电池状况 篇1

近年来因为环境污染和石油动力枯竭, 国际对各种车辆动力结构进行大起伏调整。一方面操控轿车污染物的排放和下降轿车用油量的耗费, 国际各地的大型轿车公司都在积极地研发、推行新技能, 如三元催化器、废气再循环、柴油机废气烟雾颗粒过滤器等;另一方面进步各种轿车清洁技能的研发和运用, 即推行各种超低或零排放的轿车, 如纯电动轿车、混合电动轿车、燃料电池轿车等。电动轿车因具有较低排放或零排放、低噪音、低动力运用等特色, 成为全球轿车业研讨、开发和运用热门, 已得到各国政府、科研机构和轿车厂商的高度注重, 远景一片光亮[1]。在我国, 电动轿车近年来也飞速开展, 相应的电池办理问题备受关注。现在, 主流的轿车动力电池首要有铅酸电池、镍镉电池和锂离子电池, 其间磷酸铁锂电池以其安全性高、循环寿数长、资源丰富、功用优秀及环保等优势在电动轿车蓄电池中占据重要位置。磷酸铁锂动力电池及其办理体系是电动轿车在产业化和实用化道路上亟待处理的重要问题之一[2]。电池实时状况监测一般被视作一个电池办理体系最根本的功用, 因为它是其他各项功用的前提与根底。电池状况剖析、电池安全办理、能量均衡操控等, 都是以实时状况监测的数据为根底的。本文首要规划和研讨了磷酸铁锂动力电池状况的实时监测体系。

 

二、磷酸铁锂动力电池作业原理

 

本文选用的磷酸铁锂动力电池单体容量为5Ah, 标称电压是3.2V, 停止充放电电压别离为3.6V、2.0V。阳极资料为磷酸铁锂, 阴极资料为石墨晶体。磷酸铁锂动力电池的充放进程是抱负可逆的, 这是因为在充放电进程中晶体结构不会发生改动, 然后正负极资料的化学结构也根本不变。其充放电反应机理如下所示:

 

 

磷酸铁锂电池首要靠聚合物隔阂对锂离子的挑选透过性, 充电时电池内部正极电离出锂离子经过电解质分散到负极, 在外界电势差的作用下正极的电子经过外部导线由正极转移到负极;放电时, 电子从负极经外部导线转移到正极, 而负极电离出的锂离子则经过电解质分散到正极, 形成回路[3]。

 

三、体系硬件规划

 

(一) 动力电池实时监测体系结构结构。

 

实时监测体系首要包含电压、电流、温度监测模块、显现模块、报警及SCI模块。图1为实时监测体系的结构框图。

 

(二) 主控芯片的挑选。

 

因为体系串联电池组单体电池数量较大, 需求收集的信息量较大, 数据处理量大, 运算杂乱, 与其他模块的信息交流量大, 因而应该选用集成度高, 数据处理速度快, 运算精度高的处理器作为主控芯片。考虑到以上要素, 本体系选用TI公司的TMS320LF2407作为主控芯片。

 

(三) 电压监测电路。

 

现在电压监测的办法有许多种, 常见的有:直接监测、光耦阻隔监测、飞度电容法、电阻分压法等。直接监测便是单体电池经过维护电路后直接送给AD进行信号丈量, 中间无需经过阻隔和切换, 这种办法可以为每节电池配有一个监测模块完结并行监测, 也可以经过专用芯片一起监测。光耦阻隔监测原理简略, 可是要用到许多的光耦合器, 电路比较杂乱而且光耦的传输比差错较大, 会引起较大丈量差错。飞度电容法需求用到许多继电器, 电路规划较杂乱而且还涉及到电阻分压, 对电阻的精度要求较高, 所以不常运用。本文选用专用串联电池组电压监测芯片LTC6802丈量电池组电压, 此种计划电路简略, 丈量精度较高, 本钱较低。TMS320LF2407自带SPI串行通讯模块, 可是此模块一次读写操作给出一次相应的片选信号, 此刻序不契合LTC6802-2的时序要求, LTC6802-2要求每次片选有用时都要进行屡次读写操作。因而, 不选用TMS320LF2407自带的SPI通讯模块的片选, 而选用TMS320LF2407的PB4来给定片选信号[4]。本体系选用的数字阻隔器材是AD-UM1411, 它是一种超低功耗4通道阻隔芯片, 最高通讯速度可达10M, 既适应LTC6802-2基准电源驱动才能弱, 供给负载电流小的特色, 也契合通讯要求。

 

(四) 电流监测电路。

 

电流收集模块选用北京世特美公司的霍尔电流传感器SO1T_C2.5V1, 该传感器为闭环式, 有三种量程6/15/25A, 因为本体系所选用电池的容量为5Ah, 测验电流按照1C大约为5A, 所以选用量程为6A。输出电压为2.5V左右。本模块选用ADI公司的AD转化芯片AD7988。

 

(五) 温度监测电路。

 

温度监测模块选用常用传感器DS18B20, 此传感器体积小, 抗干扰才能强, 功用安稳, 直接监测温度不需求外围电路的特色。DS18B20可以操控一起进行温度丈量转化, 然后将温度丈量成果别离存放在各自的数据暂存单元, 读取温度时体系需先发送要读取的传感器序列号, 然后读取相应温度。

