计及循环寿命的混合电池储能系统运行优化管理策略研究

发布时间：2020-07-31 12:04

【摘要】：随着锂离子电池在国民经济中的广泛应用,锂离子电池的能量特性和功率特性不能兼顾的弊端也尤为凸显。实际设计中,往往需要对能量和功率进行取舍。并且,在大规模使用电池的背景下,电池需要通过串并联满足电压和容量的需求。由于单体电池间存在容量、内阻、极化、初始SOC等不一致性,会导致绝大多数储能电池组中单体电池不能满充满放,电池循环寿命也会受到影响。本文主要以能量型电池和功率型电池为研究对象,针对考虑循环寿命的两种不同类型的电池并联仿真和在储能系统应用的优化管理策略展开研究,具体研究内容如下:(1)利用电池测试设备及其数据采集系统进行电池容量、OCV-SOC曲线等实验并进行电池模型参数辨识,利用MATLAB/Simulink平台搭建单体电池等效电路仿真模型,利用恒流充电实验与动态应力测试工况实验验证了仿真模型的精度,误差绝对值在1%以内;考虑单体电池间的不一致性,建立了能量型电池和功率型电池被动式混合并联的MATLAB仿真模型;提出了不同类型并联电池组初始SOC计算方法;搭建了功率型电池组通过DC/DC变换器与能量型电池组并联的仿真模型;分析了多种功率型电池和能量型电池不同并联方式的仿真结果,仿真结果表明被动式混合电池储能系统钛酸锂电池的高功率特性不能得到有效发挥,功率分配与电池参数耦合,主动式混合电池储能系统功率分配可控,并且可以约束电池的 SOC。(2)以三元电池为研究对象,设计了不同区间和倍率下的电池循环寿命实验,利用电池测试设备进行了相关实验;从电池容量、累计能量变化两个方面对比分析了两种锂离子电池使用方法实验结果,结果表明优化使用方法的电池循环寿命可以提高6.5%以上,混合电池储能系统的累计放电能量可以提高5.6%以上;利用容量增量曲线的变化特性分析了老化过程中电池循环寿命衰退特性,10%～85%SOC使用区间的电池热力学损失主要由锂离子损失造成,而15%～80%SOC使用区间的电池热力学损失包括锂离子损失和负极材料损失;结合电池循环寿命特性提出了一种考虑能量型电池SOC区间和倍率的不同类型储能电池并联运行优化策略。(3)提出了考虑能量型电池循环寿命和并网功率波动率的可变滤波时间常数功率分配能量管理策略;提出了考虑电池充放电效率、DC/AC变流器效率、DC/DC变换器效率的电池容量配置策略;以风电场储能为例,对比分析了仅有能量型电池的功率分配、定滤波时间常数功率分配和可变滤波时间常数功率分配策略仿真结果,结果表明优化能量管理策略既可以充分发挥功率型电池的高功率特性,也可以将能量型电池SOC控制在一定范围内,避免电池过充或过放,进而延长能量型电池使用寿命。论文共包含图55幅,表7个,参考文献88篇。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912
【图文】：

主动混合储能拓扑Fig.l一Activehybdd.ne唯妙吕加住鸣e勿PO】ogies

三元材料电池的《犯V.S《X二测试曲线

图２－４锂离子电池ＯＣＶ－ＳＯＣ曲线逡逑

【参考文献】

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6 张维戈;时玮;姜久春;姜君;张彩萍;孙丙香;;动力锂离子电池串并联仿真技术研究[J];电网技术;2012年10期

7 李新宏;;锂离子电池在储能上的应用[J];新材料产业;2012年09期

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9 丁明;林根德;陈自年;罗亚桥;赵波;;一种适用于混合储能系统的控制策略[J];中国电机工程学报;2012年07期

10 贾玉健;解大;顾羽洁;艾芊;金之检;顾洁;;电动汽车电池等效电路模型的分类和特点[J];电力与能源;2011年06期

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9 姜君;锂离子电池串并联成组优化研究[D];北京交通大学;2013年

10 秦覃;锂电池自放电率检测系统设计与实现[D];苏州大学;2009年

本文编号：2776450