混合储能蓄电池组放电均衡优化研究

首先,以电磁发射用混合储能系统蓄电池组铅酸电池为研究对象,分析了储能系统放电过程中可能带来的蓄电池组一致性问题;其次,在研究电池模型的基础上,结合蓄电池放电均衡方法,分析了基于电池组容量的均衡指标;再次,针对混合储能系统放电电路的特点,提出了一种以蓄电池组均衡一致性为优化目标的放电均衡策略,改进了放电结构并实现了铅酸电池的放电均衡;最后,对比了改进前后的放电电路并进行了仿真分析,并在混合储能蓄电池组平台上进行了实验,实验结果验证了该放电均衡策略的可行性。     

基于循环神经网络的锂电池SOC估算方法

鉴于锂电池荷电状态(state of charge, SOC)实时准确估计的重要性。针对大倍率脉冲放电工况下锂电池的强非线性和时变特性,训练了一个循环神经网络对锂电池SOC进行估算,该网络能够将电池管理系统测量所得的电压、电流、温度映射到SOC。基于某型号18Ah锂电池性能测试所获得的大倍率脉冲工况放电数据进行了实验验证,得到三种温度下锂电池SOC估算结果的平均绝对值误差为1.92%,证明了该方法的有效性。     

电磁发射电池组杂散电感提取方法

在电磁发射锂离子电池储能系统中,电池组杂散电感的准确提取对合理设计系统方案具有重要意义。针对该需求,对电池组脉冲放电过程进行建模与分析,得到适合杂散电感提取的放电阶段。通过将离散傅里叶变换求解数值微分的方法更改为滑动窗递推形式,并与多新息最小二乘算法结合,从而提出一种可充分利用波形数据的杂散电感提取方法。通过实际的电池组脉冲放电测试波形对该方法进行验证,结果表明该方法相比传统方法能更加准确、可靠地提取电池组的杂散电感,在不同放电电流下的提取结果具有很好的一致性。     

高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性

由于电池内阻和极化现象的存在,锂电池在放电的瞬间会出现较大的电压跌落,高倍率脉冲放电锂电池更是如此。为了研究高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性,探讨温度、荷电状态和老化等因素对电池功率性能的影响规律,定义了锂电池的功率特性曲线,搭建了高倍率电池测试平台,并从温度、荷电状态和老化3个阻抗敏感因素开展实验研究。研究方法和结论对后期开展锂电池系统的峰值功率评估和功率曲线预测有一定的指导意义。     

储能用蓄电池模型参数的动态辨识

为观测锂离子电池的参数,通过建立多元线性回归模型对内电路参数进行辨识,并提出通过间接观测蓄电池平衡电动势来辨识荷电状态的方法。该方法基于改进的Thevenin电池模型,以等效电容量来表征锂电池的容量特性。在循环周期内可通过测量放电前后开路电压变化量和电荷变化量来辨识等效电容;等效电容又可以在短时间内动态估算平衡电动势以作为辨识荷电状态的主要变量。通过一个循环周期内的脉冲放电实验验证了所采用的改进电池模型和辨识方法的有效性和准确性。     

基于模糊卡尔曼滤波的锂电池SOC估算方法

为了估算锂电池的荷电状态,在研究与分析影响SOC值的因素及传统SOC估算方法的基础上,提出了对电池静置和充放电两种状态分别估算的方法。尤其在充放电状态下,以Thevenin模型为基础,建立易于工程实现的状态空间模型,采用模糊卡尔曼滤波实现了对电池SOC的估算。仿真结果表明,该方法可以提高电池SOC的估算精度。     

电磁发射用多级混合储能装置充电策略

针对多级混合储能装置这种特殊、新型储能结构必须实现蓄电池到脉冲电容器的快速充电才能充分展现其技术优势的特点,首先在时序串联充电策略基础上提出了一种效率更高的改进充电策略,在蓄电池组数不变的情况下首先并联电池组对电容充电,电压达到一定水平后改变电路结构即将并联电池组转换为串联继续对电容器充电,从而提高充电效率;然后,建立了仿真实验平台,对改进策略和此策略中引入的系数α进行了分析,结果显示:α的不同取值对充电效率与恒流区宽度有较大影响,改进后充电效率提高最多可达40.7%。蓄电池到脉冲电容的新型充电策略极大地提高了充电效率,为混合储能更好地应用于电磁发射奠定了理论基础。     