 

(六) SCI通讯电路。

 

TMS320LF2407自带SCI接口模块, 能与其他外设进行异步通讯, 可以设置波特率。SCI的接收和发送器都是双缓冲, 有各自的中止操控和使能作业端, 可全双作业业。本体系选用DSP的SCI模块和PC机的RS232串口进行异步通讯。RS232规范为25线, 可是可以选用三线制 (地、发送、接收三线) 。

 

(七) 液晶显现电路。

 

1602是一款支撑8位并行通讯的LCD背光显现器, 内部有160个点阵字符。供电电压为4.5到5.5V, 本体系丈量数据首要用于剩下电量的预算和均衡操控, 所以丈量每节单体电池电压电流数据用于液晶显现的实践意义并不大, 因而本体系不显现电压电流数值;液晶显现电路可以用来显现电池组单体电池的平均温度。至于体系所测单体电池的电压、电流、温度数据可以经过CAN通讯发送给均衡体系, 也可以经过SCI通讯发送给上位机。

 

四、体系软件规划

 

主控流程是一个不断循环的程序, 用于对电池组电压、电流温度等信息的实时监测, 并进行过电流、高温报警。将实时监测信息存储, 以便于上位机收集。流程图如图2示。

 

体系通电后, 首要对体系各个模块初始化, 并监测各模块是否正常。之后进入主循环, 第一步, 进行主电路电流监测, 假如过电流, 则报警器进行报警, 假如过电流严重则会断开体系主电路。第二步, 进行单体电池温度监测, 相同温度过高也会报警或者断开体系主电路。第三步, 进行单体电池电压监测, 假如过电压成果同上。第四步, 将丈量成果存储, 并显现温度报警信息。经过上述流程完结对电池组电压、电流和温度的监测, 体系在初始化时分开启了看门狗定时器, 防止体系堕入死循环, 确保了体系的安稳性。

 

五、结语

 

本文首要规划了动力电池组实时状况的监测体系, 首要完结了以下几个使命:一是对实时监测体系进行了模块化的规划, 详细阐述了各模块的规划思路和硬件完结, 得出了合适本体系的监测办法。二是本文进行了动力电池组实时监测体系的规划, 这是动力电池办理体系重要的一部分, 是办理体系进行剩下电量预算和均衡操控的根底, 具有十分重要实用价值。

 

摘要：本文首要研讨和规划了磷酸铁锂动力电池状况的实时监测体系, 该体系完结了SCI通讯, 上位PC机可以经过RS-232通讯接口收集监测数据, 便利数据处理。

 

要害词：电动轿车,磷酸铁锂电池,实时监测,电池状况

 

参阅文献

 

[1]芮秀凤.纯电动轿车蓄电池充电体系的研讨[D].安徽理工大学, 2012

 

[2]江学焕, 张金亮, 简炜.电动轿车动力电池实时收集体系规划[J].湖北工业轿车学院学报, 2012, 2:24~28

 

[3]马贵龙, 孙延先, 乔峰华.磷酸铁锂电池的新开展[J].我国自行车, 2008, 11:54~56

 

电池状况 篇2

要害词：ZigBee,蓄电池,CC2530,实时监控体系

 

UPS(Uninterruptible Power System，即不间断电源体系)，是一种能继续供给能量的设备，可以恒压恒频地不断地输出电流，在核算机网络通讯技能高度开展的今日，UPS在IT职业被人们称为信息的维护神。但在我国却没有得到太多人的注重，因而对UPS电池办理体系的研讨并不是许多。可是跟着节能减排、低碳日子等日子理念的倡导与传达，许多高校和动力电池公司纷纷投入许多的人力物力，着手开端研讨此类的电池办理体系，而且已经小有打破。凭仗自身的技能优势UPS必定会越来越遭到人们的青睐。当下国际电学理论界、电源企业研讨的重中之重是怎么才干尽早发现有问题的衰竭的电池，怎么才干使电池组耐久安稳地作业，而且能一直运转在正确的参数装备下，怎么才干尽或许地延伸蓄电池的运用寿数。

 

1 本计划的规划理念

 

本计划的规划初衷是：规划一个依据ZigBee的电池状况实时监控体系，来更好地办理电池组的作业，使其发挥最大的能量。市电中止的时分正是UPS发挥身手的时分，UPS可以顶替市电供给电力。UPS的动力来历是进行蓄电池组的逆改换。人们有必要实时了解UPS中电池组的运转状况，因而电池监督办理体系便应运而生。使UPS中的蓄电池组件一直作业在最佳状况，这便是电池监督办理体系的意图。详细办法是收集各电池组的电压、电流以及温度，对电池组进行有用的办理和能量监控，终究的意图是可以高效的运用电池。

 

