的能量能够供应轿车一次最大加快所需的能量, 最高设定值有必要满意能够彻底吸收轿车最大速度制动所产生的能量[6]。 参阅世界通用城市道路循环UDDS (urban dynamometer driving schedule) 工况的数据[7], 在该工况下轿车最高车速为91 km/h, 均匀车速为31km/h, 启停和车速低于20 km/h的时间约占工况总时间的30%。 式 (5) 为轿车最大加快时电机功率公式, 取轿车最大加快末速度vf=91 km/h, 百米加快时间t=16 s, 经过式 (3) 和式 (5) 确认超级电容器组SOC作业区间为0.4~0.8。 经过式 (1) 核算, 车速为20 km/h时电机耗费功率为0.85 k W, 超级电容可独自供应能量。因而设置在轿车时速低于20 km/h时由超级电容独自作业, 防止燃料电池的频频开关。 相同经过式 (1) 可算出最高车速下电机耗费的功率为10 k W, 在燃料电池的额外功率规模内。因而, 正常行驶时燃料电池供应能量, 当加快或爬坡电机需求功率大于燃料电池额外功率时, 再由超级电容器和燃料电池一起供应能量。 依据上述思维, 规划超级电容器和燃料电池的操控规矩, 详见表1与表2。 经过表1、表2可看出, 超级电容器和燃料电池共有3种作业状况:超级电容器独自作业、燃料电池独自作业、超级电容器和燃料电池一起作业。当两者一起作业时, 因为两改换器的输出阻抗存在差异, 不能够均匀分担负载电流, 引起动力体系的输出功率达不到所规划的最大功率。可考虑参加均流操控, 来解决功率分配不均的问题。 4 均流操控技能 常见的均流办法有下垂法、主从设置法、均匀电流主动均流法、最大电流主动均流法等。其间主从设置法适用于选用电流型操控的并联开关电源体系中, 且均流精度高[8];缺陷是主从模块之间需求通讯联系, 假如并联模块较多体系就很杂乱。本文只要2个电源模块, 能够运用该办法进行均流。 图2是主从设置法的原理图, 在并联的模块中选取一个作为主模块 (master) , 其它的模块作为从模块 (slave) 。主模块经过电压反响来完结并联体系输出电压的调理, 从模块依据主模块所输出的电流, 使其输出电流盯梢主模块的输出电流。 燃料电池后接改换器选用推挽正激改换器, 结构如图3所示。 电气参数:UFC=120~240 V, C=50μF, Rload=8Ω, Lf=1 000μF, Cf=1 000μF, n=3.3。 PI操控器参数:电流内环KP=1.1, KI=0.01;电压外环KP=0.8, KI=132。 超级电容后接改换器选用两象限电流改换器, 结构如图4所示。 图4中, Ubus为燃料电池和超级电容并联母线电压。 电气参数:Usc=135 V, L1=60μH, C1=1 000μF, Rep=10 kΩ, Res=0.01Ω, Csc=2 000 F。 超级电容充电和放电方式都选用电压电流双闭环操控, PI操控器参数如下:Boost方式, 电流内环KP=0.1, KI=70;电压外环KP=0.5, KI=20。Buck方式, 电流内环KP=0.05, KI=20;电压外环KP=0.05, KI=20。 将燃料电池作为主模块, 超级电容器作为从模块规划均流操控器。设置负载功率为20 k W, 先将2个电源模块直接并联供电, 0.3 s时参加主从设置均流算法, 仿真成果见图5。 能够看出直接并联时, 燃料电池的稳态输出电流是35.2 A, 超级电容器的稳态输出电流是14.8 A, 均流差错为81.6%;参加均流算法后, 燃料电池的稳态输出电流是25.3 A, 超级电容器的稳态输出电流是24.6 A, 均流差错为2.8%, 满意均流差错小于5%的规范。 5 仿真成果及结论 在Matlab环境下搭建仿真模块, 对规划的能量办理战略进行验证。 为模拟轿车工况的改动, 在Matlab中进行以下设置:将超级电容器SOC初始值设为0.6, 负载功率为0.8 k W;0.2 s时, 将超级电容SOC值降至0.3, 负载功率增至8 k W;0.4 s时, 将超级电容器SOC值恢复到初始值, 负载功率不变;0.6 s, 将负载功率增至20 k W, 超级电容器SOC值不变, 仿真成果见图6~图8。 从图6和图7可看出, 在0~0.2 s时, 负载功率由超级电容器供应, 燃料电池不作业。在0.2~0.4 s时, 燃料电池不仅供应负载所需功率, 还对超级电容器进行充电。在0.4~0.6 s时, 负载功率由燃料电池供应, 超级电容器不作业。在0.6~0.8 s时, 燃料电池和超级电容器一起为负载供应能量。当负载功率和SOC产生改动时, 燃料电池和超级电容器能依照规划的操控战略作业。 从图8可看出, 在负载不断增加和燃料电池与超级电容器的作业状况不断切换的状况下, 负载电压都能够坚持安稳。 依据燃料电池电压输出特性偏软、动态呼应差和超级电容器可快速充放电、功率密度大但能量密度较小等特色, 参阅世界通用城市道路循环UDDS工况的数据, 规划了一种能量办理战略。仿真成果表明, 在该操控战略下改换器能够依据负载功率和超级电容SOC的改动正确分配功率。 参阅文献 [1]Zhang Yi, Li Jinhui.New Development of Fuel Cell Vehicle[C]//ICEICE 2011.IEEE, 2011 (1) :5970-5973. [2]贾迎春.燃料电池混合动力电动车仿真剖析与操控战略研讨[D].吉林:吉林大学, 2005. [3]Yang Xiqian, Hou Ming, Sun Liyan.The Study on Transient Characteristics of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack During Dynamic Loading[J].Journal of Power Sources, 2007, 163 (2) :966-970. [4]Jiang Zhi ling, Chen Wei rong.Energy Management for a Fuel Cell Hybrid Vehicle[C]//APPEEC 2010.IEEE, 2010:6612-6617. [5]Phatiphat Thounthong, Panarit Sethakul.Control of Fuel Cell/Battery/Supercapacitor Hybrid Source for Vehicle Applications[C]//Industrial Technology 2009.IEEE, 2009:1-6. [6]张飞飞.