电池体系 篇1
Suzlon风机变桨体系后备电源规划缺陷, 形成风机存在严峻安全隐患, 极限状况可导致严峻事端。后备电源箱体结构、保温办法和电池充电办理规划缺陷, 在低温状况下, 电池组充电缺少, 无容量开释, 在电网停电或紧迫停机时, 无法完结紧迫顺桨, 风机存在严峻安全隐患。别的, 因为后备电源体系不合理的结构规划和充放电办理, 导致电池故障率高, 添加保护本钱, 风机运用率低。
1 风机变桨体系现有问题
a) 电池办理体系不合理, 电池运用寿数短;b) 电池箱保温办法、加热办法、防震办法不合理;c) 因为电池箱体原规划短少保温泡棉, 后期在箱体外壁贴有保温泡棉, 并加装新壳体, 结构比较复杂, 不便利保护。
2 蓄电池测验
2014年5月6日收到国华锡林浩特风场寄来的6只类型为LC-P127R2ST1的松下电池, 外壳为灰色的一般型, 出产日期两仅仅2007年、两仅仅2008年、一只2011年、一只不详。电池外观壳体起皱, 一只电池现已看不清出产日期和批次。电池为单节, 无固定支架。别的, Suzlon风机每个轴选用22节电池, 选用Powertronic充电器, 固定充电电压300 V, 充电电流2.1 A, 三个轴电池组并联充电。22节电池组分两个箱体装置, 每个箱体11节电池, 无防震办法, 电池之间无散热缝隙。箱体无弹性支撑。据风场技能人员反映, 电池运用期限为1 a左右。箱体内加热, 因为受空间影响, 选用薄膜式加热器和辐射式加热器, 箱体内无保温泡棉。
2.1 容量测验
针对以上状况, 对蓄电池容量测验。容量测验1:a) 充电。恒压14.4 V限流0.1 C (0.72 A) 充电16 h;b) 放电。10 hr (0.72 A) 放电到10.8 V。容量测验2:a) 充电。恒压14.4 V限流0.1 C (0.72 A) 充电16 h;b) 放电。10 mr (20 A) 放电到7.8 V。容量测验3:a) 充电。恒流0.1 C (0.72 A) 不限压充电12 h;b) 放电。10 hr (0.72 A) 放电到10.8 V。容量测验4:a) 充电。恒流0.1 C (0.72 A) 不限压充电12 h;b) 放电。10 mr (20 A) 放电到7.8 V[1]。容量测验见表1。
2.2 电池解剖成果汇总
电池解剖成果汇总见表2。
2.3 定论剖析
2.3.1 失效办法
失效办法是:A+H (A为板栅腐蚀;H为开路) 。从解剖剖析, 电池正极板脱粉较为严峻, 板栅腐蚀较为严峻;负极板比较正常。汇流排开裂, 形成电池开路。
2.3.2 失效原因
形成失效的原因是:充电电流较大, 板栅腐蚀较为严峻;箱体无防震办法, 形成汇流排开裂;箱体内加热器加热办法不合理, 形成加热不均匀, 局部温度较高, 加快腐蚀;电池块之间装置比较紧, 无散热缝隙, 加快电池腐蚀;箱体保温办法欠好, 在低温状况下, 电池容量较低, 紧迫状况下无法开释能量, 影响风机安全。
2.3.3 后续主张
后续处理办法主张:合理充电办理, 合理充电电压和充电电流, 避免电池过充或充电缺少;合理操控办理环境温度, 避免高温或低温环境;采纳合理的防震办法, 避免电池因轰动形成失效;
3 变桨电池检测体系优化
风力发电机组运用的铅酸蓄电池首要为阀控式密封铅酸蓄电池, 其运用寿数和功用与环境温度、保护质量、检测办法密切相关。风力发电机组电动变桨体系在紧迫状况下, 需由备用蓄电池供电进行顺桨操作, 以完结安全停机。因而, 应加强风力发电机组蓄电池的保护、检测、替换、保存与技能办理。
3.1 蓄电池电压监控优化
依据风机整机规划需求, 顺桨时需求变桨体系供应7°/s的顺桨速度。考虑到变桨电机为直流电机, 则电机转速与电机电压成正比联系, 电机扭矩与电机电流成正比。电机参数如下:额外电压250 VDC、额外电流30 A、额外转速2 410 RPM、额外转矩24 N·m、额外功率6 k W。由以上两个条件, 结合变桨体系总传动比为1 705, 顺桨时需求变桨电机的作业转速为1 990RPM, 对应作业电压206 VDC。别的, 考虑到电机转速与蓄电池电压成正比, 顺桨时刻与电机转速成反比, 依据后备电源能量核算公式如下:
式 (1) ~式 (2) 中, W为电源能量, J;V为电源电压, V;I为电源电流, A;T为时刻, s;X为电压需求, V。I=36A, V=144 V, 11.4为在电压需求为206 V时单个电池的电压。由之前的能量需求W>Wmax=72 705 J, 则得出X>8 V。这标明在最短时刻内放出最大的能量, 顺桨时刻按放电至最低电压所需时刻进行核算, 此刻顺桨时刻最长, 顺桨能量按放电最大能量核算。一起考虑到X越大时刻T越短, 此处按顺桨时刻最短 (约为13 s) 考虑。得8 V
3.2 充电器报警监控优化
因为充电器内部的蓄电池电压采样电阻归于易损件, 其自身无优化价值, 故经过以下办法进行优化:a) 在硬件上新增充电器无输出时的报警回路;b) 为确保充电回路的牢靠性, 在软件上对充电器完结自检, 完结软件/硬件双冗余保护, 详细计划是在软件上参加一个周期性检测子程序来完结充电器断线检测的功用, 即变桨操控器每隔24 h, 即在每天的中午12:00或每次回桨至限位开关时, 对变桨充电器进行断线检测一次, 检测时刻为1 min, 其检测原理为当变桨在检测时, 堵截充电器的输出主回路60 s, 检测充电器Battery OK。
4 电池体系改造计划
鉴于风力发电机组因为其运用环境、运送环境、仓储环境的特殊性, 导致其自身配备的蓄电池运用功用大大下降, 加之风机蓄电池不能每三个月作一次活化性放电 (0.1 C/0.5 h~1 h) , 也就不能使蓄电池极板有用物质得到活化, 容量得不到牢靠康复。这就使得电池组中总是呈现一些落后电池, 而落后电池又将进一步加快整组电池的损坏, 因为电池组的容量取决于该电池组中容量最低一节电池的容量。因而, 发现并获悉落后电池的容量、及时对落后电池进行处理是电池组运转保护的要害。要避免因为容量下降带来的安全隐患, 有必要定期检测风机蓄电池内阻, 运用沟通阻抗法测得电池内阻一起比对其充满电条件下的规范电池内阻, 了解电池健康状况确认其是否存在老化失效。依据以上, 提出可选用超级电容替换蓄电池的计划。
4.1 超级电容计划
变桨用超级电容的底子作业原理为:风机正常运转时, 电网正常输入电能, 智能办理单元操控的充电器给超级电容器组充电, 直至超级电容到达额外电压;紧迫运转工况下, 风电机组需紧迫变桨, 操控体系宣布指令, 超级电容储能体系放电, 驱动变桨体系将叶片顺桨, 风机安全停机。
4.2 后备电源规划
4.2.1 超级电容参数选取
以Z72类型2 MW电动变桨体系为例, 以超级电容作为其后备电源, 则超级电容需满意该变桨体系对后备电源参数要求。此外, 依据NB/T 31018—2011风力发电机组电动变桨操控体系技能规范, 电容组的容量应满意桨叶在规则载荷状况下完结一次以上顺桨动作要求。
4.2.2 容量校核
对选用该规划计划的后备电源进行电压下跌值、放电能量、最小电容量核算, 核算公式如下:
式 (3) ~式 (6) 中, ΔU为电压下跌值, V;Uc为电容引发电压下跌值, V;UESR为直流内阻引发电压下跌值, V;Iave为均匀放电电流, A;Δt为放电时刻, S;C为电容额外容量, u F;RESR为直流等效阻抗, Ω;E为放电能量, k J;Umax为放电开端电压, V;Umin为放电间断电压, V;Cmin为放电所需最小电容量, u F;P为放电功率, W;U为放电电压, V。
