Balans batri aktif: analiz de fòs debaz la nan sistèm jesyon efikas batri

Résumé

Nan jaden an nan machin elektrik, pèfòmans nan sistèm jesyon batri (BMS) ak lavi a efikas nan pil yo se konsiderasyon kle. Pou amelyore lavi sa a ki sèvis nan pake batri a, li nesesè detanzantan balanse pil yo. Tradisyonèlman, balanse batri sitou depann sou teknoloji balanse pasif, ki konvèti enèji depase nan enèji tèmik pou reyalize balans ant pil. Sepandan, metòd sa a pa sèlman lakòz pwoblèm jesyon chalè, men tou, diminye efikasite an jeneral nan pake batri a.

Atik sa a pwopoze yon estrateji balanse aktif inovatè ki sèvi ak algorithm filtre Kalman pou optimize efikasite BMS, efektivman adrese enpèfeksyon teknoloji balanse pasif. Objektif debaz la se bati yon sistèm ki ka jere inifòm batri chaje ak dechaje, kidonk pwolonje lavi batri a. Sistèm nan te fèt yon sikwi balanse aktif ki itilize algorithm filtre Kalman pou estime ak presizyon eta chak batri ak kalkile pi bon chaj ak dechaje aktyèl ki baze sou li, yo nan lòd yo reyalize balans efikas ant pil.

Rechèch background, plan ak rezilta yo

1. rechèch background ak motivasyon

Devlopman background nan machin elektrik ak enpòtans ki genyen nan sistèm jesyon batri: Atansyon mondyal la nan polisyon nan anviwònman an ak ogmantasyon pri gaz ki te koze pa emisyon echapman otomobil mete aksan sou nesesite pou deplwaye machin elektrik. Inovasyon nan Sistèm Jesyon Batri (BMS) te fè machin elektrik yo yon kandida pwisan pou transpò nan lavni, men BMS toujou gen anpil zòn pou amelyorasyon amelyore efikasite ak fyab.

Eleman kle ak defi nan sistèm jesyon batri

Enpòtans SOC ak SOH estimasyon: Estimasyon avèk presizyon eta chaj (SOC) ak eta sante (SOH) yon batri enpòtan anpil pou operasyon serye ak efikas nan BMS. SOC mezire kapasite ki disponib nan yon batri parapò ak eta konplètman chaje li yo, pandan y ap SOH endike degre nan aje batri, reflete diferans lan nan kapasite depo enèji ant eta aktyèl la konplètman chaje ak eta fabrikasyon an.

Kondisyon defi ak balanse nan konsepsyon pake batri: Konsepsyon yon pake batri ki an sekirite ak enèji efikas se trè difisil, paske li mande dè santèn de vòlt vòltaj DC ak dè santèn de kilowat pouvwa, ki fòme ak yon gwo kantite pil nan seri ak paralèl. Sepandan, akòz defo fabrikasyon ak aje, paramèt batri a pa matche, sa ki diminye kapasite efikas nan pake batri a. Se poutèt sa, BMS ak ekstèn balanse sikui yo bezwen konplètman itilize enèji nan chak batri. Sikui balanse batri yo divize an balanse pasif ak aktif. Balanse pasif konvèti enèji batri nan enèji tèmik atravè rezistans shunt pou anpeche surcharge, pandan y ap balanse aktif itilize konvètisè DC / DC oswa lòt metòd transfè pouvwa dirèkteman transfere enèji ant pil. Aplike yon sikwi balanse aktif ka amelyore sekirite, durability, chaj ak egzeyat pèfòmans, ak efikasite itilizasyon enèji nan pake batri.

2. Pwopoze yon plan

Achitekti jeneral ak prensip k ap travay: Achitekti konplo yo pwopoze a (gade Figi 1) gen ladan estimasyon SOC (itilize algorithm filtre Kalman pwolonje), kontwolè BMS, ak kous egalizasyon aktif. Kontwolè a santi SOC chak batri epi li voye siyal nan kous balans aktif la pou transfere chaj soti nan pil SOC ki wo nan pil SOC ki ba, finalman balanse chaj chak batri nan pake batri a.

Metòd estimasyon SOC

Pwosesis Algorithm Filter Kalman Pwolonje: Estimasyon SOC adopte algorithm Filter Kalman Pwolonje, ki se yon pwosesis repetitif ki konsidere bri ak erè nan enstriman an ak estimasyon. Premyèman, detèmine atribi yo divès kalite ak depandans yo nan batri a, epi sèvi ak yon modèl paramèt lumped pou konsepsyon modèl sikwi ekivalan batri a.