混合动力车用复合电源优化操控算法研讨[D].吉林:吉林大学, 2012. [7]张京明, 王守军.PHEV再生制动试验台建模与仿真[J].机械规划与制作, 2010 (4) :58-60. 电池能量论文 第4篇 据悉, 传统锂离子电池的正极包含有铁、钴和锰的氧化物, 且能量密度相对较低。准则上来讲, 因为在正极中锂离子会和氧气产生反响, 硫或硒可有用进步电容量。可是, 实践上这些资料都不是合适的电极资料, 这是因为氧基阴极的功率不高, 而硫或硒电极的导电功用不是很好。 新加坡科学技能与研讨机构研讨了碲作为电极资料的或许性。他们发现和硫或硒比较, 碲是一种更好的导体资料, 且能够供应更大的能量密度。研讨人员将碲加热到500℃使得其产生熔化, 并且进入到多孔碳电极中, 然后在4种不同的液体电解质中测验其功用, 在二甲基亚砜溶液中获得的功用最好。 紧接着, 该团队开发了一种由碲纳米线制成的阴极, 宽度只要7 nm (纳米) , 其构成的电极能量密度到达了1 800 m Wh/m3, 比传统电极贮存的能量多50%。研讨人员称, 接下来方案开发在碲电极中掺入低本钱的硫, 然后获得一种具有更高电容量的混合资料体系。 电池能量论文 第5篇 1锂离子电池正极资料 现在的锂离子电池中,负极资料的比容量远 高于正极 资料,因而挑选高能量密度正极资料是进步锂离子电池能量密度关键地点。满意高能量密度的正极资料要有高比容量和高电压渠道。 1.1高比容量锂离子电池正极资料 1.1.1多电子反响正极资料 常见的LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等正极材 料,其锂离子嵌脱进程均为单电子反响进程,理论比容量不高。提 高正极资料的能量密度需求考虑多电子转移反响资料[1]。 多电子反响材 料有Li3V2 (PO4)3、Li2MSiO4 (M =Fe、Mn)、Li2CoPO4F等。单斜晶系Li3V2(PO4)3晶格中的3个Li+都能够可逆的嵌脱,对应的理论比容量为197mAh/g。其首要缺陷是电子电导率低,影响容量的发挥,可经过包覆进行改性进步容量。Teng等[2]经过水热 法组成出 纳米片状 的Li3V2(PO4)3,并运用碳包覆,制备Li3V2(PO4)3/C。在3.0~4.8V规模、6C倍率下放电比容量到达128.8mAh/g;1C倍率下循环200次,容量保存率为初始的85%。甚至在-20℃低温下,1C倍率下放电容量为120.7mAh/g,循环80次后,保存率为97.2%。 Li2FeSiO4 中2个Li+可逆嵌入 脱出时比 容量为332mAh/g。Peng等[3]选用多壁碳纳米管(MWCNT)作为载体,负载碳包覆的Li2FeSiO4 资料(Li2FeSiO4@C)。SEM显示改性后的Li2FeSiO4@C/MWCNT的粒径减小;EIS测验其电荷传递阻抗下降,Li+扩散系数远高于未改性的Li2FeSiO4@C。第2次放电比容量高达206.8 mAh/g(0.1C);一起具有杰出的倍功用、循环功用,20C倍率下循环500次仍有82 mAh/g的比容量。 1.1.2富锂层状结构正极资料 近年来,富锂正极 资料xLi2MnO3(1-x)LiMO2(M=Co,Fe,Ni1/2Mn1/2等过渡金属)或写成Li[LixM1-x]O2,成为备受关注的新式高容量正极资料。该资料能运用的比容量超越200mAh/g。但缺陷是初次不可逆容量损失较大;而且组成 条件严重影响到资料的结构,因电化学功用优劣与资料结构的关联性很强。Lin等[4]制备粒径在100~200nm的Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2资料。在0.1C初次放电 比容量为288 mAh/g,循环40次后,比容量保 留值为246.8 mAh/g,库伦功率为96.4%。 Shi等[5]用燃烧法制备Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13 Co0.13]O2,再用含量为2% (质量分数)的氧化镁 进行包覆。在1C、2.0~4.8V、室温下循环100次,未包覆改性的放电比容量为167.3mAh/g,为初始放 电比容量 的70.7%;2% MgO包覆的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13 Co0.13]O2为188.6 mAh/g,为初始放 电比容量的96.4%。 1.2高电压锂离子电池正极资料 1.2.1LiMPO4(M=Co,Ni)正极资料 橄榄石型LiCoPO4[6,7]、LiNiPO4[8]相关于锂电极电势别离为4.8V、5.2V。可是,晶体中的Li+只在1维通道传递,导致其电导率较低(3.4×10-9Scm-1);别的与之匹配的耐高电压电解液仍在开发,这都束缚了LiMPO4(M=Co,Ni)资料的运用。日本东京工业大学[6]联合喷雾热解和湿 法研磨,制备粒径约100nm的LiCoPO4/C资料。组装成Li︱1mol/LLiPF6EC∶DMC(1∶1)︱LiCoPO4/C电池,经电化学 测验,喷雾热解温度为300℃制备的资料功用最佳,首要是因为该条件得到的资料粒径最小、比外表积最大、碳包覆效果最好。在0.05C、1C、10C倍率下的首 次放电比 容量别离 为134 mAh/g、128mAh/g、88mAh/g。 1.2.2LiM0.5Mn1.5O4(M=Ni,Fe,Cr等)正极资料 在尖晶石结构的LiMn2O4 中掺杂少 量阳离子 的正极资料:LiM0.5Mn1.5O4(M=Ni,Fe,Cr等),有5V左右的放 电渠道。现在,报导的文献中,研讨最多的是LiNi0.5Mn1.5O4,其表现出的电化学功用也是最佳。LiNi0.5Mn1.5O4[9,10]电极资料的实践比容量可挨近理 论容量(147 mAh/g),电压渠道 集中在4.7V附近。Zhu等[9]经过草酸 预处理的 固相法合 成LiNi0.5Mn1.5O4。