4.2.3 后备电源充电规划
为满意上述变桨体系后备电源充电要求, 需选用专用的超级电容充电器进行充电。为确保充电器及后备电源长时刻牢靠运转, 充电器还应当具有过压保护、过温保护、短路保护功用, 一起满意变桨实践运用环境的振荡牢靠性要求。
4.3 测验剖析
依据上述规划计划, 搭建依据超级电容的变桨体系后备电源并进行实践测验剖析, 测验其充电、放电等特性, 并点评其能否满意变桨体系后备电源需求。
测验曲线中各量与实践值对应联系如下:电机转速100 unit/s对应变桨速度1°/s;桨叶方位100 unit对应实践桨叶方位1°;电容电压值与实践值一致。
4.3.1 充电测验
充电开端电压为90 V, 充电到电压为450 V, 环境温度为15.6℃。可见, 依据超级电容的变桨体系后备电源从90 V~450 V的充电曲线平滑, 挨近抱负充电曲线。90 V~450 V充电时刻为736 s, 实测0 V~450 V的充电时刻为931 s, 远小于铅酸蓄电池7 h~9h的充电时刻, 充电特性优异。
4.3.2 放电测验
模仿电网及电容供电条件下桨叶往复运动, 给定桨叶视点规划61°~91°, 给定变桨速度3°/s, 环境温度15.3℃。超级电容供电条件下, 其方位、速度给定与响应特性与电网供电条件下底子一致, 依据超级电容的变桨体系后备电源可满意变桨体系运转需求。紧迫顺桨测验模仿变桨体系紧迫顺桨功用, 给定视点0°~91°, 给定变桨速度7°/s, 环境温度14.4℃。呈现电网供电中止的状况下, 变桨体系主动切换至超级电容后备电源供电, 一起启动紧迫顺桨, 将桨叶关至安全方位。上述测验标明, 文中搭建的依据超级电容变桨体系后备电源可满意变桨体系后备电源充电、放电及紧迫顺桨功用需求, 且比较于铅酸蓄电池, 超级电容所具有的耐低温及长命命特性使其作为变桨体系后备电源更具优势。
4.4 超级电容容量自检
将变桨体系外部供电康复, 此刻变桨体系将会给超级电容充电, 等待超级电容充电结束, 记载变桨电容充电到400 V的充电时刻T1, 一起核算出充电进程中直流母线电压的均匀值Us。依据充电时刻能够核算出电容值, 即:
式 (7) 中, T1为充电时刻, s;R为充电电阻, Ω;Us为充电进程中母线电压均匀值, V;U1初值电压, 充电开端时电压, V;U2为终究电压, 充电后电压, V;C为电容值, u F。
依据核算出的电容值, 可算出变桨电容在上面的动作进程中耗费的能量为:
式 (8) 中, U2为电容耗费之前的电压, V;U1为电容耗费之后的电压, V;C为电容值, u F;J为变桨电容的耗费能量, J。
变桨体系动作时的功率为:
式 (9) 中, T为变桨力矩, Nm;ω为变桨速度, m/s;k为变桨体系传动比;P0为变桨自检功率补偿值, W;P为变桨体系动作时的功率, W。
变桨体系动作所耗费的能量为:
式 (10) 中, JC为变桨体系动作所耗费的能量, J;P为变桨体系动作时的功率, W;t为时刻, s。
经过上述公式, 能够核算出变桨自检时电容耗费的能量值与变桨体系自身的能量耗费值, 因为整个自检进程是超级电容驱动变桨体系作业, 因而, 假如超级电容能量存储呈现问题, 那么这两个能量耗费值之间必定存在相当大的偏差。经过这两个自检进程, 能够检查超级电容的供电和电容的能量存储是否正常。假如电容呈现问题, 为确保风机安全, 风机将停机等待保护人员检查超级电容。
5 结语
Suzlon风机变桨体系进行了改造。改造后风机各体系均运转正常, 在随后三个月的运转时刻段内, 两台风机均未发生因变桨体系故障而导致停机的状况, 极大地前进了风机运转安稳性和牢靠性。在风电场经济效益得到前进的一起, 从底子上消除了风机发生“飞车”事端的安全隐患。此次改造到达了预期方针, 改造计划能够在其它同型机组上推广运用。
参阅文献
[1]李辉, 杨超, 赵斌, 等.风电机组电动变桨体系建模及运转特性点评与测验[J].电力体系主动化, 2013 (11) :20-25.
电池体系 篇2
各位业界的专家、同仁咱们上午好，十分感谢咱们咱们这么早来参加这个论坛。我是来自杭州捷能科技有限公司的陈敏，我今日跟咱们一起共享沟通的内容是关于动力电车体系的电衔接技能道路，评论这个标题比较大，可是我会在后边缩小一点。我今日的一个方向内容首要分为四个部分，上面三个部分是技能相关的，终究一个部分大概介绍一下咱们公司的状况，咱们直接进入正题。
咱们来看看动力电池体系电衔接的概念，什么是动力电池电衔接，包含了哪些内容，在规划的时分需求重视哪些？从广义上来讲，电衔接不是一个新东西，仅仅前面加了一个前缀，所以它就变成了一个看起来比较专业的东西。电衔接从广义上来讲是电器产品中一切电器回路的集合。从狭义来讲，是指产品内部不同导体衔接起来的衔接办法；在动力电池体系中，从广义上来讲包含的内容比较多，今日介绍的话，我会评论比较多是狭义上的这一块。
在规划的时分咱们重视哪些当地？已然是电衔接，肯定对过电流才能是一个底子的要求，而电衔接是动力电池体系中很重要的一环，需求高安全、高牢靠性的，所以咱们对它的牢靠性和安全性是比较重视的；咱们再来看一下电衔接在动力电池体系有什么样的定位，这页PPT学习了一位老领导的图片。电衔接在动力电池体系中有一个什么样的地位？咱们要做一个安全、牢靠、经用的动力电池体系，其间一块便是硬件根底，硬件根底是咱们规划出来的，首要咱们要有一个强健体魄，要有一个长命基因，还有一个才智的大脑。在前面的成组中，电衔接在强健的体魄里边发挥的效果相当于一个人体的神经网络和血管网络的效果，这是一个十分重要的部件。这是从技能层面来讲，咱们所说的重要性没有必要用一些事端多危险来阐明；咱们说一些高兴，一个是技能层面很重要。还有一个从本钱层面的占比，电衔接在动力体系中，从规划端、工艺端、设备投入端本钱占比很大。物料本钱将近占了50%，当然咱们把电芯除外；从工艺难度和节拍来讲，电衔接占比十分高，将近占到50%，而在设备投入是一个十分大的一块。假如是动力电池企业或许PACK企业做这一快，优先要做的便是电衔接要害工位，在设备投入占了80%。咱们方才讲了电衔接在动力电池体系的重要性，再来看看它的表现办法是什么样？表现在哪些当地？它其实贯穿了PACK中十分多内容，以多箱PACK体系来看，在PACK层级，有高压和低压，还有一些电器材。在高压箱的层级就更多，这块涉及到一个安规，电气件的选型等。所以在整个体系中它是无处不在，是一种很要害的衔接办法。单个电箱的体系呢？相对来说比多箱体系简略一点点，可是也是比较多的内容，它有两条道路-高压衔接和低压衔接；，有模组等级、模组和模组之间、模组和体系之间。
咱们方才讲了动力电池体系电衔接的标明办法，我今日首要介绍电衔接的概念和技能道路；在规划的时分第一要满意过流才能，第二怎样做到安全、牢靠。当然涉及到安全牢靠的就比较多，我就不一一介绍。介绍下狭义上的电衔接规划安全要素，咱们知道在电衔接规划的时分，在做安全牢靠性规划时，一个很重视的便是怎样去保护电池，在电衔接方位咱们怎样去做到保护电池，因为电衔接之后是要衔接牢靠，一起它是一些机械衔接，在装置的进程中很或许对一些器材发生危害，在这个进程中咱们要怎样保护电池，是一个很重要的点。举个例子，咱们能够看一下，这是一个方型模组输出的规划计划，两种规划其实单纯从过流来讲都能够满意，可是从安全性、牢靠性来讲是有区别的。就前面来讲，前面这个对电芯受伤的危害较小，后边一个比较大。这是安全的一些规划要素