Lè w analize sikwi a lè l sèvi avèk Lwa Voltage Kirchhoff a (KVL), yo derive ekwasyon vòltaj tèminal la:

Aplike lwa aktyèl Kirchhoff a (KCL) pou derive ekwasyon branch RC a, ki baze sou relasyon ki genyen ant SOC batri a ak aktyèl sikwi:

Etabli yon modèl espas eta tan kontinyèl, apresa konvèti li nan yon modèl espas eta tan disrè (itilize yon fòmil diskretizasyon fòm fèmen pou trete matris korelasyon ak vektè), epi finalman aplike algorithm filtre Kalman pou estimasyon SOC (ki gen ladan ekwasyon eta ak ekwasyon mezi, bri se yon endepandan zewo mwayen Gaussian pwosesis, kalkil gen ladan aktyalizasyon tan ak etap aktyalizasyon mezi).

Prensip la nan konvètisè Buck Boost: Yon konvètisè Buck Boost se yon konvètisè DC-DC, ak vòltaj pwodiksyon an ka pi ba oswa pi wo pase vòltaj la opinyon. Lè switch la vire sou (MOSFET fèmen, dyòd koupe), induktè a magazen enèji; Lè switch la etenn (MOSFET etenn, dyòd limen), induktè a degaje enèji nan chaj la, ak vòltaj pwodiksyon an ogmante. Mòd travay li yo divize an de sitiyasyon.

Mekanis k ap travay nan kous balans aktif: Nan kous la balanse aktif, kontwolè a santi move balans SOC ant pil, detèmine direksyon transfè chaj, epi voye siyal PWM pou kontwole switch la. Si kontwolè a detekte ke batri anlè N a bezwen transfere enèji nan batri anba a N-1, li voye yon siyal nan switch S2N la. Apre induktè a sere enèji nan yon valè maksimòm, switch la fèmen, vòltaj induktè a ranvèse, ak dyod D_N-1 annapre. Enèji transfere nan batri N-1 atravè dyod la, ak vis vèrsa.

3. Rezilta simulation

Validasyon algorithm estimasyon SOC: Nan Matlab, SOC estime pa algorithm filtè Kalman pwolonje a ki konsistan avèk aktyèl SOC sou koub tan, ki endike ke algorithm la te itilize avèk siksè pou estime SOC batri a.

Evalyasyon efikasite sikwi aktif balanse: Lè l sèvi avèk yon modèl simulation Matlab nan yon sikwi balanse aktif ak yon konvètisè boost, SOC inisyal batri anwo ak pi ba yo te fikse a 23% ak 20%, respektivman. Apre simulation, final SOC balanse anwo ak pi ba pil yo te 21.39% ak 21.4%, respektivman, ki te tou pre SOC mwayèn inisyal la ak siksè reyalize balans chaj. Lè yo chanje paramèt tankou valè enduktans, sik, ak sik devwa, li te jwenn ke gen yon komès-off ant balanse tan ak final balanse SOC. Pou egzanp, lè valè enduktans la diminye, sik la ogmante, oswa sik devwa a chanje, tan balans lan ak SOC final la ap chanje kòmsadwa. Espesyalman, pi piti valè a enduktans, pi gwo sik la, ak sik devwa chanjman nan yon seri sèten, pi kout tan an balans, men SOC final la pral afekte tou nan yon sèten mezi.

Rezime

Rechèch sou Teknoloji aktif balanse: Atik sa a konsantre sou teknoloji balans aktif nan balans batri sèl nivo chaj nan pake batri. Pandan fini pwojè a, yo te fèt yon sikwi balanse aktif epi yo te fè simulation sikwi pou jwenn rezilta yo te espere.

Seleksyon metòd estimasyon SOC: Yo te etidye plizyè metòd estimasyon SOC batri sèl, epi finalman te adopte metòd filtè Kalman pwolonje akòz presizyon li nan estime paramèt ki pa lineyè.

Verifikasyon rechèch: An jeneral, pwojè a te demontre avèk siksè efikasite nan balans aktif nan amelyore pèfòmans batri ak diminye risk sekirite. Atravè simulation, sikwi a balanse aktif ka reyalize yon eta balans tou pre SOC an mwayèn pou pil ak diferan SOC inisyal, ki endike ke li ka efektivman amelyore pèfòmans batri ak diminye danje sekirite ki ka koze pa move balans batri.

Enpòtans ki genyen nan konsidere kondisyon espesifik: Etid la tou mete aksan sou nesesite pou ak anpil atansyon konsidere kondisyon yo espesifik nan sistèm batri ak aplikasyon lè yo detèmine ki pi apwopriye sistèm balans aktif. Diferan sistèm batri (tankou pake batri ki konpoze de diferan kalite pil ak kondisyon itilizasyon batri nan diferan senaryo aplikasyon) ka gen diferan kondisyon pou sistèm balans aktif, tankou diferan anfaz sou vitès balanse, balans presizyon, pèt enèji, elatriye. Konplo balanse aktif ki pi apwopriye a bezwen chwazi selon sitiyasyon aktyèl la pou reyalize pi bon pèfòmans ak sekirite.