基于SOC的串联储能锂电池组均衡策略研究

发布时间：2017-10-16 11:32

  本文关键词：基于SOC的串联储能锂电池组均衡策略研究

  更多相关文章： 电池均衡策略 极限学习机 SoC估算 Buck-Boost电路

【摘要】：由于单体电池电压、容量有限,为了满足电动汽车、储能电站等系统对于功率、电压的要求,需要将多节电池单体串联成电池组为设备进行供能。然而电池的不一致性会导致整个电池组容量利用率降低,严重影响了储能设备的循环寿命和使用成本。因此,串联储能锂电池组均衡技术可以消除组内电池单体之间的不一致性,减缓储能电池组容量的衰减,具有重大的研究意义。在对电池组不一致性的深入研究基础上,通过分析各类均衡方式的优缺点,本文选定Buck-Boost电路作为均衡主拓扑,提出了基于一种基于电池荷电状态(State of Charge, SOC)的双向主动均衡控制策略,完成了均衡控制系统的设计,并通过实验对其可行性进行了验证。完成的具体工作如下：1.以磷酸铁锂电池为对象研究了其电池特性,分析了引起电池组不一致性的主要原因。利用电池监控系统完成了磷酸铁锂电池在不同电流下的充放电实验,获得实时测量的电压、电流。通过分析电池的各项参数特性,最终选取SOC作为控制策略的均衡变量。2.针对传统神经网络方法在磷酸铁锂电池的SOC估算中存在计算复杂、学习时间过长的问题,提出了一种新的基于ELM(Extreme Learning Machine)的电池SOC估算方法。运用实验获得的数据对模型进行训练和测试,并将预测效果与BP(Back Propagation)神经网络的预测效果进行对比,验证了ELM在电池SOC估算中的可行性和优越性。3.对已有的均衡电路拓扑进行对比分析,选择以双向Buck-Boost电路作为主动均衡控制系统的主拓扑。结合极限学习机在电池SOC预测技术中的应用,提出了一种以SOC作为均衡判据的主动均衡控制策略,可以实现锂电池组在不同工作状态下的主动均衡,并在Matlab/SimPowerSystem仿真环境中搭建了此均衡系统,验证了双向主动均衡控制方法的准确性和高效性。4.采用主-从式的均衡系统架构对其硬件电路进行了设计,实验验证了双向Buck-Boost电路良好的均衡性能。此外,对辅助均衡电源电路板进行了制作和调试。
【关键词】：电池均衡策略 极限学习机 SoC估算 Buck-Boost电路
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 均衡控制策略研究现状11-12
• 1.3 均衡拓扑研究现状12-19
• 1.3.1 被动均衡技术13-14
• 1.3.2 主动均衡技术14-19
• 1.4 主要研究内容及论文的基本框架19-21
• 第二章 串联锂电池组不一致性问题分析21-28
• 2.1 引言21-22
• 2.2 不一致性的产生原因和消除方法22-24
• 2.2.1 生产工艺引起的不一致性22
• 2.2.2 使用过程中引起的不一致性22-24
• 2.2.3 消除不一致性的方法24
• 2.3 磷酸铁锂电池的特性参数24-26
• 2.4 均衡变量的选择26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 基于ELM的锂电池SOC建模28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 SOC估算方法分析28-30
• 3.2.1 安时积分法29
• 3.2.2 开路电压法29
• 3.2.3 电池内阻法29-30
• 3.2.4 卡尔曼滤波法30
• 3.3 极限学习机神经网络算法30-33
• 3.4 基于ELM的SOC估算实验33-37
• 3.4.1 SOC估算模型的建立33-34
• 3.4.2 基于ELM的建模流程34-35
• 3.4.3 仿真实验以及结果分析35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 双向主动均衡控制系统设计38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 以SOC为均衡变量的判定方法38-39
• 4.3 双向主动均衡控制策略分析39-41
• 4.4 均衡电路能量效率分析41-42
• 4.5 仿真实验结果分析42-47
• 4.5.1 充电状态的仿真实验43-46
• 4.5.2 静置状态的仿真实验46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 均衡控制系统硬件设计48-57
• 5.1 引言48-49
• 5.2 均衡电路板硬件设计49-53
• 5.2.1 均衡电路设计49-50
• 5.2.2 驱动电路设计50-51
• 5.2.3 均衡电路调试51-53
• 5.3 均衡辅助电源设计53-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 结论与展望57-58
• 6.1 论文总结57
• 6.2 研究展望57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 攻读学位期间发表论文情况64

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本文编号：1042455