今日首要介绍狭义上，广义上我仅仅大概介绍一下，在看看部件的规划，咱们规划Busbar，假如在座有比较多做PACK的话比较了解，在做Busbar规划的时分，首要一个要害的要素便是过流才能，咱们怎样去判别？它很重要的一个点便是温升，假如咱们单纯是说宽多少，厚多少一层，截面积多少，再查一个表，一个电流值出来了，这是比较简略的一种办法。实践在运用的进程中不是独自存在的问题，这是在规划进程中需求重视的。
当然，咱们方才说的机械方面牢靠性、安全性咱们在规划的时分怎样去避免对单薄结构的危害，在Busbar的规划时分就需求考虑这些东西，还有一些咱们的焊接区域。其实焊接区域很重要，咱们能够看到这张图，电流密度跟磁场很相似，咱们衔接的部位在哪个当地，这也是比较有讲究的当地。再有便是零件级，咱们对凹凸压线束有什么要求？在选型进程中，导体的过流有相应的依据可寻，这相对来说简略些，别的温度对过流才能是有很大影响的。在温度不同的时分，有一个降额的要素在里边。咱们在制造里边，对加工进程有一些加工的要求，例如：压接的办法和可接受度。
动力电池体系的里边凹凸压衔接器也有一些要求，其实在座也有许多上下游的企业，咱们对低压有了一些要求，咱们对高压也有比较多的要求。因为这一块高压、低压衔接器做得仍是老练，咱们重视点当然有一些安全性，从机械方面的结构，例如：二次锁紧结构等，但这些都现已做得比较老练，咱们首要重视仍是衔接器温升状况。其实这个判定点，温升多少适宜？这是咱们比较重视的点，当然这是有相应的规范，现在一些测验报告上面底子表现比较多便是一个规划值。
还有一个便是在高压箱层级，对电气选型是一个比较要害的部位，咱们怎样去选型？咱们安置的时分有一些合理的安置，当然在咱们的两本书里边有相应的介绍，我在这里就不讲得比较详细。
从上面来讲，咱们首要是讲动力电池体系，电衔接的一些组成，动力电池里边有哪些内容，这都讲得比较广泛。下面讲动力电池体系电衔接道路，咱们看一个开展趋势，从2007年第一辆商用的尼桑开端，到现在正好10年，它的开展趋势很显着，咱们能够看一下，在电芯层级便是材料更新比较快，可是从衔接办法和组成办法仍是比较挨近的，当然也有一些开展，比方多极卷绕。PACK其实曾经也是，原来的衔接办法或许是快插，锁螺栓等，现在也是相似的；而一些跨界技能的运用，首要会集在模组这个层级以前，咱们看到的一些技能底子都是拧螺栓（咱们对焊接技能和一些拧螺栓快拆技能的剖析，鄙人面会有一个实例）。现在比较多的是一些高安全性，低内阻的焊接衔接办法运用比较多，它的一些办法和衔接办法开展得比较快，这是在头几年的。其完结在咱们来看，原来都是高压衔接开展比较快，其实在本年、去年这两年，在低压衔接这一块，现在的开展趋势也是十分快的，今日我就没有详细地讲这一块，新型的低压衔接办法或许对后边的成组办法会发生很大的影响。
咱们方才看到模组等级的改变是最大的，在哪些改变最大？首要在衔接。不光是电衔接，仍是机械衔接，它的开展趋势和开展的方向是最大的，咱们所说的技能道路也是针对模组层级，因为现在在国内来讲，仍是全球来讲，现在能完结主动化或许全主动化，会集在模组层级，在体系层级现在仍是半主动居多，所以底子上从这一块的开展是比较重视的要点。不管是动力电池企业仍是PACK企业，假如想做这一块，怎样去考虑技能道路，这是一个很要害的要素。咱们先看一下方型电芯的衔接道路，首要有三种，从焊接办法来讲首要便是两种，或许触摸比较多便是激光焊接，各位用得熟比较多，可是激光焊接也有两种，一种是穿透焊，一种是缝焊，这张图片看到的是激光焊接，其实在高压衔接的时分，现在也有一些超声波衔接的运用。
因为出于时刻的考虑，我就没有一一地讲。在这个里边大概能够解说一下，咱们做模组的焊接，咱们在规划端怎样考虑？咱们考虑到后期的工艺难度和设备的，你激光焊接的功率越大，你的投入就越大。在一块的时分，咱们需求在规划端、工艺端、设备投资端都需求考虑。低压的话，因为不管是方型模组仍是别的类型都有点相似，我就没有一一列出来。其实方型模组有一个很重要的原因，输出极相对比较简略，便是双铝极柱的运用，当然还有少数铜铝的，在外面模组层级的衔接要更多地考虑。软包电芯能量比较高，还有一个便是灵活性比较大，把一部分PACK搬运到模组层级，咱们看软包电芯的模组是比较复杂的办法，咱们要考虑咱们铜铝怎样转接？你是在电芯等级转接仍是在Busbar转接？现在一般用的金属转接，大部分用得仍是超声焊接，是一个冷衔接。他焊接的时分其实没有到达金属材料的熔点，所以牢靠性怎样样，这块其完结在没有十分威望的数据。咱们都是这么干，特别是这种国外的，乃至在电芯等级，也有运用；上次跟一位老前辈聊天的时分，他们也说到，这种办法假如在大电流的状况下，必定时刻会发生一些改变的，是比较显着的。可是也没有数据支撑现在这块不靠谱，咱们仍是这么用。究竟怎样样？这应该是后边评论的办法，假如在座有一些这方面的专家，咱们欢迎咱们一起来沟通这块的内容。
咱们在向下面介绍。激光焊接也有不同，有折弯平焊、顶缝焊、竖直平焊。你顶缝焊的时分Busbar必定是很薄，在出产焊接的时分，这个当地或许焊接对设备要求会弱一点，可是工艺难度是十分高的，每一条技能道路都有从规划端、工艺端、设备端有一些需求去考虑的，当然工艺道路没有好坏之分，只要咱们适不适宜，就跟特斯拉相同，它挑选一条全新的道路，假如它吃透了也是一个全新的亮点。
圆柱电芯的电衔接办法，咱们看得比较多，一个便是比较传统的，运用得很老练的电阻焊，它有两种办法：一种是尖针焊，一种是凸点焊，现在也有比较多的运用，还有一种是新型的铝丝健合焊接，这三种都有运用。他们之间不同的焊接办法，也有比较多的不同，比方说尖针焊对设备的要求高，它需求去磨针，而对汇流排的规划要求相对来说低些；凸点焊接对设备要求低些，但对汇流排的规划又会高些，需求有凸点的规划。
咱们看上面的几种道路，这是现有的，不排除一些新技能的运用。低压这一块其实比较多的，下面这个是比较传统的，从刚开端也不能说传统的，其实在前几年的时分，他们仍是拧螺栓的办法居多，可是就这两块来讲，这是运用比较老练，可是这上面的运用其实许多应战，现在FPC的运用，咱们在衔接的时分需求注意什么？实践上现在FPC因为比较薄，没有办法用软线，所以对它提出许多要求，特别是在温度采样，咱们比较常见的软线相连的很难习惯，这就需求一些新技能的运用，这块我也是借用了上次一个专家讲的一些图片。这块和这一块，这上面的运用或许对咱们未来两三年的影响十分大。上面首要是这几块的内容，几种技能道路，里边详细有什么内容？因为时刻的联系，我就不一一去剖析，时刻太长。我就剖析一种软包电芯，咱们做技能道路怎样挑选？软包方才看到也有四种衔接道路，咱们在这里跟咱们共享两种。其实从过流来讲，两种都是没有问题了，可是咱们从规划来讲，咱们高压衔接和低压衔接，因为折弯平焊的转接假如放在Busbar做转接，它是要求比较高。因为这一种衔接办法，要求Busbar比较厚，假如它去做转接，一般的超声焊接机底子做不了，会要求比较高。现在运用比较多的两种办法，一种是用铜铝复合，但运用比较少，为什么？现在底子上没几个人抗得住，价格太贵。别的一种办法是电芯极耳转接，这种办法现在开端渐渐运用，可是里边有什么问题，或许说有什么困难点在里边，是一个比较含糊，需求去研讨的方向。当然还有采样，这是一个比较传统的办法，这也是比较传统的办法，假如用FPC和PCB的话，衔接办法截然不相同。高峰焊做的时分，Busbar的规划或许相对来说比较薄一点，能够到Busbar去转接，因为它没有空隙，而折弯平焊一般都是需求有一些穿孔。从工艺端来讲，折弯平焊规划比较简略，并且比较好操控，特别是精度要求不高，可是不高不代表没有，仅仅做了搬运，它搬运到了后边的工艺端，而高峰焊在规划端要求很高，在工艺端的时分要求相对低一点，便是在这个当地不相同。但在激光焊接的时分，有一个很重要的原因，假如中心有空隙或怎样样，激光焊接会发生很大的问题。因为衔接办法的困难咱们就挑选别的一种吗？其实每一条道路有许多坑，用折弯平焊去做的时分，咱们要压紧工装，做得很精细。而习惯高峰焊去规划，有一些结构件能够代替部分工装的功用，咱们看起来工装要求低了，可是其实是搬运到后边去了，它对设备的要求就高了，一个功率要求比它大，还有很重要的要素，要么在折弯平焊做很精细的工装，要么在高峰焊上视觉盯梢体系，是很贵的一个东西。在这个技能道路对比的时分，是从技能层面来讲，过流、安全牢靠这一块其实他们都是激光焊接，所以一个牢靠性和过流都是毋庸置疑的，都是能够满意的。