;在0.3C倍率下,初次放电比容量为136.9mAh/g,4.7V放电渠道的放电容量占总放电容量的97.2%;循环300次后,容量坚持初次的93.4%,3C倍率下的 比容量为121.2mAh/g。 2高容量锂离子电池负极资料 相对石墨类负极资料而言,硬碳(一般为500~700mAh/g)、硅基(单质硅理论比容量4200mAh/g)、锡基(单质锡理论比容量994mAh/g)、过渡金属氧化物等新式负极资料具有更高的嵌脱锂容量,成为新一代负极资料。 2.1硬碳负极资料 硬碳资料常由酚醛树脂、蔗糖、环氧树脂、聚糠醇PFA-C、PVC、PFC等高分子聚合物的热解得到。Ni等[11]在1100℃、氩气维护热解酚 醛树脂制 备硬碳,初次放电 比容量为526mAh/g(100mA/g,0~2.0V),比石墨的理论比容量高40%。Yang等[12]用蔗糖制的多孔性硬碳负极资料,具有高的可逆比容量和高倍率功用(0.2C为503.5mAh/g,5C为332.8mAh/g),原因在于高的比外表积和恰当的多孔结构,能增加贮存锂容量和进行快速嵌入和脱出。 2.2硅基负极资料 硅具有高的理论容量和较低的嵌锂电位,可是硅的 导电性差、与锂合金化进程中严重的体积效应。可经过复合化、纳米化、合金化等多种途径进行改进。 在常见的硅-碳复合负极材 料中。硅作为 活性物质,用于嵌锂。一起运用碳的弹性结构,缓冲嵌脱锂时的体积改动。北京大学的Li等[13]选用等离子体分化C2H2 和Si靶磁控溅射技能,制备C、Si替换穿插结构的多层Si/C复合资料。硅层嵌理比容量为4000mAh/g,挨近理论比容量值4200mAh/g,这首要是因为碳层的缓冲效果和电导性改 善。Zhao等[14]制备出核壳结构的Si@C纳米颗粒,明显进步循环功用,一起有用按捺容量衰减,50次充放电后容量坚持1700mAh/g。 2.3锡基负极资料 锡基负极资料包含锡基氧化物、锡盐、锡基合金等。锡基资料理论容量较高、导电率高、对环境敏感度较低,但有体积效应缺陷。虞祯君等[15]选用原位组成法制的SnO2/石墨烯纳米复合资料。纳米SnO2颗粒均匀涣散在石墨烯外表,在200mA/g电流密度下循环100次后,嵌锂容量安稳在552mAh/g。一起表现出杰出的倍率功用,其成果归因于石墨烯的杰出导电性及其二维纳米结构。 Sn基合金(合金化金属有Sb、Cu、Fe等)能够缓冲锂嵌入脱出时的巨大体积改动,坚持资料结构的安稳性。李娟等[16]以酸处理的中心相碳微球(MCMB)为载体,用化学还原法在碳球 外表堆积SnSb合金,组成SnSb包覆碳球 的核壳材 料。SnSb合金颗粒均匀钉 扎在MCMB外表,不仅阻挠 颗粒的聚会,而且增强导电能力;一起改进单一SnSb合金容量衰减快的现象。该资料初次放电比容量为936.16mAh/g,50次循环后容量坚持在498.221mAh/g。 2.4其他金属氧化物 现在,不少研讨者挑选过渡金属(Mn[17]、Fe[18]、Ni[19]等)氧化物作为锂离子电池的负极资料,首要是运用其低维度、多孔性结构特色,完结锂离 子的快速 搬迁。Wang等[18]制备出核壳结构的Fe2O3@C,并将Fe2O3@C负载于石墨烯(GNs)上。该资料展现出优异的电化学功用:初次库伦功率为71%;在200mA/g电流密度下循环50次,可逆比容量为900mAh/g。Yan等[19]选用水热法制备出纳米层状NiO资料。初次库伦功率为76%,300 mA/g电流密度 下循环50次,比容量为567mAh/g,循环功用安稳,首要是层状结构缩短电荷传递的长度。 3总结与展望 电池能量论文 第6篇 城市电网峰谷差日益扩展,不断增多的散布式间歇性可再生动力对电网安全的影响日趋明显,储能技能因其能起到削峰填谷效果,在未来智能电网架构中将承当越来越重要的角色[1,2]。现在,国内正开展充放储一体化电站的建造,拟完结电动轿车换电站与储能电站的功用融合[3];经过建造一体化电站,运用动力电池组在晚间低谷时段充电,在白天顶峰时段向电网并网送电,有用进步电池寿数及其商业价值[4,5,6]。为完结储能电池向电网进行能量回馈的运用需求,需求开发规划并网放电设备作为储能动力电池与电网之间的功率操控环节。该设备一起可与充电设备配套运用,完结电站的充电、放电、储能等多种运用。 在储能电池能量回馈体系的规划中,并网电流谐波畸变率是需求重点考虑的问题。文献[7-8]给出了并网规范,要求并网电流总谐波畸变率(THD)小于5%,一起对各次谐波也作出了要求。抱负状况下,体系并网电流只存在基触及开关频率附近的高次谐波,但实践体系中因为逆变器的开关动作、死区、电网畸变等非线性因素,使并网体系输出电流中存在较高幅值的低次谐波;此外,在弱电网条件下,电网阻抗与并网体系容易构成谐振,然后构成必定频率的高次谐波[9,10,11,12]。 在弱电网条件下,传统依据电网电压定向的操控方案无法在满意安稳性要求的一起完结杰出的谐波按捺功用。本文结合实践体系,剖析了弱电网条件下的体系特性,考虑到电网阻抗对操控特性的影响,经过向电网注入非特征频率谐波电流进行电网阻抗检测,在此基础上,结合份额—积分(PI)操控器和份额—谐振(PR)操控器在谐波按捺上的优缺陷,引进了一种自适应份额—积分—谐振(PIR)操控战略。最后,经过试验进行了验证。试验成果表明,该操控战略能有用减小并网放电设备输出电流的THD,一起确保各次谐波含量到达相关规范要求。 1 储能电池能量回馈体系结构 1.1 体系结构 储能电池能量回馈体系接入电网的示意图如图1所示。因为电站内部中低压变压器和线路传输阻抗的存在,导致并网放电设备到电网公共衔接点(PCC)之间存在必定的阻抗,且该电网阻抗不能疏忽。因为该阻抗的存在,电网和改换器联系比较弱,故称为弱电网。 1.2 并网放电设备拓扑 并网放电设备作为储能电池向电网馈送能量的核心部件,需匹配储能电池放电电压与电网电压之间的联系。一般电动轿车运用的电池包电压规模在60~99V,因而,有必要先经过DC/DC升压至并网所需直流母线电压规模。本文选用的两级式并网放电设备的电路原理图如图2所示。前级选用移相全桥电路,后级选用全桥逆变电路,选用依据LC滤波器的并网办法,Zg为电网阻抗。 在并网放电设备中,前后级各自有独立的操控体系,经过直流母线电压状况的检测来完结前后级解耦和谐操控。