《串聯儲能電源高效均衡系統結構及控制策略研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉曉芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：串聯儲能電源高效均衡系統結構及控制策略研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉曉芳
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
能量均衡技術是防止串聯儲能系統過充和過放，避免儲能系統有效容量和安全性降低，提高循環使用壽命的有效方法。在前期科研實踐基礎上，擬從建立儲能單體物理端行為特性模型入手，歸納充放電參數對電源特性的影響，完善儲能單體在充放電過程中各外部參數對SOC表征力的分析，奠定建立基於單體SOC的高效均衡方法的研究基礎；建立均衡過程能量流的傳遞模型，提出均衡系統結構的有向圖描述方法，用以分析能夠實現的串聯單體間能量直接互動傳遞的均衡電路拓撲；基於多種均衡拓撲的結構特徵和同構性分析，進行多種均衡拓撲的最佳化組合方法研究，構建多層均衡系統；建立複雜失衡條件下儲能系統的能量傳遞模型及其均衡代價函式，設計均衡路徑尋優算法實現均衡策略的最佳化設計。為實現兼有均衡效率高、均衡速度快、線路結構簡單的均衡系統結構及其均衡策略研究提供分析和設計的理論依據，促進動力型串聯儲能均衡技術進步和工業化套用。
結題摘要
動力鋰離子電池作為儲能設備套用於人造衛星、電動汽車和不間斷電源等領域時，為了滿足電壓等級的要求，通常需要幾十節甚至上百節串聯使用。在串聯電池組的使用過程中，由於各單體電池參數的不一致性，使單體之間電壓出現不平衡，進而導致電池組的有效使用容量降低，循環壽命減少。因此，為了提高串聯電池組的工作性能，開展鋰離子電池均衡技術的研究是十分必要的。本項目將圖論中的有向圖和賦權矩陣引入到均衡拓撲結構的分析中，分別建立了典型結構的有向圖及賦權矩陣描述，重點研究了均衡結構本身對能量傳遞路徑的影響，在此基礎上，歸納總結出理想均衡拓撲的有向圖描述，明確了理想均衡拓撲中任意兩個單體間都應有能量的直接流通路徑，分析了理想均衡拓撲的可實現性，為尋求新型拓撲結構提供了理論指導。在對現有拓撲結構分析的基礎上，構建了幾種基於不同均衡器的多層均衡系統，通過理論分析和實驗分析，研究均衡系統的性能最優組合方法。提出了一種基於多輸出繞組變壓器的均衡拓撲，該拓撲可以在兩步內實現任意單體間能量的直接傳遞。均衡器根據電池組的不同失衡情況工作於三種模式，即反激模式、無輸出電感正激模式和反激-反激模式，力求在不同失衡條件下均能實現快速、有效的均衡；對主電路的電磁元件和雙向開關等進行了設計；分析了變壓器漏感等參數對均衡器效率的影響，為進一步提高均衡器的效率提供理論依據。此外，建立了複雜失衡條件下儲能系統的均衡策略最佳化控制模型，建立了能量傳遞模型及其均衡代價函式，設計均衡路徑尋優算法實現均衡策略的最佳化設計。為實現兼有均衡效率高、均衡速度快、線路結構簡單的均衡系統結構及其均衡策略研究提供分析和設計的理論依據，促進動力型串聯儲能均衡技術進步和工業化套用。