蓄电池是UPS的中心，具有举足轻重的作用，蓄电池的好坏直接影响UPS的功用，因而，怎么选用蓄电池，选用什么样的蓄电池是一个十分要害的问题。当时在UPS中广泛运用的蓄电池是阀控式免维护铅酸蓄电池.,阀控式免维护铅酸蓄电池有其自身技能上的优势：根本无自放电现象、体积小、合适在高温轰动的条件下运用，此外它的理论供电时刻比较长，相当于一般电池的两倍，而且在运用寿数内根本不必弥补蒸馏水，可以说阀控式免维护铅酸蓄电池是一款高功用的电池。可是再高功用的蓄电池也有运用周期，因而有必要选用电池监督办理体系对其进行办理和监控，使其能愈加高效地发挥作用，延伸运用寿数。可以说电池监督办理体系对蓄电池是至关重要的，它能全面监测电池的各项参数，依据电池的当时状况履行相应的改动。总归，此体系的意图便是要确保电池安全高效的作业，并尽或许延伸电池的运用寿数。一套完好的优秀的办理体系可以为电池保驾护航，能使电池发挥最大的能量，相反，一套不完善的办理体系却能阻止电池的作业，缩短电池的运用寿数。因而，咱们有必要开发出一套完善的办理体系。

 

鉴于这种理念，并结合实践蓄电池生产状况，该文规划了一种运用ZigBee无线技能优势来服务办理UPS电池状况的体系。该体系的首要职责是实时监控并把握电池组在各个不同状况下的电压值，电流值和温度值的改动，接着将收集得到数据运用ZigBee无线通讯技能发送到上位机PC端。终究上位机将收集得到数据加以整合剖析。并终究以图像的办法将成果显现出来。因而终究整个体系由三个部分组成：终端监测节点、中继节点以及上位机PC端软件。

 

终端监测节点散布在各个蓄电池的电池组中，易于实时地对电池组参数状况的改动进行收集与监控。而中继节点是以数据临时寄存器的办法存在的，收集得到的第一手数据便是经过ZigBee无线通讯技能首要传送并存放在中继节点上，紧接着中继节点就将多个存放着的数据一起经过串口发送到核算机上。核算机接收到数据后就会对其进行剖析处理，终究将剖析成果以图形化的办法显现出来。图形化的操作接口可以运用户垂手可得地掌控电池组各项参数状况的改动，便运用户对电池的状况做出判别并进行维护。

 

2 ZigBee的相关技能简介

 

ZigBee无线传感网络体系结构：

 

ZigBee网络结构由和谐器、路由器和传感器三个子节点组成。而且此传感器节点有两种作业形式：即在线收集形式和离线作业形式。

 

所谓的在线收集形式，便是当用户恳求数据时，需求将散布在各个监测区域内的传感器节点所得到的信息加以收集，这时每个传感器都会把得到的数据先传送到和谐器，和谐器会把收到的信息加以会集整合，然后再经过串口把信息传送给PC机，PC机将数据处理后就会以图形化的办法显现给用户，用户就可以依据得到的信息对电池的作业状况加以判别和调整，使电池作业在最佳状况。可是当传感器周围的障碍物太多或者传感器离和谐器太远时，这时就需求路由器的帮忙来添加传输的牢靠性。

 

离线作业形式：当用户没有数据需求时，传感器只进行简略的信道扫描，以削减能量的耗费。当需求对环境信息进行离线收集时，传感器和和谐器是分离作业的。传感器会将收集得到的数据暂时存放在节点的Flash中。当用户发送数据恳求时，坐落和谐器网络覆盖规划内的传感器就会把暂时存放在Flash中的数据经过串口逐级传送给PC机，如此用户就可以进行数据剖析处理，这可以运用户对环境的监测信息进行动态盯梢。

 

3 硬件渠道的规划与完结

 

3.1 主控芯片和射频发射器的挑选

 

针对ZigBee的网络特色，咱们挑选了德州仪器公司生产的ZigBee CC2530芯片。

 

CC2530是一块适用于2.4-GHz的IEEE 802.15.4、ZigBee芯片。当然它相同可以运用于RF4CE体系。CC2530足以支撑起巨大的网络节点。CC2530有许多自身的技能优势：它吸收了RF收发器的杰出功用，有着强悍的8051 CPU,8-KB RAM，而且其体系闪存是可编程的。CC2530的运转形式不尽相同，所以CC2530十分适用于对低功耗要求十分高的体系。而且其形式之间的转化所需求的时刻是微乎其微的，这进一步削减了该芯片对功耗的要求。

 

3.2 相关硬件电路的规划

 

除了以CC2530为中心的开发板(DB板)外，还需求一个终端评价板(EP板)。EP板上的相关电路可以实时的检测到电池模块的相关参数，以下咱们就将评论相关的硬件电路的规划和功用问题。

 

1)以L6920为中心的升压电路

 

L6920是一种集成电路扩大器，经过震动扩大的原理将输入的直流低压升高为高电压(AC/DC转化)。

 

经过L6920的典型的外部电路规划衔接，可以使输入为1.5V左右的直流电压升高为3.3V左右。下图为L6920的典型运用电路：

 

2)以LR3410为中心的大电流旁路电路规划

 

3.3 EP(End Point）板PCB的规划

 