前后级改换器和谐操控的实质是完结输入、输出的能量平衡,前级依据电池状况和并网功率需求来设定电池放电电流,后级改换器输出的功率则依据放电电流的改动而改动,一起确保并入与电网同频、同相的沟通电流。本文首要关注后级DC/AC逆变操控特性。 2 弱电网体系特性剖析 2.1 弱电网条件下体系模型的树立 传统改换器规划时将电网视为抱负的电压源,但在弱电网条件下,因为线路阻抗的存在或许构成改换器操控环不安稳,因而,建模时有必要考虑电网阻抗的影响。依据LC滤波器的单相并网逆变器电路模型如图3所示。图中:vi,vg,iL,ig,iC别离为逆变桥臂输出的正弦脉宽调制(SPWM)电压、电网电压、电感电流、并网电流和滤波电容电流;R为滤波电感和桥臂损耗的等效串联电阻;Lg为电网感抗(疏忽线路阻抗)。 由图3可得,弱电网下依据LC滤波器的单相并网逆变器的数学模型为: 式中:z11=sL+1/(sC)+R;z12=-1/(sC);z21=1/(sC);z22=-sLg-1/(sC)。 由此可得出滤波电感电流到输入电压的传递函数为: 依据逆变器模型,体系选用如图4所示的电流内环操控。图中:KPWM为逆变器增益;iref为并网电流参阅值;vC为滤波电容电压;G(s)为PIR操控器的传递函数。 2.2 弱电网条件下的谐振现象 在弱电网条件下,Lg容易与并网逆变器的滤波器构成谐振[11,12]。谐振首要有2个:一个是Lg与滤波电容构成的谐振,其谐振频率如式(3)所示;另一个是Lg与LC滤波器构成的谐振,其谐振频率如式(4)所示。 依据体系参数(L=0.7mH,C=5μF)可得谐振频率与Lg的联系如图5所示。可见,谐振频率跟着Lg的增加而减小。 2.3 弱电网条件下操控器的局限性 惯例体系操控器均依据强电网条件进行规划,即未考虑电网阻抗的影响,实践运用中,不同场合的电网阻抗差异较大,强电网条件下规划的操控器在弱电网条件下往往功用变差,甚至引起体系不安稳。选用依据LC滤波器的并网办法,强电网条件下体系操控方针为一阶模型,弱电网条件下因为并网电抗的影响,操控方针变成三阶。依据一阶模型规划的参数因为体系模型的改动,体系操控带宽产生了改动。电网阻抗越大,体系带宽越小,较低的带宽必然使并网体系电能质量变差,当带宽低至必定程度时,体系将无法正常运转。图6给出了Lg改动时体系带宽的改动趋势。 因而,规划操控战略时需求预先检测电网阻抗,然后依据电网阻抗进行操控参数的调整。本文依据以上特性剖析,提出依据谐波注入的电网阻抗检测自适应并网操控战略。 3 电网阻抗检测 3.1 作业原理 依据谐波注入的电网阻抗检测办法首要是经过在并网电流指令上增加某种频率的扰动,然后检测和提取并网点电压和电流所含该频次的谐波重量,求解出该频次的电网阻抗。为了防止电网中现已存在的特征频率(首要为奇次,如50,150,250 Hz等)谐波对扰动频率谐波提取的影响,注入的扰动频率一般挑选为非特征频率(如75,125,175Hz等)。本文选取75Hz作为注入的非特征谐波频率,75 Hz与50Hz挨近,可将其阻抗当做基波阻抗。一起,选取较低的非特征谐波频率还能够减弱用户侧引进的电容的干扰。 3.2 依据离散傅里叶改换的谐波检测 电网电压vg和并网电流ig经离散傅里叶改换提取其间所含的非特征谐波重量(幅值和相位),然后核算出电网在该非特征频率下的阻抗,最后经简略改换即可获取电网在基波(50 Hz)条件下的阻抗值Zg,核算办法如下: 式中:vg和φV别离为电网电压的幅值和相角;Ig和φI别离为并网电流的幅值和相角;φZ为Zg的相角;ωh为h次谐波的角频率;Rg为Zg的实部。 离散傅里叶改换的完结方式为: 式中:N为每个基波周期的采样点数目;v(n)为输入信号(电压或电流)在采样点n的瞬时值;Zh为输入信号在h次谐波下的复数相量;λRh和λIh别离为Zh的实部和虚部。 谐波提取的完结进程见附录A图A1。 4 PIR操控战略剖析及操控器规划 因为谐振频率fr1和fr2的存在,且该频率首要散布在中高频段,惯例PI操控器规划时,首要选用下降体系带宽使体系截止频率远离谐振频率的办法来按捺中高频谐波。但带宽下降的一起会构成低频增益的减小,然后导致低次谐波含量增加。本文依据电网阻抗的改动调整PI操控器参数来确保满意的增益和带宽,一起参加谐振操控器来按捺过高的低次谐波,然后构成了PIR操控器,其结构如下: 式中:Gi(s)为PI操控器的传递函数;Gr(s)为谐振操控器的传递函数;ω0为基波角频率;KRh和ωc为谐振操控器参数;KP和KI别离为份额和积分系数。 因为份额、积分、谐振这3个环节为并联结构,因而参数可分开规划,这里依据功用分红如下2个部分进行规划。 4.1 PI操控器规划 PI操控器的规划首要针对低频段进行操控。在低频段,并网滤波器呈现为单电感特性,因而,规划时可将其等效为LT=L+Lg进行规划。疏忽电网扰动,得到复频域内体系的闭环传递函数为: 式中:Ir(s)为参阅值。 体系中选用的PI操控器为: 依据极点配置法,将2个主导极点的参数配置为希望阻尼比ξ和固有频率ωn,体系闭环特征方程与规范方式的比较如下: 由此可得出PI操控器参数为: 式中:α和β依据工程经验取值在(0,1)之间。 由式(12)可得出操控参数与电网阻抗(首要考虑感抗Lg)的联系f1(Lg)和f2(Lg)。 4.2 谐振操控器规划 文献[13]依据内模原理提出了谐振操控器。谐振操控器在谐振频率处的增益为无穷大,而在非谐振频率处的增益很小,因而,可运用此特性来进步指定频率的增益,然后加强对某次谐波的按捺。可是,假如电网频率产生偏移,这种操控器就会失效,因而将谐振操控器结构调整为: 式(13)中hω0为待消去的h次谐波。操控器首要触及KRh和ωc的规划。 1)KRh规划。KRh只影响操控器的增益,不影响操控器的带宽,操控器的增益与KRh成正比。因为本地电网中奇次(3次,9次)谐波含量较大,结合体系参数及已规划的PI操控器参数,绘制出不同KRh取值的波特图如附录A图A2所示。规划中取KR3=1000,KR9=KR3/3。 2)ωc规划。ωc首要用来改动谐振点的频带规模,首要依据电网频率偏移巨细来进行调理。 经过核算得到准谐振操控器的带宽为ωc/π,假设电网频率答应波动规模为0.8 Hz,可得ωc=5rad/s。ωc改动时的波特图见附录A图A3。 4.3 体系带宽与谐波补偿频率联系 操控器规划完结后还须考虑体系带宽和谐波补偿频率的联系。文献[11]指出谐振频率有必要在体系带宽规模之内,否则将引起体系的不安稳。