基于串并联补偿的电池成组技术
电池储能具有较高的投资/成本效益,电池储能系统在可再生能源并网运行等场合得到广泛应用。单体电池的电压低、容量小,在实际应用中通常将多个单体串并联以满足高压大容量的需求,但是将多个单体电池直接串并联的成组方式存在诸多缺陷,最为显著地是单体电池的不一致性导致整组电池性能严重衰退,这不仅导致电池组的容量利用不充分,而且使得电池组的寿命大幅缩短。电池成组应用于储能系统时需要专用的充放电设备,现有的解决办法大多是配备与系统功率相等的变流器,这会造成变流器的功率大,系统成本增加。本文为解决现有电池成组方式存在的问题,对采用...
电池储能具有较高的投资/成本效益,电池储能系统在可再生能源并网运行等场合得到广泛应用。单体电池的电压低、容量小,在实际应用中通常将多个单体串并联以满足高压大容量的需求,但是将多个单体电池直接串并联的成组方式存在诸多缺陷,最为显著地是单体电池的不一致性导致整组电池性能严重衰退,这不仅导致电池组的容量利用不充分,而且使得电池组的寿命大幅缩短。电池成组应用于储能系统时需要专用的充放电设备,现有的解决办法大多是配备与系统功率相等的变流器,这会造成变流器的功率大,系统成本增加。本文为解决现有电池成组方式存在的问题,对采用隔离型双向DC-DC变换器的电池成组方式开展研究,具体研究内容如下。
  针对近年来的相关研究成果,阐述电池成组应用和双向DC-DC变换器的研究现状。对比分析不同电池成组方案的特性,研究并提出基于串并联补偿的电池成组拓扑,该拓扑利用电池模块串联后与直流母线电压比较接近的特点,使得电池储能系统中的DC-DC变换器只流过电池发出或吸收功率的一部分,能够大幅降低电池成组中所用变流器的额定功率,减少电池储能系统的成本。串并联补偿电池成组拓扑利用隔离型双向DC-DC变换器建立与电池模块串联的受控电压源以补偿整串电池电压变化,建立与每个电池模块并联的受控电流源以实现SOC均衡控制。
  电池成组所用变换器基本模块为电流源型双向DC-DC变换器,以多个模块输入串联输出并联的方式接入,单台变换器的额定功率为1kW,针对该DC-DC变换器进行参数设计和仿真实验。为减小高频变压器漏感在换流过程中引起的损耗,采用LCD无损吸收电路进行开关管关断过压抑制并对漏感能量回收利用,以此来提升DC-DC变换器的效率。
  根据提出的电池成组拓扑搭建一台含有三个电池储能单元的电池成组实验样机,控制系统由DSP和CPLD组成。在电池成组实验样机上分别对控制总电压和控制总电流两种策略进行实验验证,结果表明:三个电池模块的充电电流和放电电流可以单独控制,即在该系统中可以实现电池的充放电控制和电池模块之间的荷电状态(state of charge,SOC)均衡,说明所提出的电池成组方案是可行的。
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作者: 李小均
学科专业: 电气工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 北京交通大学
导师姓名: 王玮
学位年度: 2018
语 种: chi
分类号: TM910
在线出版日期: 2019年1月8日