EP板的PCB规划选用了双面板，背面覆铜，电感、电容等元器材均按照技能手册要求紧密排序，尽或许削减散布参数对功用的干扰影响，对接地网络进行敷铜.经过多个过孔确保顶层和底层充分接地。以下为EP板的PCB规划图以及成型后的EP板图：

 

4 实验与测验

 

根本测温测电压实验

 

选取一个用电池供电传感器节点设备和一个用PC机UBS电源供电的和谐器节点设备，来完结较简略的组网以及温度、电压数据收集传送实验。传感器节点记载温度、电压数据，并将它发送给和谐器，终究经过和谐器转入PC机显现。

 

4.1 集成开发环境

 

本体系选用的开发软件是IAR Embedded Workbench(EW8051)，这是一种用处十分广的Z-Stack协议栈。IAR Embedded Workbench用于对C语言、汇编和PLM编写的嵌入式运用程序进行修改、编译及仿真，支撑CC2530程序的编译以及在线调试。

 

仿真器/调试器运用ARMSKY-CC2430x-Debugger，它支撑TI CC2530/CC2531片上体系芯片，可与IAR 8051集成开发环境无缝衔接，具有代码高速下载、在线调试、断点、单步、变量调查、寄存器调查等功用，完结对CC2530/CC2531片上体系芯片的实时在线仿真、调试。

 

ZigBee协议剖析仪运用ARMSKY-General Packet Sniffer。运用这种剖析仪再杂乱的协议都可以得到全面的解码，而且其调试速度十分快。该协议剖析仪还能剖析以及解码在PHY,MAC,NETWORK/SECURITY,APPLICATION FRAMEWORK和APPLICA-TION PROFILES等各层协议上的信息包，且能及时指出传送犯错的信息包。它还有独立的作业形式，使网点中的节点不会遭到剖析仪的影响。

 

SmartRF Flash Programmer工具软件可以经过Debugger来编程TI公司的片上体系微操控器的Flash存储器。可以读取和写入器材的IEEE地址。当该软件衔接上一种设备后，在设备列表中人们就能一眼看到CC2530指定的方针文件途径.人们只要挑选要履行的操作，然后点击“Perform action”,Hex文件就会被写入到体系中来，因而运用起来还是十分便利的。

 

4.2 组网测验

 

1)先用PC机USB端口给和谐器供电后，挑选正确COM端口。翻开PC机的设备办理器，找到和谐器所占用的端口号。本次实验和谐器所占用的端口是COM2。

 

2)可运用串口调试软件来进行相关设置。翻开串口调试助手，挑选COM2，并将波特率调整成38400。

 

3)给传感器节点上电，LED绿灯闪烁后不久，发现串口调试软件显现了数据，则标明组网通讯成功。

 

4)若翻开更多的节点，则会显现出不同的设备通讯地址。

 

4.3 温度电压检测测验

 

翻开PC机终端的监测软件，将串口设置为COM2。

 

确认后，翻开“电池组状况监控”选项，便可以直观的调查到单个电池的电压、温度信息。

 

5 完毕语

 

该文立足于UPS蓄电池实践运用根底，在对无线传感器网络以及ZigBee技能剖析的根底上，提出了一个依据ZigBee无线传感器网络技能的电池状况实时监控处理计划，并以TI公司的微处理器CC2530为中心，规划完结了依据ZigBee的简略无线传感器网络。终究该处理计划还结合了实时监控的实例，给出了相应的无线传感器节点的详细硬件规划。可以说无线技能的快速开展给UPS技能的打破带来了无量的契机,因而,本人以为ZigBee技能在电源范畴中的运用具有十分值得等待的开展远景。

 

参阅文献

 

[1]陈洪伟,徐新民.不间断电源运用剖析[J].电源国际,2007,5(1):32-34.

 

[2]李颖.UPS蓄电池ABM智能充电办理初探[J].通讯电源技能,2009,26(6):43-44.

 

[3]钟永峰,刘永俊.ZigBee无线传感器网络[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011:36-45.

 

[4]吕治安.ZigBee网络原理与运用开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008:219-232.

 

[5]ZigBee TM Protocols Specification[EB/OL].http://www.zigbee.org.

 

[6]CC2530,A true system on chip solution for 2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee.Texas Instrument.

 

电池状况 篇3

近年来,微电网概念备受关注,其与电网互为支撑,被视为运用散布式电源(distributed generator, DG)的最佳途径［１－３］。当微电网孤岛运转时,因为DG中的可再生动力(renewable energy source, RES)输出功率的间歇动摇性,一般需储能单元供给供需功率平衡和电压支撑［４］。为了完结多台储能单元间负荷的合理分担,依据下垂操控的无互联信号线办法以及其改善型被广泛运用于微电网［５－１０］,可是该类办法仅是经过预设的频率(或电压)与有功功率(或无功功率)的下垂曲线来完结功率分配,并未考虑微电网元件状况如DG可用功率、储能单元的荷电状况(state of charge,SOC)等。因而若供需存在较长期不匹配,该类办法有或许导致电池储能体系(battery energy storage system,BESS)［１１］的SOC超出安全运转规划。虽然可经过BESS/RES容量配比优化规划［１２－１４］来有用削减SOC超出运转规划概率,可是为确保微电网安全安稳运转,仍需选用会集操控结构［１５－１７］的微电网能量办理单元进行和谐,其将微电网元件状况传给会集操控器,然后由会集操控器一致和谐决议计划。可是因为微电网内资源散布内在的分散性和会集操控器数据处理的有限性, 这种操控结构更合适传统会集的电力体系。一起若会集操控器呈现毛病有或许导致体系和谐失效。