Lg为5mH时(谐波补偿频率大于体系带宽)的体系离散根轨迹图见附录A图A4,可知体系安稳性较差。 因而,当体系检测到电网阻抗大于必定规模时,应适当减小操控器增益以确保体系安稳裕度。 4.4 操控器数字完结 选用双线性改换对PIR操控器进行离散化,得到以下规范方式: 式中:T为采样周期。 具体数字完结如图7所示。图中:e(k),e(k-1),e(k-2)别离为当时拍、前一拍、前二拍差错量;u1(k)为PI操控器输出;u2(k)为谐振操控器输出。 5 试验成果 本文规划的操控方案在1台5kW的并网放电设备上进行了验证,样机首要参数如下:L为0.7mH,C为5μF,直流母线电压为390V,电网电压为220 V,开关频率为12.5kHz。在输入电压(电池电压)为82V,放电电流为40A的条件下进行了试验。 仅选用PI操控器的试验成果如图8所示(THD为5.65%)。图中,λ为谐波幅值占基波幅值的百分比。可见,并网电流低次谐波含量较高,一起在2kHz和4kHz附近存在较大幅值的谐波,这首要是由电网阻抗与并网滤波器谐振引起的。 参加谐振操控器后,并网电流的波形及频谱图如图9所示(THD为4.35%)。能够看出,低次谐波有较大改进,但不能一起确保对低频段和高频段谐波具有较好的按捺能力,并网电流中仍然存在2kHz和4kHz附近的谐振频率谐波。 参加阻抗检测,检测到的电网阻抗值为0.2Ω,疏忽线路阻抗,等效电感为0.6 mH。依据检测到的阻抗值来调整操控器参数,试验成果如图10所示。 从图10能够看出,低频、中频谐波均得到了较好按捺,并网电流THD为3.52%,一起,各次谐波也根本满意规范要求。 试验成果验证了该操控战略能较好地适应弱电网下阻抗的改动,使并网放电设备入网电流满意规范要求。 摘要：跟着充放储一体化电站的建造及推广运用,为进步电站运营经济性,可经过合理组织储能电池充放电时间完结对电网的削峰填谷效果。文中首要研讨一体化电站中的储能电池能量回馈设备,重点关注其并网电流电能质量。弱电网下电网阻抗对体系有较大的影响,在剖析弱电网特性的基础上,经过注入非特征频率谐波对电网阻抗进行检测,进一步引进一种自适应份额—积分—谐振操控战略,并给出操控器的规划办法及完结进程。最后,经过试验验证表明,该操控战略能有用下降能量回馈设备并网放电电流的总谐波畸变率,确保各次谐波含量满意相关规范要求。 电池能量论文 第7篇 近20年来,在动力需求与环境维护的两层压力下,以光伏(PV)发电和风力(WT)发电为代表的散布式发电(DG)技能得到了快速开展。可是,因为上述散布式电源的间歇性与波动性,跟着DG渗透率的增加,很多DG体系涣散、无联络地接入电网,将会增加对电力体系安稳性的负面影响。微网概念的提出为DG运转供应了一个新的方式。所谓微网,是指由散布式动力(DER)体系、储能设备、能量改换设备、相关负荷和监控体系、操控维护设备汇集而成的小型发配电体系,它既能够与外部电网并网运转,也能够独立运转[1,2,3,4]。它不仅解决了DG体系的很多涣散接入问题,还为用户带来了其他多方面的效益[2],成为外部电网的有利弥补。因为这些潜在优势,作为未来或许的一种动力供应方式,微网正得到越来越多的重视和研讨。 蓄电池是微网中常见的储能方式,因为蓄电池等储能体系具有能量可双向活动、功率呼应较快等特色[5],其首要在微网独立运转时作为压频操控单元为微网供应安稳的电压与频率,微网并网运转时由主网为微网供应电压与频率支撑,蓄电池可退出运转,但为了充分发挥蓄电池为微网带来的运转效益,本文运用蓄电池储能在不一起段的充放电来完结微网与主网的“双赢”。 现在,针对微网的经济运转问题国内外的研讨尚少。文献[6,7]树立了微网运转优化模型,但没有考虑储能单元;文献[8]是依据拟定好的调度准则与操控战略组织各微电源的出力,且对蓄电池的运用是不断地重复充电放电;文献[9]树立了微网负荷优化分配的数学模型,其对蓄电池的运用仅仅在微电源缺乏以满意一切负荷需求时起到暂时性的支撑效果;文献[10]相同树立了微网有功优化模型,并提出4种优化方针;文献[11]树立了包宛转电池储能的微网多方针有功优化模型,其间蓄电池仅仅依据先前拟定好的规矩进行逐次替换充放电,其在微网中的效果不明确。从国内外的研讨来看,针对微网经济运转问题的建模,都只考虑了各微电源的有功功率输出,并未考虑微网网络结构及微电源的无功功率输出,且对储能单元的运用是依据先前拟定的准则,没有充分发挥储能单元对进步微网运转效益的效果。 考虑到微网中可再生动力的间歇性和波动性特色,长时间尺度的功率猜测误差较大,其调度方案不能类似惯例电网预先组织。本文提出一种包宛转电池储能的微网实时能量优化调度办法,该办法首要将全天24 h划分为峰、平、谷3种时段,在微网运转时实时监测蓄电池的荷电状况SOC(State Of Charge),依据当时调度时间地点的不一起段和蓄电池荷电状况地点的不同规模,选用不同的运转调度战略,并经过求解对应的能量优化模型组织各可控型微电源的有功输出与蓄电池的充放电功率,以及无功可调理型微电源的无功输出。与上述已有的完结办法比较,本文提出的办法首要有以下几点改进: a.一起以可控型微电源的有功功率和无功输出可调理型微电源的无功功率作为优化变量,并考虑微网自身的网络损耗树立能量优化模型,以一起组织各微电源的有功功率和无功功率运转点; b.经过在不一起段对蓄电池规划不同的充放电罚函数并计入能量优化模型的方针函数中,引导微网在谷、平时段从主网购电并将多余电能充入蓄电池,而在峰时段让蓄电池放电并向主电网售电,然后运用微网对主网进行“削峰填谷”,一起,因为主网谷、平时段电价较低,而峰时段电价较高,这样对微网而言也能获取更多的赢利,进步了微网的运转效益,完结微网与主网的“双赢”; c.在峰时段时能量优化模型的方针函数中的蓄电池放电罚函数规划为蓄电池荷电状况与放电功率的函数,能引导蓄电池在剩下储能量较少时减小放电功率,使蓄电池随时坚持必定储能量,能为微网转为非方案孤网运转时供应紧迫功率支撑,进步了微网运转牢靠性。 1 实时运转调度战略 荷电状况是反映蓄电池剩下电量的一个重要技能参数。其能够表明为[12]: 其间,SOC0为初始荷电状况;Cbat为蓄电池的额外安时容量;Ibat为充放电电流,其值大于0表明充电,小于0表明放电;Iloss为损耗反响电流。 