含脉冲负载的综合电力系统储能优化配置研究

考虑到舰船环境限制和高能脉冲负载对储能的需求,有必要对储能装置进行合理的选型和优化配置,来提升综合电力系统性能。为此,基于带权极小模理想点法和层次分析法,提出了一种储能装置性能评价函数,并以其为优化目标,进行储能装置优化配置。所提出的评价函数充分考虑系统需求和脉冲负载特性,以储能装置体积、质量和经济性作为评价函数主要组成部分,同时考虑功率、能量、电压、荷电状态等约束,建立优化配置模型,并采用差分进化算法进行求解。以高性能锂电池和超级电容器为例,对所提模型进行求解计算,结果表明在所给权重系数下锂电池性能更优,更适用于综合电力系统,并给出了优化配置后的指导方案。     

电感储能电源余能回收对轨道炮特性影响分析

对剩余能量进行回收并重复利用有利于提高电感储能脉冲电源驱动电磁发射系统的能量利用效率,剩余能量回收的快慢将直接影响电磁发射系统的发射性能。在电感储能脉冲电源的基础上引入剩余能量快速回收单元可以实现剩余能量快速回收。为研究带有剩余能量回收单元的改进电路对连续电磁发射系统产生的影响,分阶段对改进电路的放电过程进行分析,对一个12模块的增强型轨道炮系统进行建模仿真,并与改进前的电路进行对比分析,进而得到改进电路驱动电磁发射系统的输出特性和发射优点。     

舰载导弹线圈发射器模型工作过程仿真

为了克服传统舰载导弹垂直发射器的弊端,提出了一种新型舰载导弹发射器模型,阐述了该模型的基本组成和工作原理,建立了发射器工作过程的数学模型,以三级发射器为例对其工作过程进行了动态仿真,得到了发射器工作过程中放电回路中的电流、发射组件所受电磁力、速度及位移等参数随时间的变化规律.对比分析了通过改变系统储能和发射线圈级数对系统工作特性的影响.结果表明:弹射线圈较驱动线圈具有更好的加速能力;发射组件的速度对其所受的电磁力有较大影响,随着速度的增加,发射组件所受电磁力减小;适当改变系统储能和发射线圈的级数可以实现导弹的垂直发射.     

采用多模式控制的电磁发射蓄电池充电谐波抑制方法

针对电磁发射蓄电池组大倍率快速充电过程中的电网谐波陡增问题，提出多模式模糊滞环控制谐波抑制方法。结合电磁发射混合储能系统的时序串联拓扑结构，说明蓄电池的超大倍率充电应用工况和策略，进而介绍蓄电池充电的拓扑结构，明确谐波的来源、特点和产生原因。在分析单台充电机充电时的电网谐波电压和谐波电流的基础上，研究不同充电机并充台数、不同充电电流情况下电网谐波电压和谐波电流的分布规律。设计多模式控制方法的组成方式和切换判据，建立蓄电池充电机、瞬时无功功率检测、谐波抑制、多模式控制的仿真模型。仿真和试验数据表明：谐波抑制方法能够快速抑制电磁发射蓄电池充电机大规模启停、波动时的谐波陡增问题，补偿效果满足国家标准。     

新型串联锂离子电池组主动均衡电路设计

为解决串联锂离子电池组电压均衡问题,提出了一种新型主动电池到电池均衡电路。该电路主要包括N+5个双向开关以及一个LC谐振电路,其中,N表示电池组中电池的数量。利用LC串联谐振电路能够直接将能量从最大充电电池传输至最小充电电池,无需使用多绕组变压器。并且在零电流开关条件下,运行电路中的所有开关能够减少平衡所用功耗。通过10节串联锂离子电池的实际测试,结果显示相比常规均衡电路,提出的电路能够实现快速平衡并且传输效率更高。当均衡功率为0.48 W和2.04W时,实测功率传输效率分别为92.7%和79.2%。     