 

针对以上问题,提出了一种适用于微电网中多台BESS与多台RES间的散布式有功功率和谐操控算法,其无需外部通讯介入即可确保储能电池的SOC运转于安全规划内。 该办法是在作者前期BESS与RES和谐操控战略以及传统下垂操控、恒功率下垂操控、各下垂操控切换进程中安稳性剖析的根底上［１８－２０］提出的一种更具普适性的有功功率和谐操控办法。其间,文献[18-19]提出了全SOC规划内的有功功率和谐操控,但文献[18]所提计划比较合适一台BESS与多台RES间和谐操控,文献[19]首要针对直流微电网。文献[20]虽然将和谐操控计划规划扩展至多台BESS和RES,但其较难完结BESS功率限幅。

 

1孤岛运转工况下功率和谐操控

 

典型微电网结构如图1所示,由hＤＧ台DG,hＥ台BESS,hＬ个负荷组成,DG,BESS和负荷与电网交流的功率别离用PＤＧｉ(i=1,2,…,hＤＧ),PＥｉ(i= 1,2,…,hＥ),PＬｉ(i=1,2,…,hＬ)表明。依据智能转化开关状况不同,微电网可运转于并网或孤岛形式。孤岛运转工况下,依据BESS的SOC,分为3个区域:高SOC区域(SＳＯＣｕ,100%)、正常SOC区域[SＳＯＣｄ,SＳＯＣｕ]、低SOC区域(SＳＯＣ０,SＳＯＣｄ)。其间, SＳＯＣｕ和SＳＯＣｄ别离为和谐操控的SOC上、下限值, SＳＯＣ０为SOC最小阈值,标明已没有足够容量保持体系正常运转。低SOC工况下的和谐操控拜见文献[18-19],限于篇幅,本文重点研讨高SOC工况下多台BESS与RES间的和谐操控战略并假设体系中DG均为RES,依据SOC,有功功率和谐操控首要分为以下3种工况。

 

工况1:体系内BESS均处于正常SOC区域。和谐操控方针为:1 RES运转于最大功率点(maximum power point,MPP),完结其最大化运用;2BESS均可担任体系组网单元,安稳微电网母线电压和频率。因为没有主电网支撑作用,BESS承担平衡供需功率差人物,存在∑PEi=∑PLi-∑PDGi。

 

工况2:至少有一台BESS处于正常SOC区域, 以BESSn表明,其他BESS处于高SOC区域,以BESSh表明。和谐操控方针为约束BESSh充电功率,防止过充。一起,也需确保BESSn充电功率不超越额外答应最大充电功率。其可分两种状况: 1若RES功率除掉供给负载外仍大于BESSn答应的最大充电功率,则需对BESSn采纳功率限幅的一起下降RES功率;2BESSn充电功率在答应规划内,则BESSn无需限幅,RES仍可作业于MPP。

 

工况3:BESS均处于高SOC区域,和谐操控方针是防止BESS过充,当RES功率超越负载功率时,需操控PEi≈0,一起下降RES功率,满意∑PDGi≈∑PLi。

 

当源条件和负载条件发生改动时,和谐操控战略应确保体系能在各个工况间滑润过渡。

 

值得指出的是,以上和谐操控方针适用于多台BESS和RES组成的微电网结构。当体系只有一台BESS单元时,则和谐操控方针拜见工况1和3。

 

2考虑BESS的SOC的有功功率和谐操控

 

2.1 BESS改善操控战略

 

假设线路阻抗为理性,传统有功功率的分配常选用P-ω 下垂操控来完结。考虑到工况2中的状况1,为完结BESSn的功率限幅,提出依据瞬时功率的变斜率下垂操控。一起为防止工况2和3中BESSh的过充,提出依据SOC的恒功率份额—积分(PI)下垂操控,集成两种操控思维后形成式(1)所示的操控方程。

 

 

式中:ωＥ,ωＥＮ,mｐ,PＥ,ωＳＯＣ别离为输出角频率、空载角频率、角频率下垂增益、输出有功功率(以放电为正方向)、SOC操控量。

 

依据瞬时功率的变斜率下垂操控特色是mｐ由固定部分mｐＮ和变斜率部分mｐｖ两部分组成。

 

 

式中:kｉｍ为斜率积分系数;mｐＮ为正常作业规划时斜率,其值取决于答应的角频率改变规划[ωｍｉｎＮ, ωｍａｘＮ]和额外功率PＥＮ;mｐｖ则取决于限定的充电功率如PＥＮ和当时的瞬时功率PＥ。

 

若当时的充电功率在限定值内,则mｐｖ=0,即下垂曲线斜率为mｐＮ。 若充电功率超越PＥＮ(即-PＥ>PＥＮ),则mｐｖ积分项开端作用。 离散化式(1),令操控周期为Tｓ,则充电功率接连超越额外功率h个操控周期后,有