实时运转调度战略如图1所示,图1中SOCmax、SOCmin别离为设置的蓄电池荷电状况的上限、下限,t为当时实时调度时间,nT为全天总的调度时段数,%为求余运算符。依据外部电网负荷状况将全天24h划分为峰时段、平时段和谷时段。在微网实时运转时,以5~15 min为一实时调度周期,在每次调度时间首要猜测当时的负荷及可再生动力体系(PV、WT等)出力,并监测蓄电池的荷电状况,依据当时调度时间地点的不一起段和荷电状况地点的不同规模,选用不同的运转调度战略,以确认微网内各可控型微电源的有功功率输出、蓄电池的充放电功率、与电网交互的有功功率和无功可调理型微电源的无功功率输出。假如当时调度时间处于谷时段或平时段,若不满意SOCSOCmin,则确认蓄电池只可放电,并进行优化3;若不满意SOC>SOCmin,则确认以安稳功率对蓄电池充电,并进行优化4。 2 微网体系运转的能量优化模型 在图1所示的微网实时运转调度战略中,触及优化1、优化2、优化3、优化4共4组能量优化模型。 2.1 能量优化模型1 能量优化模型1对应优化1,其方针是在满意体系运转的束缚条件下优化微网中各可控型微电源的有功出力、蓄电池储能单元的放电功率及各无功输出可调理型微电源的无功出力,以使微网总运转本钱最低。微网中的微电源大多是以电力电子与沟通电网接口的发电单元,经过相应的操控技能可调理其无功输出[13,14,15],称此类微电源为无功可调理型微电源。并网运转时各微电源一般按PQ操控(即定有功无功操控)办法运转,本文一起将微电源的有功和无功作为优化变量树立能量优化模型,可为PQ操控型微电源一起供应有功和无功运转参阅点。 2.1.1 方针函数 其间,SG为可控型微电源集合;i为体系中可控型微电源编号;Pi为可控型微电源的输出功率;Ui为当时调度时段内可控型微电源的状况,其值为0表明处于停运状况,其值为1表明处于运转状况;Ui,P为前一调度时段内可控型微电源的运转状况;UP为从主网购电符号符,其值为0表明不购电,其值为1表明购电;US为向主网售电符号符,其值为0表明不售电,其值为1表明售电;CFi(Pi)为可控型微电源的能耗本钱;COMi(Pi)为可控型微电源的运转维护本钱;CSi为可控型微电源的发动本钱;γbat为所规划的蓄电池充放电罚函数;PPgrid为微网从主网购电功率;PSgrid为微网向主网售电功率;cP为微网从主网购电电价;cS为微网向主网售电电价;σ为所规划的罚系数,其取值比平、谷时段从主网购电的价格值稍高;Pbat为蓄电池的充放电功率,其值大于0表明放电,其值小于0表明充电;KOMi为可控型微电源的运转维护系数。 式(2)中等号右边第1项为微电源运转本钱,第2项为规划的蓄电池充放电罚函数,第3项为微网从主网购电本钱,第4项为微网向主网售电收益。 2.1.2 束缚条件 a.潮流束缚条件。 其间,PRi、QRi为各节点注入有功功率和无功功率;ei、fi为用复数表明的各节点电压的实部和虚部;Gij、Bij为i与j节点导纳元素的实部和虚部;n为微网内总节点数;SN为微网内一切节点集合。 b.可控型微电源容量束缚。 其间,别离为可控型微电源的输出功率上限、下限。 c.蓄电池的放电有功功率束缚。 其间,UPbat为蓄电池状况,其值为1表明蓄电池充电或放电,为0表明蓄电池不作业;为当时调度时间蓄电池的最大可放电功率;SOC为蓄电池当时荷电状况;Cbat为蓄电池组的额外安时容量;Δt为实时调度周期;为蓄电池组的最大答应放电电流;Ubat为蓄电池组端电压。 一般状况下,蓄电池单位时间内最大充放电电流为其额外安时容量的20%[16],则: d.微网与主网间能够交互的最大容量束缚,这或许是它们之间所达成的供求协议或者联络线的物理传输容量限值。 其间,为微网从主网购电的最大有功功率限值;为微网向主网售电的最大有功功率限值。 e.可控型微电源的最短继续运转时间和最短继续停运时间束缚。 其间,Tio,Pn为前一调度时段末第i台可控型微电源的继续运转时间;Tio,Pff为前一调度时段末第i台可控型微电源的继续停运时间;TMRi为最小继续运转时间;TMSi为最小继续停运时间。 f.可控型微电源有功功率输出改动率束缚。 其间,RUi为可控型微电源本调度时段相关于前一时段的功率增加束缚,即上升率束缚;RDi为下降率束缚;Pi,P为前一调度时段内微电源的有功输出。 g.从主网买卖电互斥束缚。 h.无功可调理型电源的无功功率输出束缚。 其间,SQ为无功输出可调理型电源集合;Uk为无功输出状况;Qk为无功功率输出;为最大无功输出限值。 2.2 能量优化模型2 能量优化模型2对应优化2,其方针是在满意体系运转的束缚条件下优化微网中各可控型微电源的有功出力、蓄电池储能的充电或放电功率及各无功可调理型电源的无功出力,以使微网总运转本钱最低。 2.2.1 方针函数 能量优化模型2的方针函数与能量优化模型1彻底相同。 2.2.2 束缚条件 能量优化模型2的束缚条件与能量优化模型1根本相同,仅仅束缚条件中的蓄电池的放电有功功率束缚变为: 其间,为当时蓄电池最大可充电功率。 2.3 能量优化模型3 能量优化模型3对应优化3,其方针是在满意体系运转的束缚条件下优化微网中各可控型微电源的有功出力、蓄电池的放电功率及各无功输出可调理型微电源的无功出力,以使微网总运转本钱最低。 2.3.1 方针函数 能量优化模型3的方针函数与能量优化模型1略微不同,不同之处在于方针函数中的蓄电池罚函数项,能量优化模型3的方针函数为: 其间,λbat规划为峰时段蓄电池放电罚函数;δ为规划的罚因子函数;dSOC为当时荷电状况与荷电状况下限值间的差值,其反映了蓄电池剩下储能量的份额;a1、a2、a3、a4、a5为所规划的系数。 依据在不同dSOC时,对不同放电功率Pbat取不同的罚值进行描点,各罚值点的取值遵从以下规律:当dSOC必定时,Pbat越大,对应的罚值获得越大;当Pbat必定时,dSOC越小,对应的罚值获得越大。在获得一系列罚值点后,由式(19)拟合得到a1、a2、a3、a4、a5。 并网运转的微网要预防主网突然产生故障而转为非方案孤网自治运转的状况,孤网运转时蓄电池储能单元一般作为压频操控单元[12,13],认为微网供应安稳的电压与频率支撑,其将弥补微网内的不平衡功率,经过在并网运转调度时让蓄电池随时坚持必定的储能量,以便当非方案孤网产生时为微网供应紧迫功率支撑,所以在储能量足够时答应蓄电池多放电,而当储能量较少时少放电,为此规划了蓄电池放电罚函数,并将其计入方针函数中。 