电磁发射系统以太网拓扑结构建模优化

拓扑结构优化模型是网络中的一类重要模型，可以有效地优化系统整体链路性能。针对电磁发射系统以太网拓扑结构中部分节点和链路的负载过大，一旦发生堵塞，将会影响网络中关键链路性能的问题，建立网络拓扑结构优化的多目标规划模型，并提出一套基于基因环操作的遗传算法对其进行求解，通过仿真得出最优的网络拓扑结构。根据仿真结果修改实际网络节点默认配置参数，结果显示该模型和算法能有效均衡负载，降低网络冲突率，且不需要改变电磁发射系统以太网的物理链路，不会增加额外成本，对电磁发射类系统具有普适性的意义。     

电磁发射用脉冲功率电源放电建模分析

为高效研究电磁发射用脉冲功率电源放电性能，为电磁发射提供技术支持，降低研发成本，电磁发射过程的相关建模与仿真工作需要重点研究。对弹丸在轨道中实际运动物理过程建立数学模型，对脉冲功率电源建立电路模型，采用联合两种模型的方法对脉冲功率电源放电系统进行研究，提出一种基于发射过程多物理现象的脉冲功率电源放电系统仿真模型。通过实验验证了提出方法的有效性，为后续脉冲功率电源放电研究提供了依据。     

单板纳星电源系统能量平衡仿真

能量平衡是微纳卫星电源系统设计和考核的重要要求,在地面通常通过数值仿真进行评价。介绍单板纳星电源系统结构和特点;分别对太阳电池阵、蓄电池组和卫星负载进行数学建模;结合卫星姿态动力学进行能量平衡仿真,仿真结果可以实时反映卫星的功率变化、电池容量和能量平衡情况。电源系统在轨试验数据与仿真结果基本一致,证明所建模型是正确的,仿真方法有效。     

基于灰色模型的电磁轨道发射装置温度研究

在电磁发射过程中导轨温度受众多因素影响,而其中部分因素很难进行精确分析,为此运用灰色系统的分析方法对电磁轨道发射装置温度进行研究。为获取模型所需实验数据,搭建电磁轨道发射装置测试系统,并借此测量发射过程中的电流、导轨温度、出口速度等数据。由于测量仪器限制,借助ANSYS有限元仿真对测得的导轨温度数据进行修正,以获得导轨内表面温度。基于经典GM(1,N)模型与Simpson公式,提出一种改进型灰色模型,并以此方法对导轨温度展开研究,进一步选取同能级试验,对不同位置处各因素温升贡献度进行讨论。结论为进一步深入研究导轨温度提供参考和依据。     

Generation and storage dispatch in electricity networks with generator disruptions

We present methods for optimizing generation and storage decisions in an electricity network with multiple unreliable generators, each colocated with one energy storage unit (e.g., battery), and multiple loads under power flow constraints. Our model chooses the amount of energy produced by each generator and the amount of energy stored in each battery in every time period in order to minimize power generation and storage costs when each generator faces stochastic Markovian supply disruptions. This problem cannot be optimized easily using stochastic programming and/or dynamic programming approaches. Therefore, in this study, we present several heuristic methods to find an approximate optimal solution for this system. Each heuristic involves decomposing the network into several single‐generator, single‐battery, multiload systems and solving them optimally using dynamic programming, then obtaining a solution for the original problem by recombining. We discuss the computational performance of the proposed heuristics as well as insights gained from the models. © 2015 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 62: 493–511, 2015     

军用电池储能系统应用前景分析与展望

随着能源供应日益紧张以及新能源技术的发展,其中的核心技术——储能技术面临着巨大的发展机遇。在军事领域,电池储能系统也受到了广泛关注。文章简要介绍了电池储能系统的发展现状,阐述了电池储能系统在军事领域中的具体应用,分析了目前我国军用电池储能系统存在的主要问题,最后对军用储能系统的发展趋势和应用前景进行了分析。