 

 

可见,mｐｖ不断变大(如图2(a)所示,其间ωｍａｘＬ和ωｍｉｎＬ为极限角频率上下限),合作RES依据母线频率(frequency bus signaling,FBS)的功率下垂操控,若将其在ωｍａｘＬ的功率设定为0,则体系终究将安稳运转于PＥ≈-PＥＮ。完结框图如2(b)所示。

 

依据SOC的恒功率PI下垂操控思维为:

 

 

式中:Relay(·)为滞环函数;kｉｓ为SOC斜率积分系数,当SOC值SＳＯＣ>SＳＯＣｕ时,取值为1,当SＳＯＣ≤ SＳＯＣｕ-SＳＯＣＨ时,取值为0,其间SＳＯＣＨ为滞环宽度, 防止颤动。

 

其原理和实施办法如图3所示。

 

若Relay(·)在k０个周期取值变为1,则离散化后,k个周期时刻的下垂曲线为:

 

 

由式(5)可见,下垂曲线斜率变大,因为充电时功率为负值,空载角频率点逐步上升,如图3(a)所示。稳态时,经过与其他BESS和RES和谐操控的合作,可将该BESS的功率限定在零。

 

2.2依据FBS的功率下垂操控

 

为完结工况2状况1、工况3中RES按需降功率运转,提出依据FBS的功率下垂操控,其操控方程为:

 

 

式中:PＤＧ,PＭＰＰ,ωＢ,mＤＧ别离为RES有功功率、 MPP功率、反应角频率、功率下垂系数。

 

mＤＧ的取值为:

 

 

PＤＧ-ωＢ曲线如图4所示。当RES检测到 ωＢ超越ωｍａｘＮ,将以斜率mＤＧ逐步减小功率。

 

2.3不同工况下所提操控战略和谐原理剖析

 

图5为所提操控战略在不同工况下的和谐操控原理,为简化剖析,以2台BESS为例阐述,图中RES功率代表多台RES的总功率。初始条件下, 体系均运转于工况1,如图5中A点所示。

 

Case 1:跟着继续充电,体系进入工况2状况2,如图5(a)所示。BESS2处于高SOC区域,式(4)中ωSOC积分环节开端作用,BESS2下垂曲线的斜率和空载角频率点均逐步变大,而因为供需功率差和BESS1斜率未变,则BESS1充电功率逐步增大,BESS2充电功率逐步减小,ωB逐步上升如B点所示。当PE2≈0时,体系抵达稳态C点,此刻PE1≈∑PLi-∑PDGi。因为BESS1充电功率一直在限定值以内,因而ωB将被限定在[ωminN,ωmaxN]内,RES一直运转于MPP。

 

Case 2:跟着继续充电,体系进入工况3,如图5(b)所示。2台BESS均处于高SOC区域,其下垂曲线的斜率和空载角频率点均逐步变大,ωＢ将迅速上升并超越ωｍａｘＮ,由式(6)可知,RES功率将逐步减小如B点所示。当PＥ１≈PＥ２≈0时,体系抵达稳态C点,此刻∑PＬｉ≈ ∑PＤＧｉ。

 

Case 3:跟着继续充电,体系进入工况2状况1,如图5(c)所示。同Case 1,BESS1充电功率逐步增大,BESS2充电功率逐步减小,ωＢ也逐步上升, 当其升至ωｍａｘＮ时,BESS1充电功率上升至额外充电功率,体系运转于B点。 跟着 ωＢ继续上升, 式(2)中mｐｖ积分环节开端作用,BESS1下垂曲线斜率逐步添加,RES功率也逐步减小,当PＥ２≈0且PＥ１≈ - PＥＮ时,体系抵达稳态C点,此刻-PＥＮ=∑PＬｉ- ∑PＤＧｉ。 跟着BESS1继续充电,当BESS1也进入高SOC区域时,体系进入工况3,同Case 2剖析,体系将抵达稳态D点。

 

2.4操控完结

 

依据以上剖析,BESS和RES的操控框图如图6所示。

 

其间BESS操控只需在传统下垂操控环［２１］根底上更改有功功率下垂部分。其间UＥｒｅｆ为下垂部分输出的指令电压,UＥ为其幅值。uＣＥ,iｏＥ,zｖｒＥ别离为BESS电容电压、输出电流和虚拟阻抗。QＥ和QＤＧ别离为BESS和RES的无功功率。

 

3实时仿真验证

 

为验证所提操控战略的有用性,依据dSPACE 1005渠道对其功用进行实时仿真测验。该渠道拓扑如附录A图A1所示,由2台BESS(10kVA, 20kW·h)、2台10kVA的RES及1台90kVA的可调模仿负荷组成,孤岛运转。体系参数如下:变流器容量为10kVA,CｆＥ和CｆＤＧ均为12μF,LｆＥ和LｆＤＧ均为2mH,LｏＥ和LｏＤＧ均为0.378mH,各参数含义见附录A图A1;开关频率为6kHz,ωｍｉｎＮ= 2π×49.5rad/s,ωｍａｘＮ=2π×50.5rad/s,ωｍｉｎＬ= 2π×49rad/s,ωｍａｘＬ=2π×51rad/s,ωＥＮ=2π× 50rad/s,mｐＮ=3.14×10－４rad/(s· W),PＥＮ= 10kW,SＳＯＣｕ=95%,SＳＯＣｄ=20%,SＳＯＣＨ=0.5%,kｉｍ= 0.000 000 2,电压下垂曲线系数为0.003 1V/var,kｉｓ=0.000 05,取值满意体系操控安稳性要求［２０，２２－２３］。在实践运用中,可依据实践需求对SOC的限值进行优化。