可是在这个当地怎样去挑选哪一个道路？终究到达什么样的效果？咱们不行能说仅仅规划出来，不制造出来，所以这个技能道路挑选的时分，不只仅是对技能人员的要求，仍是对公司、企业的一个方向的挑选考虑。在前面讲的便是特斯拉，或许咱们都很了解，说特斯拉咱们都比较兴奋，但其实咱们印象很深入特斯拉体系有几块，一个很要害便是模组层级的衔接办法，还有液能体系和BMS。其间一个跨界技能的运用-铝丝健合，是很有特征的，我不知道特斯拉做过多少研讨；但在这电阻焊这一块的办法咱们摸索得比较全，做得比较老练。它要求一个，咱们焊接的时分平整度要求比较高，可是特斯拉的工艺在运用的时分有一个很要害的点，因为是超声焊接，零件需求固定得很牢靠，特斯拉电芯装置的时分是有一个很重要的部件，便是需求把电芯固定起来。假如单从工艺来讲，这种工艺相对来说比较简略；还有终究一个便是焊接机，尽管说在二极管行业运用得很老练，可是在电芯行业，国内来讲现在还没有十分老练的一些技能，咱们在说便是进口的，其实进口做得究竟怎样样？咱们也仅仅看到他们用，在国内的研讨仍是比较少。当然咱们除了这一块的话，首要是技能道路的问题。跨界运用对咱们的PACK重组或许会发生一些颠覆性的运用。咱们再看一下，方才讲了那么多的衔接办法，安全保护性好，修理性也好，乃至在后边的梯次运用的时分也很便利，便是这种非焊接类的，不管是软衔接也好，仍是锁螺栓衔接也好。咱们能够看，假如是锁螺栓，底子上都是以扭矩法来操控，可是旋转视点对预紧力的影响也是很大的，需求视点和扭力都到达才能正好在中心；螺栓外表有一些防锈的土层，对螺栓的预紧力影响也是很大的，当然这些都能够经过设备来搞定，即使搞定这些还有一个。这是一个试验，同一个螺栓，这个里边我没有写清楚。这四个组的衔接内阻很不相同，底子没有规律可寻，而咱们的焊接技能的一致性和规律性仍是比较强的，还有一个你在运用的进程中，不动的状况下其实仍是挺平稳的，咱们能够看得到。但其实后边两个图，假如是一个法向螺栓的方向振荡，相对来说比较安稳，可是假如是同轴的时分，咱们能够看得到（现在有一些用胶的办法去加固，可是究竟不是一个融合的衔接，是靠压紧力去做的办法）在生命周期的末端，它的动摇性是很大的。在一些不能用焊接的当地，现在也有一些别的的规划，比方说双紧固去补偿。非焊接类在规划端，在工艺端和设备投入端都是比较少，我也听过能够当过笑话来讲的东西，某家企业做PACK的时分投入十分低，最贵的也便是扭力扳手；可是咱们规划要回归底子，便是要满意功用。咱们的动力电池体系价值很大，70%的价值应该发挥在车上，为了后边30%危害前面70%的利益，这是舍本逐末的。这个上面便是今日我首要的共享内容，当然或许没有太多东西，因为时刻有限，我也没有讲得很透。假如有爱好的话，咱们能够进行沟通。
下面，给咱们介绍一下咱们公司的状况。咱们公司从2016年5月份建立，咱们走过的路程许多，咱们从开端的华立总部，咱们出产搬到一个新工厂这边，具有必定的产能。当然咱们说一些奉献也好，技能这块只要沟通才有前进，咱们都再做一些作业。这是咱们的总部，咱们的出产基地，咱们有四条产线，应该算是一个比较有优势的当地，软包、圆柱和方形电芯咱们都能够整合、规划、制造，并且咱们都有相应的产线支撑。咱们从乘用车、物流车、商用车都有，还有方形电芯、软包电芯等等，这是咱们夏总和王芳博士主编的一些书本，咱们在高效热办理体系中，咱们的研讨院也在做许多的作业，降温速度、均温性、还有流量的均匀性做了许多的作业，也取得了一些比较不错的成效。咱们在一些要害技能的开发，就轻量化这一块，咱们现在的乘用车，最高能做到73%以上的功率，最高能做到155左右，这是咱们在做的一些作业，咱们的第一本书便是安全规划与剖析，安全是一条底线，所以安全、牢靠也是咱们的底线，感谢咱们的一些沟通，谢谢。
主持人：十分感谢陈敏的演讲，咱们有没有问题想做评论和沟通？咱们有2—3个人的发问时刻。要不先给咱们留一个考虑的问题，我有一个问题想评论一下。关于圆柱、方形、软包都有电衔接，这三种电芯在详细运用的时分有哪些不同，一起应该注意哪些问题，在详细规划的时分。陈敏：其实这个问题都大，我也触摸了几种道路，咱们专门有做软包的剖析，其实这块的话，咱们方才说了技能道路没有凹凸之分，仅仅说看你吃透了哪一块，所以你说方形电芯、软包电芯和圆柱电芯有哪些优缺陷，电阻焊工艺老练，设备比较简略置办，可是从规划端考虑的话，仍是有一些不同。那种工艺在规划端其实还没有吃透，我电芯固定得比较紧，有没有一些别的限制点或许缺陷，咱们仍是不太知道。所以这一块的话，咱们不能单纯地从一方面比较，还要从一些实践状况、规划端、工艺端不同地面比较，这块的话今日比较紧，假如咱们有爱好的话，咱们能够私自下沟通。主持人：咱们台下的小同伴有没有问题？
发问：您好，我是做售后服务。我想了解一下现在电池重组与快速充电这方面有什么样的影响和影响？
陈敏：快速充电是电衔接有必要面临的问题，从部件来讲，首要电芯有必要满意，第二便是电衔接。咱们电衔接有必要要做到一个大电流，大电流咱们怎样做到衔接牢靠，是一个很要害的部件，详细说这个东西比较大，咱们怎样去做？我只能共享一个内容，咱们公司现在能做到500A的过流，并且温升十分小，这块假如有爱好，咱们能够沟通。
主持人：关于快速充电，大电流咱们鄙人午沙龙会有几位专家一起评论，其他的同伴还有需求沟通的吗？
发问：我想问一下关于规范模组并联的，比方说做12个，里边并数有没有什么要求？
电池办理体系的研讨现状 篇3
摘 要：受动力危机和环境污染的影响，作为电动轿车的重要组成部分之一的电池办理体系，逐渐遭到重视。文章就电池办理体系在国内外的研讨现状进行了概述，并针对其间较为典型的电池办理体系的功用特征进行了对比剖析。
要害词：电池办理体系；电池；电动轿车
中图分类号：U463.63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0126-02
1 背 景
动力危机和环境污染是当今国际面临的两大难题，因而，交通动力的可继续开展和交通范畴的节能减排遭到各国政府的高度重视。因为电动轿车技能具有节能环保的特征，各国政府和各轿车企业促进其得到了很大的开展，一起也促进了电池技能及其办理技能的开展。电池办理体系是电动车电池体系的重要组成部分之一，在履行确保电池安全安稳运转的责任的一起，还需求优化电池的运用进程和延伸电池运用寿数，因而，其重要性日渐彰显。
2 电池办理体系简介
