详情

原文传递可重构电池组的能量管理及优化策略研究

论文题名：	可重构电池组的能量管理及优化策略研究
关键词：	电动汽车;可重构电池组;能量管理;优化策略
摘要：	随着电动汽车数量的快速增长，未来几年将产生大量退役电池。这些退役电池通常还有60%-80%的剩余容量，可以继续应用于电网储能，从而降低电动汽车全寿命周期成本，缓解电池拆解造成的环境压力。然而，由于退役电池之间存在巨大的特性差异，传统固定连接形式电池组存在的“木桶效应”，会导致储能系统有效容量和循环寿命大幅降低。可重构电池组能灵活切换电池之间的串并联方式，任意切除过充/过放/过热/故障电池，特别适用于电池之间特性差异较大的储能系统。　　可重构电池组的灵活性决定于开关器件的数量。每个电池单元配置的开关数量越多，电池单元之间的连接方式越灵活，越有利于克服电池不一致性的影响。然而，数量众多的开关器件使得可重构电池组存在巨大的短路风险，同时使路径组合优化面临“维数灾”难题，严重制约了可重构电池组在大规模储能系统中的应用。本文围绕可重构电池组的上述瓶颈问题展开研究，主要研究内容包括：　　（1）针对可重构电池组的短路问题，提出了一种基于潜电路理论的路径搜索和分析方法。根据可重构电池组的电路拓扑，建立了有向图，并提取其连接矩阵；通过计算连接矩阵的代数余子式，搜索出所有潜在路径；根据路径特征分析，定义了虚假路径、复杂路径、短路路径和最简路径，并掌握其对应数学表达式的元素构成特征；设计了短路路径和最简路径的搜索方法，分别建立了短路路径表和最简路径表，作为可重构电池组路径切换控制的依据；搭建了实验样机，通过恒压放电实验和多电平切换实验证明了所提出方法能有效避免可重构电池组短路。　　（2）针对可重构电池组内部环流问题，提出了一种基于纵横交叉优化的环流抑制策略。以构建最多并联路径和抑制路径间环流为主要目标，考虑电路拓扑结构、输出电压范围等约束，建立了可重构电池组的电能优化模型；根据模型特征设计了离散二进制纵横交叉优化算法，克服了路径组合优化面临的“维数灾”难题，并实现对可重构电池组内部环流的抑制；在实验样机上，验证了所提出方法的环流抑制效果。　　（3）为满足可重构电池组优化控制对电池状态的估计精度要求，提出了一种基于休息恢复效应的锂离子电池荷电状态估计方法。首先，通过采集大量充放电实验数据，分析电池休息恢复效应，建立放电电流、休息时间与荷电状态之间的关系；基于休息恢复效应数据特征，设计了卷积神经网络实现对电池荷电状态的估计；实验结果表明，amp;nbsp;所提出方法估计SOC准确率高于使用暂停放电5分钟时电压估计。　　本文的研究工作降低了可重构电池组的短路风险，提高了可重构电池组的电能效率，为可重构电池组在大规模储能系统中的应用奠定了理论基础。
作者：	王玉乐
专业：	电气工程
导师：	陈思哲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2022