 

3.1 Case 1

 

Case 1仿真成果如附录B图B1(a)所示。初始阶段S0:2台RES均运转于MPP,其有功功率PＤＧ１和PＤＧ２别离为4kW和3kW。为简化剖析,选用阻性负荷,额外条件时对应有功负荷PＬ=1kW。 BESS1和BESS2初始SOC别离为94.7%和80%, 可见均在正常SOC区域。因为此刻2台BESS的下垂曲线相同,因而均分供需功率差,其有功功率PＥ１和PＥ２均为-3kW,可见能很好完结无互联信号线均载操控。

 

S1阶段:T1时刻,当BESS1的SOC抵达95%,进入高SOC区域,体系运转于工况2状况2,BESS1的ωSOC积分环节开端作用,可见BESS2充电功率逐步增大,BESS1充电功率逐步减小,ωB也逐步上升(图中对应微电网母线频率fB),一段调理时刻后,体系抵达稳态,PE2≈∑PLi-∑PDGi≈-6kW;PE1≈0。与图5(a)剖析符合。成果标明,依据SOC的恒功率PI下垂操控可很好地将BESS1充电功率限定在零值上,防止过充。一起RES一直运转于MPP,完结了RES最大化运用。

 

3.2 Case 2

 

Case 2仿真成果如附录B图B1(b)所示。初始阶段S0:2台BESS的SOC均为94.7%,其他初始条件与3.1节相同。因为下垂曲线和初始SOC均相同,2台BESS以相同功率进行充电,SOC一直坚持一致。

 

S1阶段:T１时刻,2台BESS的SOC均抵达95%,体系运转于工况3。可见,ωＢ迅速上升抵达 ωｍａｘＮ(对应fＢ为50.5Hz,即T２时刻)。

 

S2阶段:跟着ωB超越ωmaxN,可见RES功率和BESS充电功率逐步减小。终究抵达稳态,PDG1=587 W,PDG2=440W,PE1≈PE2≈0,满意∑PLi≈∑PDGi,与图5(b)剖析符合。成果标明依据SOC的恒功率PI操控与依据FBS的功率下垂操控很好地进行了和谐,将BESS的充电功率约束在零值,防止过充。一起仍可运用RES为负载供电。

 

3.3 Case 3

 

Case 3仿真成果如附录B图B1(c)所示。初始阶段S0:2台RES均运转于MPP,其有功功率别离为10kW和8kW,PＬ=1kW。2台BESS的初始SOC别离为90%和94.7%,均分供需功率差,PＥ１和PＥ２均为-8.5kW。

 

S1阶段:在T１时刻,当BESS2的SOC抵达95%,进入高SOC区域,体系运转于工况2状况1, BESS2的ωＳＯＣ积分环节开端作用,BESS1充电功率逐步增大,BESS2充电功率逐步减小,直至T２时刻,BESS1功率抵达额外充电功率,PＥ１= -10kW,fＢ抵达50.5Hz(标明ωＢ抵达ωｍａｘＮ),体系进入S2阶段。

 

S2阶段:T2时刻,BESS1的mpv积分环节开端作用,下垂曲线斜率逐步添加,一起依据FBS的功率下垂使RES功率逐步下降,跟着ωB进一步上升,终究抵达稳态,PE1≈-10kW,PE2≈0,PDG1=6kW,PDG2=5 kW,满意-PEN≈∑PLi-∑PDGi。可见,完结了BESS2满充状况的零功率操控,一起也很好地约束了BESS1的充电功率。

 

S3阶段:T３时刻,跟着BESS1继续充电,其SOC抵达95%,体系进入工况3,可见ωＢ进一步上升,RES功率进一步下降,终究抵达稳态PＥ１≈ PＥ２≈ 0,PＤＧ１= 574 W,PＤＧ２= 459 W,满意∑PＤＧｉ≈∑PＬｉ。 与图5(c)剖析相符合。

 

3.4突增、突减负载

 

附录B图B1(d)和(e)别离给出了负载突增、突减时的仿真成果,其剖析见附录C。仿真成果标明, 负载条件发生改动时所提操控战略均能完结较好的和谐操控作用并能确保体系在各工况间滑润过渡。

 

4结语

 