电池办理体系（BMS）与电池严密相关，现在一般指对除电池外的其他部件进行操控，检测电池的状况以及电池组中各单体电池的状况，并依据电池（组）的状况对电池（组）进行适当的操控战略调整，能够接受上层操控模块的操控信息并做出必要的响应。电池办理体系能实时检测动力电池（组）的电压、电流、温度等参数，并且对动力电池（组）进行热办理、均衡办理、绝缘检测，核算动力电池（组）剩余容量、充放电功率，报告SOC&SOH状况，经过通讯接口与整车操控器、电机操控器、能量办理体系、车载显现体系等进行实时通讯，完结对动力电池（组）的充放电办理以确保动力电池（组）安全安稳地运转。
3 国外电池办理体系研讨现状
3.1 美国的研讨现状
国外发达国家电池办理体系的研讨起步较早，其间最早的电池办理体系在美国的托莱多大学被提出，因而，以美国研讨的电动轿车电池办理体系最为前沿。美国研讨较为老练的电池办理体系现在包含：
①GM出产的电动轿车EVI所选用的电池办理体系，Aerovironment开发的SmartGuard电池办理体系，AC Propulsion开发的BatOpt高功用电池办理体系。
②EVI的电池办理体系由26个单体铅酸蓄电池串联而成，能对电池组的电流及单体电池的电压进行监测，具有过放电报警体系和高压断电保护等功用。
③SmartGuard电池办理体系选用了分布式的办法对电池组的温度和电压进行收集，能够对过充电等进行自行监控，并记载下电池的运用历史，挑选出状况最不抱负的电池，并供应其信息。
④BatOpt电池办理体系包含主操控模块和电池监控模块2个首要模块，每个单体电池的状况信息经过监控模块检测之后向主操控模块传输，当主操控模块收到这些信息之后，则操控电池监控模块进行优化操控。
3.2 欧洲的研讨现状
在欧洲，电动轿车开展较快的当属德国，德国现在已有的比较老练的电池办理体系首要有以德国门策电子有限公司和Werner Retzlaff为首规划的BADICHEQ电池办理体系及BADICOaCH电池办理体系，德国的B.Hauck规划的BATTMAN电池办理体系。
①BADICHEQ电池办理体系包含了26个蓄电池，它能够对电池组作业电流、单体电池端电压和温度进行收集，一起BADICHEQ电池办理体系还具有均衡充电操控、数据通讯、数据显现、安全报警灯功用。
②针对BADICHEQ电池办理体系的缺少，Mentzer Electronic GmbH公司对其进行了改进，这便是BADICOaCH电池办理体系。BADICOaCH相关于BADICHEQ来说，数据收集和数据通讯功用更为强壮，反响更为迅速。
③B.Hauck认为不同类型的电池组的办理可分为一起部分的办理和特殊部分的办理，并且一起办理占很大的比重。因而B.Hauck提出的BATTMAN电池办理体系经过在软件上添加挑选参数以及改变硬件跳线的办法将不同类型的动力电池组做成同一个体系，完结对不用类型电池组的办理。
3.3 日本和韩国的研讨现状
自1997年起，日本青森工业研讨中心就一向致力于对电池办理体系进行实践运用的研讨。为了完结对轿车制动能量反馈以及最大功率操控，韩国先进工程研讨院与Ajou大学协作研制了一款电池办理体系，该体系首要由充电办理体系还有SAMSUNG SDI电池办理体系。SAMSUNG SDI电池办理体系的检测单元能一起对40个单体电池进行电池电压、电流和温度信号收集，经过收集的数据，完结对单体电池的均衡操控。
4 我国电池办理体系的研讨现状
4.1 我国电池办理启蒙时期
我国关于电动车的研讨和开发始于第八个五年计划，在第九个五年计划期间因为环境等问题要素，“空气净化工程”启动，到了第十个五年计划，科技部正式提出开展新动力轿车，电动轿车严峻专项也被同意为国家第十个五年计划的要点组织施行的严峻专项之一，第十一个五年计划启动了“863”计划，施行新动力轿车严峻项目，在“十一五”规划中，电动轿车行业不只仅局限于整车动力体系技能平台，一起也开端向整车产品开发和树立产业化技能配套体系转型。
依据国家轿车产业开展战略的开展要求，国家“863”计划电动轿车严峻专项，挑选了新一代电动轿车技能作为国内轿车科技立异的首要研讨方向，并将企业、高校和科研机构组织到一起进行联合攻关。
4.2 我国电池办理开展时期
在全国3 000多名高科技人员、200多家大型轿车企业以及相关零部件企业的一起努力下，我国树立了以混合动力轿车、燃料电池轿车、纯电动轿车整车技能为纵，以驱动电机、多动力动力总成、动力电池要害技能为横的“三纵三横”的电动轿车研制布局。
2009年公布的《轿车行业产业调整和复兴计划》确立了开展电动轿车产业规划的方针，2012年发布的《节能与新动力轿车产业开展规划（2012-2020）》也提出要在未来的10年内以整车为首要方向，并且带动与新动力车相关的动力电池、电机、电子操控和体系集成等产业链的开展。
4.3 我国电池办理立异时期
在国家第十一个五年计划以及“863”计划的支撑下，到2011年，我国在电动轿车以及混合动力轿车电池办理体系方面的研讨现已取得了较大的成果。
自1999年起，北京交通大学就现已开端了电池办理体系的研讨，并且形成了习惯不同车型的，不同结构的电池办理体系。
自2000年起，北京航空航天大学也开端了对电池办理体系的研制造业。北京理工大学为北方客车BFC110EV研制出了以单片机为中心的铅酸电池办理体系。比亚迪公司出产的混合动力轿车相同选用了分布式的电池办理体系。其电池办理体系能够对动力电池组的总压力、总电流、作业温度等进行收集，并依据收集的数据进行电池组的安全办理以及热办理等，并预算电池组的SOC。奇瑞轿车也选用分布式的电池办理体系，其电池组为多个电池模组，并运用CAN总线和长途数据收集模块进行通讯，然后在电池办理模块下对电池进行安全安稳和优化办理。长安轿车也为其混合动力轿车研制出了电池办理体系，包含主操控电路板和收集电路板两个首要子体系，完结对电流电压的收集，并能对单体电池进行热办理和故障诊断和报警等。
电动轿车行业经过几年的开展之后，国内的电池办理体系取得的打破较大，现在现已较为挨近国际水平。在电动轿车的立项研讨课题中，北京理工大学承当了EQ7200HEV混合动力轿车用镍氢动力电池组及办理模块、湖南神州公司承当了EQ110HEV混合动力城市公交车用大功率镍氢动力电池组及其办理模块、苏州星恒电源有限公司承当了燃料电池轿车用高功率型锂电池动力电池组及其办理体系等课题。除此之外，清华大学、同济大学等也承当了多动力动力总成操控体系和DC/DC变换器等一批相关课题。
5 结 语
电池办理体系的开展现在呈现出良好趋势，尽管有多个大公司占据了电池办理体系的国内外干流商场，但因为电动轿车的开发商场依然具有巨大潜力，一些新公司依据电池办理体系的不同要求研宣布具有自身特征的技能进入该商场。因为电池自身和电池办理体系之间存在着技能难题，未来假如能合理有用地处理这个难题，电池办理体系将更好地服务电动轿车，然后取得更大的进展。
参阅文献：
[1] 符晓玲，商云龙，崔纳新.电动轿车电池办理体系研讨现状及开展趋势[J].电力电子技能，2011，（12）.
[2] 夏正鹏，汪兴兴，倪红军，等.电动轿车电池办理体系研讨进展[J].电源技能，2012，（7）.
[3] 王兴兴，胡艳峰.我国节能轿车开展远景简析[J].轿车有用技能，2013， （5）.
[4] 李津津.浅谈我国电动轿车产业开展和存在问题[J].科技信息，2010， （18）.
[5] 石舒娅.混合动力轿车商场开展阶段研讨[J].北京轿车，2010，（3）.