所规划的蓄电池放电罚因子δ具有如图2所示的特性,即当蓄电池剩下储能量较多(dSOC较大)时罚因子较小,而剩下储能量较少(dSOC较小)时罚因子较大,且放电功率Pbat越大,罚因子就越大。经过将所规划的放电罚函数计入方针函数中,将使得蓄电池在剩下储能量较少时减小放电功率。 2.3.2 束缚条件 能量优化模型3的束缚条件与能量优化模型1彻底相同。 2.4 能量优化模型4 能量优化模型4对应优化4,其方针是在满意体系运转的束缚条件下优化微网中各可控型微电源的有功出力及各无功可调理型电源的无功出力,以使微网总运转本钱最低。 2.4.1 方针函数 能量优化模型4的方针函数如式(21)所示,相对能量优化模型1,其缺少了蓄电池罚函数项。 2.4.2 束缚条件 能量优化模型4的束缚条件与能量优化模型1的束缚条件根本相同,仅仅没有蓄电池的放电有功功率束缚。蓄电池的充/放电功率不参与优化,而以安稳功率对蓄电池充电,此刻蓄电池相当于一个安稳的负荷,且将对蓄电池充电的安稳功率计入蓄电池地点微网节点处的负荷中。对蓄电池的安稳充电功率为: 3 算例剖析 本文选取图3所示的微网算例体系[6,11,17,18],其间与主网的公共耦合点(PCC)坚持闭合状况。体系中可再生动力发电体系有PV、WT,可控型微电源有柴油发电机DE(Diesel Engine)、微型燃气轮机MT(Micro-Turbine)和燃料电池FC(Fuel Cell),储能单元有蓄电池组Bat(Battery)。其间PV体系容量为150kW,WT体系容量为150kW,Bat的最大充电功率、最大放电功率均为160kW。无功输出可调理型电源考虑了WT、MT、FC、Bat,一起认为与主网间交互的无功功率也可调理,关于PV,假定其按单位功率因数操控,其无功输出一直为0kvar,关于DE,其直接与三相电网衔接,假定按额外功率因数0.98输出无功。SOCmin、SOCmax别离设置为0.5与0.9,微网内各节点间线路的单位长度阻抗取0.64+j 0.1Ω/km,各可控型微电源的能耗本钱曲线如图4所示,各可控型微电源的其他相关信息如表1所示。为剖析本文提出的微网实时调度办法在长时间跨度上的“削峰填谷”功效,对一整天(选取某一天)的每一调度时段都进行核算。 在算例中实行分时电价方针,谷时段为00:00—08:00,平时段为08:00—11:00、16:00—19:00和22:00—24:00,峰时段为11:00—16:00和19:00—22:00。算例中运用的分时电价见表2。 为进步可再生动力的运用率,PV和WT均作业在最大功率点盯梢方式,其输出功率遵从图5所示的典型曲线,图中有功功率为标幺值,将其作为算例剖析所需的全天数据。 为使测验体系更挨近实践状况,将体系中的负荷分为工业负荷和家庭负荷2类,并假定各节点负荷都遵从如图6所示的典型曲线[19],图中有功功率为标幺值。 微网体系中一共14个节点负荷,其负荷相关信息如表3所示,其间假定各节点负荷的功率因数安稳。 以15min为实时调度周期,依据提出的调度办法,在MATLAB环境下编写程序并对算例进行核算,得到各可控型微电源、蓄电池及主网的全天有功功率输出如图7所示,无功输出可调理型电源的全天无功输出如图8所示,蓄电池组全天的荷电状况曲线如图9所示,各调度周期内的微网运转本钱如图10所示。 由图7、9可见:在谷、平时段微网从电网购电,而在峰时段微网向电网售电,然后完结微网对主网的“削峰填谷”功效;在谷、平时段00:00—11:00内,微网内部负荷较轻,优先经过从主网购电供应,缺乏的电力经过蓄电池放电弥补,从主网所购电力在满意一切负荷的前提下对蓄电池充电,且在蓄电池充电容量答应的状况下以最大极限购电;蓄电池的充放电状况与微网和主网间的交互功率方向之间密切相关,在绝大多数实时调度周期内,当微网从主网购电时蓄电池充电,当微网向主网售电时蓄电池放电,可见在完结微网对主网“削峰填谷”功效方面蓄电池发挥了关键效果;在峰时段蓄电池的放电功率跟着其荷电状况的减小而减小,蓄电池荷电状况一直坚持在SOCmin~SOCmax(0.5~0.9)之间,一起蓄电池放电至其荷电状况越挨近SOCmin(0.5)时其放电功率越小,因而本文提出的办法一直能让蓄电池运转在安全的荷电状况规模内,防止了过充电或过放电给蓄电池带来的寿数折损,且蓄电池随时坚持了必定储能量(从图9知01:00以后SOC一直在0.6以上,比SOCmin大),能在非方案孤网突发时为微网供应紧迫功率支撑,确保牢靠运转。 图10展现了微网在各调度周期内的运转本钱,依据图10得到微网全天总运转本钱如表4所示。由表4可知,微网经过在不一起段与主网间的功率交换获取收益,进一步核算可得从主网购电均匀价格为634.6/1 156.2≈0.55(元/(kW·h)),而向主网售电均匀价格为1 024.0/800.0=1.28(元/(kW·h))(由图7核算得全天总计从主网购电1156.2 kW·h,向主网售电800.0 kW·h),可见在对主网“削峰填谷”的进程中,微网在谷、平时段以较低价格采购电能,而在峰时段微网又以高于购电时的价格向主网卖电,由此获取差额赢利,下降了微网运转总本钱。 元 4 结语 本文提出一种包宛转电池储能的微网实时能量优化调度办法。该办法将全天24h划分为峰、平、谷3种时段,在实时调度时监测微网内蓄电池的荷电状况,依据当时调度时间地点的不一起段和荷电状况地点的不同规模,选用不同的运转调度战略,树立的能量优化模型可一起为PQ操控微电源供应有功功率和无功功率的运转点指令,规划了蓄电池放电罚函数并计入能量优化模型的方针函数中,可确保蓄电池随时坚持必定的储能量以便在非方案孤网突然产生时为微网供应紧迫功率支撑。本办法不仅可完结微网的牢靠、经济运转,还有助于对主网进行“削峰填谷”,完结微网与主网2个主体的“双赢”。本文提出了微网实时运转调度战略,树立了所触及的4组能量优化模型,经过算例验证了文中所提出办法的有用性,为微网优化运转办理供应了有价值的参阅。 摘要：提出一种包宛转电池储能的微网实时能量优化调度办法。该办法将全天24 h划分为峰、平、谷3种时段,在实时调度时,依据当时调度时间地点的不一起段和蓄电池荷电状况地点的不同规模,选用不同的运转调度战略,一起以各微电源的有功输出与无功输出作为优化变量树立能量优化模型,规划了蓄电池放电罚函数并计入能量优化模型的方针函数中,可确保蓄电池随时坚持必定的储能量以便在非方案孤网突然产生时为微网供应紧迫功率支撑。