为完结微电网孤岛运转工况下安全安稳运转以及无互联信号线自治和谐操控,本文提出了一种考虑BESS的SOC的有功功率和谐操控战略。所提操控战略经过依据瞬时功率的变斜率下垂操控、依据SOC的恒功率PI下垂操控、依据FBS的功率下垂操控集成完结了BESS功率限幅、BESS满充状况时的零功率充电以及RES按需降功率运转。终究, 经过不同运转条件下的实时仿真验证了所提操控战略的正确性与可行性。成果标明,所提的操控战略不仅能保有无互联信号线自治有功功率和谐操控的长处,而且还能使电池SOC处于安全运转规划的一起最大化RES的运用。别的,该计划独立于BESS和RES内环操控器的规划,无需更改其内环操控结构,可简略植入传统的BESS或者RES操控。

 

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info. com/aeps/ch/index.aspx)。

 

摘要：微电网孤岛运转时,若供需存在较长期的不平衡,传统的无互联信号线有功功率和谐操控或许导致电池储能体系(BESS)荷电状况(SOC)超出安全运转规划。针对该问题,提出了一种考虑SOC的多BESS与可再生动力(RES)间的散布式有功功率和谐操控战略。该办法经过依据瞬时功率的变斜率下垂操控、依据SOC的恒功率份额—积分(PI)下垂操控以及依据母线频率的功率下垂操控的集成来完结有功功率的无互联信号线自治和谐操控。所提操控办法不仅可简略植入BESS和RES的操控体系中而无需修改其内环操控结构,而且能使SOC处于安全规划的一起最大化RES运用。实时仿真成果标明了所提战略的有用性。

 

电池状况 篇4

蓄电池是一种充电时吸收、贮存电能, 放电时输出电能的直流电源, 长期以来因其具有功用安稳、作业牢靠的特色, 已被广泛运用于电力, 交通、通讯等多个职业[1]。在现代电力体系中, 蓄电池组在事端或电厂用电毛病时, 为操控、信号、维护和自动设备等供给牢靠的二次负荷电源, 其功用和质量对发电厂、变电站的安全牢靠运转具有重要的影响[2]。在现代交通运输中, 电动轿车的无 (低) 污染长处, 使其成为今世轿车开展的首要方向[3]。蓄电池是电动轿车的储能元件, 蓄电池的状况直接决议了电动轿车的行进功用。对蓄电池的维护或办理不当将直接影响蓄电池的运用作用和寿数, 乃至直接损坏蓄电池, 然后影响电动轿车供电的安稳性, 严重状况下还会导致安全事端。因而, 蓄电池的状况检测与监控一直是国内外研讨的热门和难点问题, 其状况监测、办理和维护有着重要的实践意义。

 

 

 

结合现在蓄电池状况监测体系的运用现状, 本规划选用易扩展、牢靠性高、抗干扰才能强且线路简略的CAN总线构建蓄电池组在线监测体系, 以完结蓄电池组剩下容量的在线监测、单体端电压丈量及蓄电池温度丈量等。该体系可以供给实时的蓄电池状况数据, 选用开放式CANopen协议[4], 可作为散布式操控节点便利的加入到选用CANopen协议的电动轿车操控体系或变电站电源监测体系中。

 

 

1 蓄电池状况监测功用及算法

 

1.1 状况监测功用

 

 

蓄电池在制作进程中, 因为工艺自身固有的分散性, 即便同一批次的电池, 也不可防止的存在着容量和特性上的差异。串联的蓄电池组充放电进程中, 容量最小的单个电池决议了蓄电池组的功用和寿数。蓄电池组在运用进程中, 经常呈现单个电池损坏的状况, 这种状况若未能及时发现, 很容易导致整组蓄电池的损坏。所以, 为了及时把握蓄电池的运用状况, 延伸蓄电池组的运用寿数, 本文规划了一种由监测模块构成的蓄电池状况监测体系, 如图1所示。本体系可以完结下述功用:

 

 

 

(1) 蓄电池单体的电压、电流及温度的丈量和显现;

 

 

 

(2) 蓄电池剩下容量 (SOC) 的预算和显现;

 

 

 

(3) 蓄电池单体的电压、电流及温度的异常报警;

 

 

 

(4) 监测数据传输到上位机进行保存和比照剖析。

 

 

 

1.2 状况监测算法

 

 

蓄电池的电压、电流及温度都可便利地运用相应传感器电路完结。但因为蓄电池的充电状况发生改动时, 其电化学特性改动不显著或不太规矩, 无法用来直接指示充电状况, 因而对蓄电池剩下容量的预算就成为了状况监测模块的一个重点和难点问题。

 

 

 

人们经过对蓄电池电化学特性中开路电压、负载电压、温度、内阻、电解液比重等参数与蓄电池充电状况之间的联系, 找到一些可以估量蓄电池剩下电量的办法, 如丈量开路电压、负载电压、内阻、电量等办法。其间安时计量法[5]用于蓄电池剩下电量的估量比较准确牢靠, 而且适用于充电和放电两种状况。安时法比杂乱模型的运算量少得多, 关于硬件的要求不高, 便于实时完结。

 

 

 

安时法周期性的对蓄电池电压、电流、温度进行采样, 对采样电流i用积分法核算出耗费的电量, 由初始电压确认的初始可用电量C0减去耗费电量便是剩下电量Cr。详细算法可用式 (1) 表明为:

 

 

 

Cr (t) =C0 (t) -α∫

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