[6] 南金瑞，孙逢春，王建群.纯电动轿车电池办理体系的规划及运用[J].清华大学学报：天然科学版，2007，（47）.
氢能与燃料电池动力体系 篇4
依据文献[1]的统计和猜测,2003～2030年期间,国际动力消费随人口的不断添加和经济的不断开展将以年2.0%的速度添加,其间包含我国和印度的亚洲、中美洲和南美洲、非洲、中东和欧亚大陆的动力需求将以5.0%的年均匀添加率添加;从终究用户动力消费来看,2003～2030年期间,农用动力和商用动力均匀添加率别离为1.7%和1.8%,因为昂扬的石油价格,运送范畴添加较慢,仅为1.4%;工业部门的动力需求添加最快,年均匀添加率为2.4%[1]。
另一方面,当今国际的大部分动力需求靠化石燃料满意,在过去的两个世纪里,动力技能的空前开展为人类的文明前进做出了伟大奉献。可是,以化石燃料为主体的动力结构和以焚烧办法为首要能量转化运用办法的国际动力体系给人类生存环境形成的破坏性影响也是严峻的,一起,化石燃料的有限性也是一个有必要面临的现实。
因而,国际各国先后开端了新型代替动力的研制造业。依据高效、清洁的动力运用需求,能成为代替动力的核能(核聚变)、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能和氢能等运用技能得到了不同程度的开展。
2 氢能的特征[2]
·氢来历广泛,具有再生性。最足够、最廉价的氢源是水。
·氢自身无毒,属清洁的动力。
·高发热值。HHV≈1.43×105 kJ/kgH2,是汽油发热值的3倍,是焦碳发热值的4.5倍。
·焚烧功用好。可燃规划宽、易燃、焚烧速度快(见表1)。
·导热功用好。比大多数气体的热导率高10倍左右,是极好的传热载体。
·可用各种办法贮存。从气体、液体到固体,可贮存于不同的物质中,如甲醇、乙醇和金属氢化物。
·像任何其它燃料相同能够有用地输运。
·氢运用和贮存的安全性。运用现有的技能,选用物理和规划办法能够处理[5]。
所以,与核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能比较,氢能的上述特征使之作为高效、清洁代替动力较具竞赛力。因为氢能没有其它代替动力候选者的污染物排放问题、地域性问题、低能量密度和间歇性问题、收集贮存输运问题等,潜在的竞赛仅来自核聚变。
3 氢能的运用
从动力需求和氢能特征简论了氢能作为抱负代替动力的现实性,经过评论氢能的实践运用,进一步阐明这一推论的合理性。
(1)航天航空范畴[6]:
著名的运用有氢氧发动机,新型大功率运载火箭及动力装置的燃料,欧盟“CRYOPLANE”计划充沛证明了液氢做为未来航空燃料的技能可行性。鉴于相同分量液氢的能量密度是火油的2.8倍,氢燃料对未来航空开展的影响或许是革命性的,此外还有以氢为燃料的燃料电池供电的电动飞机等。
(2)军事范畴[7]:
以氢为燃料的燃料电池供电的潜艇,Quantum AMV“攻击者”军用车,军用机车,中、小规划供舰艇蓄电池充电的燃料电池电厂等。
(3)动力范畴[8]:
以氢为燃料的燃料电池(详见本文5),太阳能—氢能体系,生物质—氢能体系。
(4)交通运送范畴[8]:
燃料电池轿车、大巴、各种适用的运载工具包含高尔夫车、工程车、铲车、卡车、起重车、矿山机车、自行车、摩托等。
(5)工业范畴[9]:
氢是重要的化工质料,冶金、半导体工业的复原/保护性气体,等离子体新工艺燃料供应,新材料制备工艺改进等。
总归,现在的氢能运用已不同程度地深入到各个范畴,进一步地阐明了氢能作为抱负代替动力的现实性。
4 氢气的制备和贮存[6][9]
4.1 氢气的制备
4.1.1 电解制氢
包含水电解制氢、热化学制氢和高温热解水制氢。水直接电解制氢本钱高,热化学制氢存在材料问题,高温热解水制氢需处理热源的问题。处理上述问题的或许途径是等离子体制氢,其特征为工艺简略、反响条件温文、无污染、能耗低、产氢率高、可再生性[10]。
4.1.2 化石质料制氢
包含烃类制氢、天然气制氢、煤气化制氢、甲醇制氢。现在国际90%以上的氢能来自化石质料制氢。问题包含耗费名贵的不行再生资源,运用催化剂和排放CO2形成环境污染,热功率低。处理上述问题的或许途径是引入热等离子体技能以简化工艺流程,完结CO2零排放,前进体系功率,这一技能道路对“等离子体焚烧技能”的研讨也是有含义的。相关信息可参阅文献[6]的P.68及[11,12,13,14]。
4.1.3 生物质制氢
因为化石质料制氢技能的相对老练使生物质制氢技能研讨会集在生物质热化学制氢办法上是天然的成果,但CO2的排放、碱金属问题和热功率低的问题是有必要面临的应战。一种高效清洁的生物质制氢计划是引入等离子体技能或其它相对老练的动力技能,并结合燃料电池发电技能构建新型能量转化体系[15]。另一类生物质制氢办法的技能道路为微生物制氢技能[16],包含藻类产氢、发酵法生物制氢、光合细菌产氢、耦合产氢、酶法制氢。生物制氢原理简略,但机理复杂,产氢才能低。因为生物制氢是可再生的,环境友好的产氢技能,选用基因改进和人工驯化的办法在培养混合菌种、选育耐酸发酵菌种、完结天然菌种的驯化方面期待打破。
4.1.4 太阳能制氢
包含太阳能电解水制氢、太阳能热化学制氢、太阳能光化学制氢、太阳能直接光催化制氢、太阳能热解水制氢和光合效果制氢。太阳能电解水制氢选用太阳能—光伏电池—电解水制氢体系,因为低光电转化率,现在,该办法在经济上没有竞赛力;太阳能热化学制氢是最有或许首要完结产业化的太阳能制氢技能,与技能相对老练的传统热化学制氢比较,太阳能仅仅一个热源[17,18,19];太阳能光化学制氢的首要光解物为乙醇,因为乙醇是完全通明的,有必要参加光敏剂以吸收光能,因而该办法的要害技能在于高光吸收率新型催化剂的研制;太阳能直接光催化制氢是直接运用太阳能分化水制氢,包含光催化剂分化法、络合催化分化水制氢、光电化学电解法制氢,该办法的要害在于开发功用安稳的光催化剂,使它在吸收光能、电荷分离与输运方面发挥操控效果,因为该技能环境友好,可再生性,因而成为太阳能制氢的研讨热门,尽管现在氢产率仅可高达15%左右;光合效果制氢是运用光合菌发生特定的氮化酶和氢化酶,然后运用它们分化水,首要问题是功率低、酶的热安稳性差且寿数短。上述太阳能制氢技能研制旨在充沛发挥太阳能廉价、清洁、丰厚的杰出长处,太阳能也有呈著的缺陷即能量密度较低、间歇性和地域性,为此,运用氢能的可存储性与输运特性,开发了太阳能—氢能—用户的动力体系,该体系的显著特征是完结氢的连续性出产,“太阳能—氢能”体系的概念极具研制价值。
4.2 氢能的储运
4.2.1 惯例氢能贮存
(1)高压紧缩储氢。
压力为(12～82.5)MPa,质量分数为1.6%～10%,是现在常用的储氢技能,缺陷是能耗高。
(2)液化储氢。
经过高压氢气绝热紧缩可完结液化储氢。长处是体积能量密度高,贮存容器体积小,缺陷是能耗高,理论能耗为4 kW·h/kgH2,因为“热分层问题”导致保护本钱高。现在,也是常用储氢技能之一。
(3)金属氢化物储氢。
原理:运用金属和氢反响生成金属氢化物而将氢贮存和固定,依据反响可逆性,经过升温文减压开释氢气。该技能的长处是储氢容量大,本钱低,缺陷是储氢合金易粉化,经多次储放氢循环,储放功用显着下降,此外,还需热交流附属设备。现在储氢质量分数仅为1.5%～3%,研制方向为开发循环安稳性高,吸、放氢速度快的储氢合金,商业化远景明亮。
4.2.2 非金属氢化物储氢