该办法不仅可完结微网的牢靠、经济运转,还有助于对主网进行“削峰填谷”。算例剖析验证了所提办法的有用性。 电池能量论文 第8篇 一、蓄电池能量办理剖析 独立光伏发电体系首要由太阳能电池阵列、操控器、DC-DC转换器和蓄电池组几个部分组成, 其操控体系首要有最大功率盯梢操控、蓄电池的充放电操控和Z源升压操控三个部分, 在体系中, 蓄电池起着能量调理的效果, 有着十分重要的位置。蓄电池有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种, 铅酸蓄电池当时的主流产品是阀控式密封铅酸蓄电池 (VRLA, Valve Regulated Lead Acid Battery) , 这种蓄电池造价较为廉价, 且运用简略、功用牢靠、寿数长、维修便捷, 是现在光伏发电体系中首要运用的一种蓄电池。 蓄电池经历一次充电和放电, 称为一个循环, 在充电时能够看作负载, 放电时则可将其作为电源, 也正是因为此, 蓄电池才能够循环运用。而在蓄电池循环运用的进程中, 不合理的充、放电操控会导致蓄电池呈现电解液干涸、早期容量损失等现象, 缩短蓄电池的运用寿数, 在光伏发电体系中, 常用的充电办法有恒流充电、恒压限流充电和分段法充电以及其他一些包含快速充电在内的办法。 蓄电池恒流充电是指以安稳不变的电流对蓄电池进行充电, 这种办法运用于由多个蓄电池串联起的蓄电池组中, 能更恢复落后的蓄电池的容量, 但因为蓄电池前期电量缺乏, 充电电流小, 后期充电电流又相对偏大, 选用恒流充电法分出气体多、对极板冲击大、充电功率低、能耗高, 不适用于光伏发电体系中的铅酸蓄电池;恒压限流充电是指以安稳不变的电压进行充电, 在充电的进程中, 经过对充电电流的束缚, 操控充电初期的电流, 这种办法在充电进程中, 分出气体少, 能耗较低、充电的功率相对较高, 在一些小容量的光伏发电体系中一般运用这种办法, 但在实践中, 假如电压挑选过低, 后期充电的电流小, 充电时间长, 不适合串联数量多的电池组, 无法满意大容量的光伏发电体系中蓄电池的充电要求;依据恒流充电和恒压限流充电的优缺陷, 优化改进出的分段充电战略是先选用恒流对蓄电池进行充电, 当蓄电池的容量到达必定量时, 再选用恒压限流办法充电。这种结合了恒压充电和恒流充电长处, 克服了两种办法缺陷的新式充电战略, 能够有用地确保蓄电池充电初期不会有很大的电流, 一起确保后期不会呈现高压, 一般有两段法充电和三段法充电;其他还有一些快速充电、智能充电法, 但因为快速充电会给蓄电池带来极化现象, 智能充电输入输出的电压都不能满意大功率光伏发电体系的要求, 这些办法也都不宜用在独立光伏发电体系的蓄电池充电中。 蓄电池放电操控首要是经过操控蓄电池放电电流的巨细, 并检测电池荷电状况和停止电压来完结的, 在放电进程中, 放电电流过大会严重危害到电池的运用寿数和运用率, 电压若低于了停止电压, 则会使蓄电池处于深度放电状况, 电池的容量将很难恢复, 因而, 在蓄电池放电进程中, 也应当采纳必定的操控战略来削减放电进程中对蓄电池的寿数和运用率构成的危害。 二、依据分组自治的能量办理战略 蓄电池能量办理战略是对蓄电池在实践运转中对包宛转电池办理办法、充放电办法、充放电操控办法等规划和拟定, 以经过合理的操控办法对蓄电池完结科学的办理, 进步蓄电池的运用率, 延伸蓄电池寿数, 然后最大极限地贮存、运用太阳能转化成的电能, 确保负载的长时间安稳运转。选用分组办理战略, 将衔接在直流母线上的蓄电池分红不同的电池小组进行办理, 既能够完结串联蓄电池小组的快速充电, 进步能量贮存率, 还能在蓄电池处于负载状况下, 串联小组电量缺乏时, 切换到其他电池小组, 确保负载体系正常安稳的运转, 一起还能方便地进行均衡充电, 然后有用地防止电解液分层、极板硫化等现象, 大大地延伸蓄电池的运用寿数。 1. 蓄电池分组办理体系。 在对蓄电池进行分组时, 各小组的电池类型、容量应当相同;分组不能太细, 以防止操控的杂乱化, 增加本钱, 串联电池小组的数目一般是由负载端的电压决定, 并联放电小组数目则由直流母线电流决定;最好是依据厂家引荐容量的放电率对单个蓄电池小组对负载的放电电流进行操控, 以防止因电流过大, 影响到蓄电池的运用运用。独立光伏发电体系蓄电池能量分组办理体系的首要结构如下图1所示: 2. 充放电操控战略。 经过对铅酸蓄电池充电特性进行剖析可知, 以安稳电流充电时, 端电压和温度都会升高, 而当充电状况到达饱和时, 电压会有所下降而温度急剧升高, 综合考虑蓄电池充放电这些特性, 能够运用含糊操控的战略来对蓄电池充放电进行操控。 依据蓄电池电压、温度及其改动量, 体系将蓄电池端电压 (U) 、蓄电池端电压改动量 (ΔU) 和蓄电池温度改动量 (ΔT) 作为含糊输入变量来树立含糊操控模型, 而针对传统的蓄电池充放电操控法中的缺陷, 考虑到光伏发电体系中, 蓄电池端电压和温度受外界的环境较大, 选用蓄电池过充、浮充、全充和过放电作为含糊输出变量, 以0、1、2、3对作业状况进行表明, 树立含糊作业状况操控规矩。 含糊操控体系包含光伏电池组、单片机、DC-DC转换器和传感器, 在体系中, 经过调理开关对脉冲进行操控, 然后操控DC-DC转换电路, 运用单片机完结含糊操控。体系经过传感器对蓄电池电压、温度进行监测, 并简略处理将其转换为输入变量输入到单片机中, 而单片机则经过含糊、查表等一系列的作业依据得出的蓄电池的充放电状况对转换电路进行操作, 然后完结整个含糊操控的进程。其具体的结构可见下图2: 结语 依据分组自治的能量办理战略选用了分组办理的办法及充放电的含糊操控战略, 能有用地进步能量的运用率, 而经过了试验进行核算, 验证了这一战略的有用性。而在将其运用在实践作业中时, 应当经过实践对其进行不断的优化和完善, 以进步蓄电池能量办理操控水平, 推进光伏发电体系的进一步开展。 摘要：近年来, 太阳能作为一种抱负的可再生清洁动力, 被迅速地开发并广泛地运用到各个领域中。在太阳能光伏发电体系中, 蓄电池有着十分重要的位置。本文在对蓄电池能量办理剖析的基础上, 提出了分组自治的蓄电池能量办理战略, 以能进步蓄电池的运用率, 延伸其寿数, 然后确保体系的长时间安稳运转。