原理:运用某些烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气的可逆反响完结加氢和脱氢。抱负的有机液态氢载体有环已烷(CY)、甲基环已烷(MCH)、苯和甲苯。有机液态氢化物可逆储放氢体系是一个封闭体系,由储氢剂的加氢反响→氢载体的贮存、运送→氢载体的脱氢反响进程组成。和传统储氢办法比较,具有储量大,储能密度高,储氢功率高,适于长距离大规划运送,储氢剂可反复运用的长处,首要问题是脱氢功率低,需开发低温、高效、长命命的脱氢催化剂(详见文献[9]的P.156～P.159)。
4.2.3 活性炭储氢
原理:运用高比外表积活性炭作吸附剂,在中低温(77～273 K)、中高压(1～10 MPa)下吸附储氢。该办法具有本钱低、储氢量高、解吸快、循环运用寿数长和易完结规划化的长处,储氢分数与温度和压力有关,到达1.9%～9.8%,等温脱附率可达95.9%,活性碳纤维和纳米碳纤维是有前途的吸附剂。
4.2.4 纳米碳管储氢
受碳纳米管高比外表积结构优势的鼓舞,开发高储氢潜力的碳纳米管储氢技能是有含义的尝试,其储氢原理包含物理吸赞同电化学储氢,研讨目标有单壁管和多壁管,到现在为止,因为储氢机理没有得到充沛理解,储氢分数的试验值分散在0.4%～14%之间,并且存在试验的可重复性问题。
4.2.5 其它储氢技能
包含高达700 MPa高压储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、氢桨储氢、冰笼储氢、层状化合物储氢、无机物储氢等,这些储氢技能尚处研制阶段。
5 燃料电池
5.1 原理
燃料电池由阴极、阳极、夹在南北极之间的电解质隔膜以及集流板4个首要部件构成。以氢-氧燃料电池为例,在阳极发生燃料的电氧化反响,生成H+和电子e。
H2=2H++2e (1)
H+经过电解质流向阴极,在阴板发生氧化剂的电复原反响,生成水:
1/2O2+2H++2e=H2O (2)
电子经过衔接阳极和阴极的外电路形成电流,总反响为
H2+1/2O2=H2O (3)
5.2 燃料电池的特征
(1)高效。
燃料电池依电化学原理等温地将化学能转为电能,理论热电功率为85%～90%,现在,各类电池实践的能量转化功率均在40%～60%规划,若完结热电联供,总功率可达80%以上。
(2)环境友好。
以纯氢为燃料的燃料电池,化学产品为纯净水,底子上消除了NOx,SOx,CO2和尘粒的污染。
(3)安静。
燃料电池依电化学原理作业,电池本体无运动部件,这关于民用特别是军用具有重要战略含义。
(4)牢靠性高。
碱燃料电池和磷酸燃料电池发电厂的运转经验已证明燃料电池的高度牢靠。宜用于应急电源和不间断电源。
5.3 分类
依电解质品种、燃料电池分为5类:碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC),熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),固体氢化燃料电池(SOFC),质子交流膜燃料电池(PEMFC)。AFC、PEMFC和PAFC为低温燃料电池;MCFC和SOFC为高温燃料电池。
5.4 问题
关于AFC,需处理电解液劣化,水、热平衡操控问题;
关于PAFC,在廉价催化剂开发、延伸体系寿数和下降本钱上期待打破;
关于MCFC,期望前进作业压力,前进输出电流密度,延伸电池寿数,下降本钱;
关于SOFC,期望改进电池结构,开发耐热材料,薄膜化电解质;完结低温运转。
5.5 运用
(1)可移动电源、便携电源、航空电源、应急电源和核算机电源等,容量在几W～1 kW之间。
(2)电动车、船、居民热电联供,容量规划(5～200)kW。
(3)现场热电联供,容量为(0.2～1)MW。
(4)分散式电站(固定电源),容量为(2～20)MW。
(5)大型发电站,容量为(10～300)MW。
经过氢能储运和燃料电池技能的扼要评论,深化氢能将是未来适宜代替动力的可行性认识,因为氢能已渗透到现动力运用体系中的一切范畴。
上述评论旨在阐明“氢能在未来的动力开展中将成为主导动力”。依据这一推论,有必要介绍几个依据氢能和燃料电池技能的动力体系。
6 燃料电池动力体系
(1)CO2零排放煤制氢发电体系([9]P.79)
美国(LANL)开发了一种CO2零排放动力体系。
技能特征:借助钙基催化剂和水蒸气对煤进行气化。产品CO2经过与MgSO4反响生成安稳的可存储的MgCO3矿藏;而产品H2用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的燃料进行发电。日本(CCUJ)开展了相似体系。
(2)我国天津大学发明了“一种依据甲烷裂解和燃料电池的动力体系”[20]。
技能特征:运用流化床进行甲烷催化裂解,产品氢气用于质子膜燃料电池的燃料进行发电,而产品碳用于直接碳燃料电池的燃料进行发电。
(3)我国华北电力大学主张了一种“热解—直接碳燃料电池联合发电体系”[15]。
技能特征:运用流化床热解生物质,产品碳用于直接碳燃料电池燃料进行发电,而以氢气为首要组分的气态产品用于固体氧化物燃料电池发电。
上述三个体系的一起问题:质料习惯性差,工艺相对复杂,工业放大面临的困难具有不确认性。
7 氢经济
现在,完结氢经济转化的首要障碍有两个,一个是燃料电池技能的研制,另一个是氢能的根底设施建造。燃料电池虽完结了不同程度的商业化,但离完结规划化的燃料电池出产尚有一段距离,完结严峻打破的条件是开发新型材料(催化剂)以下降燃料电池本钱和延伸燃料电池的寿数,改进电池堆的热、水办理。假如说燃料电池技能的研制是技能问题,那么氢能根底设施建造很大程度上应视为经济问题,据估计,建全氢经济氢能根底设施至少需20 000亿美元,尽管如此,美国、欧盟、日本、韩国和我国等已开端施行了各自氢能计划,因为最有或许首要完结产业化的是燃料电池轿车,因而运用现有技能加快树立供燃料电池轿车用的氢气加注站(我国已有6座)战略含义严峻,它能增强制造商和用户的决心,扩大商场占有率,因而完结氢能贮存和运送的严峻打破含义深远。
8 定论
(1)氢能特征和技能开展决议了它在未来国际动力体系将占主导地位,潜在的竞赛来自核聚变。
(2)燃料电池技能将决议氢经济的进程。
(3)依据燃料电池动力体系的研讨有重要含义。
(4)有必要开发工艺简略、环境良好、可再生的制氢新技能。
(5)氢经济转化的首要障碍是燃料电池技能研制和氢能根底设施建造。
(6)期待氢储和输运技能的严峻打破。
摘要：依据对国际动力需求、氢能的特征和运用的剖析,证明了氢能作为代替动力和未来首要动力构成的现实性;经过对氢气制备与贮存技能和燃料电池技能进展的扼要剖析,证明了氢能运用的可行性;介绍了三种燃料电池动力体系;简论了氢经济转化的首要障碍是燃料电池技能开展和氢能根底设施建造。
太阳能电池环境监测体系研评论文 篇5
【要害词】ZigbeeCC2530；温度；太阳能电池；无线网络
1导言
太阳能电池在其运转和操作进程中或许会因部分遮阴和老化而呈现热斑现象，然后或许会严峻影响太阳能电池的发电供电才能，又或许太阳能电池或许在某种状况下失掉供电才能而在远处的用户又不能知晓。为了确保太阳能电池供电体系能够正常的运转和作业,以及为了了解太阳能电池的周边环境，使人们能够愈加高效地运用太阳能，咱们需求对太阳能电池供电体系的各项周边环境参数和太阳能电池的实时供电电量进行丈量和监控。早在2003年，美国国家天然科学基金委员会就开端了一系列的无线传感器网络研讨计划的施行，并联合一些大学开展了嵌入式智能传感器项目的研讨，旨在构建一个关于太阳能电池无线动态的监测体系。而国内的一些大学如武汉理工大学、湖南大学和华中科技大学等高校也陆续开端了对相似问题的研讨，别离提出有线和无线的太阳能发电监测体系。上诉研讨尽管对太阳能电池环境方面作出了详细的研讨，可是许多要害细节往往不公开并且这些体系往往存在本钱高、功耗大的缺陷。所以有必要规划一款依据本钱比较低、功耗比较少的Zigbee无线传感器技能、GPRS技能的太阳能电池环境监测体系。本次研讨结合大众需求，依据无线网络、联合传感器，然后进行对数据的实时监测，这次试验具有必定的实践含义，也可满意大众对环境监测方面的要求。
2Zigbee无线技能的开展现状
无线传感器网络技动力于20世纪70年代，这种技能最早是运用于军事科技范畴，可是因为技能才能限制，该网络只能获取单一数据信号，两个节点之间只能进行简略的点对点的数据通讯，并不能完结广播和组播。无线网络技能能够分为WPAN、WLAN、WMAN和WWAN四种。Zigbee通讯技能从2002年的Zigbee联盟建立到2006年该联盟推出了一种比较老练协议—Zigbee-2006规范协议已走过了多个年初，而Zigbee技能也得到了快速的开展。Zigbee通讯技能有良好的运用远景，比方智能家居、智能商业大楼、智能仪表操控。在智能的商业大楼中能够运用Zigbee完结智能设备的主动操控，其大楼办理人员能够关于灯光、空调、火灾体系等各项重要开关进行长途智能操控，以此完结削减动力费用，下降人力资源办理本钱的目的。关于消费者来说，若家中装置有Zigbee办理体系，能够长途地监控家里各种开关、水利电力、煤气是否泄漏、是否有外来人进入等安全隐患，如若监测到异样可主动对户主宣布警报信号。作为全球经济总量排名第二的我国商场，Zigbee产品链的运用有良好的开展远景，尽管本土的芯片供应商的参加度有限，可是Zigbee运用的老练不需求很长时刻。
3总体规划
传统的太阳能环境监测体系是以单片机和射频技能模块组合规划而成的，其特征是编程简略、简略完结和移植，但功耗比较高，本钱也相对比较高，有用性较差；别的，用到的元器材比较多，不易于体系的长时刻的运转且不能进行休眠或休眠的功用不简略完结。因而本规划选用Zigbee无线通讯技能进行开发和研讨，经过收集子节点和和谐器的通讯完结数据在两个节点之间的通讯。坐落PC的上位机能实时显现各项数据的状况，且添加高温、高压预警功用，保护体系的正常运转作业，在满意大众需求的状况下符合人性化、性价比比较高、功用简略完结。本规划首要分为两部分制造：硬件规划和软件规划。硬件规划方面：选用现成Zigbee中心板和底板结合温湿度传感器和AD模块完结温湿度和电量的丈量；软件规划方面：运用IAR集成开发环境进行软件程序的编辑、编译和选用C#编程言语在VS2012开发环境下进行上位机程序的编写，体系总体框图如图1所示。
4硬件规划
本规划首要分为四个部分：第一部分是由Zigbee芯片和传感器模块构成的数据收集子节点；第二部分是由Zigbee芯片和GPRS模块构成和谐器模块；第三部分为太阳能电池供电模块；第四部分为信息收集模块。
4.1CC2530Zigbee芯片Zigbee
通讯技能要运用于功耗比较低、本钱比较低以及运转速率要求的低的监控体系中。本规划选用的主控芯片为CC2530-Zigbee。CC2530芯片结合了强壮的RF技能，以及业界规范的增强型8051CPU。CC2530芯片有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，别离具有32/64/128/256KB的闪存。本规划选用的是CC2530F256，其具有几种不同的运转办法，使得它能够习惯超低功耗要求的体系，十分适宜用作以环境监测体系的主控芯片。一起，CC2530F256结合了业界领先的黄金单元Z-Stack协议栈，供应了一个强壮而完好的Zigbee处理计划。一起为了便于设备的保护以及日后的拓宽运用，将Zigbee芯片的硬件分为两部分，即是CC2530中心板和底板。中心板集射频收发及MCU操控功用于一体，也集成了CC2530芯片正常作业的一切外部电路，满意监测体系开发的需求。一起模块引出CC2530一切IO口，便于功用点评与二次开发。CC2530底板衔接着CH340G芯片，该信芯片与串口0相接，便利运用USB线进行调试。一起，底板有CC_Debugger接口，可与仿真器衔接直接下载或调试程序。因为CC2530芯片是3.3V供电的，所以底板衔接着AMS1117-3.3芯片，完结5V到3.3V的转变。
4.2Zigbee协议栈
因为传统的无线传感器网路协议很难习惯某些体系对低本钱、低功耗、低容错性的要求，而无线传感器网络节点之间进行数据信息传输又以无线网路通讯协议为根底，于是就呈现了以IEEE802.15.4协议为根底的Zigbee协议来支撑于Zigbee技能的开展。Zigbee协议栈由物理层、介质接入操控层、运用层、网络层构成。其间Zigbee运用层包含运用支撑子层APS、运用结构AF、Zigbee设备象ZDO等。其间设备之间的绑定是在协议栈的APS层完结的，运用支撑子层APS在NWK层和APL层之间，并供应了两个接口：APSDE-SAP、APSME-SAP，两个接口的功用如下：前者供应在无线传感器网络内两个或多个节点之间的数据通讯；后者供应多种服务给运用目标ZDO。IEEE802.15.4规范规则了物理层和MAC层的协议规范，而Zigbee联盟中的Zigbee规范界说了NWK层以及APL层的协议规范，让用户可在这个运用层上开发完结自己运用的开发，其间Zigbee无线网络协议如图2所示。太阳能电池模块是太阳能发电体系中价值最高的部分，其效果是将太阳能转化为电能，或送往电池中存储起来，或推进负载作业。在硅晶类的太阳能电池板中，当吸收了太阳光中0.4μm～1.1μm波长的光时，就能把光能转化为电能输出。本规划选用的是9V3W的单晶太阳能板，其开路电压可到达10.5V、短路电流可达400MA，并且该电池板能够直接加在6.4V的锂电池上而不需求添加稳压模块。本规划配备一个发光二极管，可知道电池板是否正常。本规划温湿度丈量选用的模块是DHT11，DHT11传感器模块是一款在市面上运用很广泛的数字温湿度传感器。湿度丈量规划为20%-95%RH丈量差错为±5%RH；温度丈量规划为0℃-50℃和丈量差错为±2℃。DHT11传感器模块选用一根总线通讯的办法，也便是说数据的传输和操控都是经过一根总线完结的，这在必定程度上节约了单片机IO端口的运用，一起该传感的全体的体积很小、功耗也很低，使其遭到了许多用户的青睐，因而适宜本规划中对太阳能环境中温湿度的丈量，它的单总线通讯进程流程图如图3所示。本规划电池电压的丈量计划选用的是内部ADC功用完结的，其首要进程如下：首要是确认ADC用要几位进制标明，它的最大数值是多少。例如一个8位的ADC，最大值是0xFF，便是255。本规划中Zigbee的IO口ADC是12位的，故最大值是4095。然后确认最大值对应的参阅电压。一般而言最大值对应的参阅电压是加在芯片上的电压，为3.3V。接着核算IO电压值。便是把你ADC数值除以方才确认的最大数值再乘以参阅电压。终究核算实践的电压。因为IO口最大的输入电压不超越3.3V，故需求电阻分压丈量。本规划选用了两个电阻：502欧姆和2K欧姆的电阻。故输入电压不超越3V，符合ADC电压输入的要求，所以电压核算如式1所示。（1）其间Va标明AD转化的值，V标明终究的电压值。本规划运用到GPRS模块的功用是发送短消息,故选用的是模块是果云GA6mini。该模块的供电电压为5V，并支撑GSM/GPRS的四个频段,包含850、900、1800和1900MHZ。正常的作业温度规划是-30℃-+80℃，并且支撑移动和联通2G,支撑GSM07.10协议,运用的AT指令支撑规范AT指令集。该模块具有尺寸较小、功耗较低和宽工位温度规划的特征,适宜环境监测体系的要求。当发生高温、高压警报时，由和谐器和GPRS模块通讯发送警报短信到预设的手机号码。短信信息包含：节点序号和何种预警信号，其流程图如图4所示。
5体系作业流程
在和谐器主控程序中，首要进行了设备的初始化，当无线网络建好后开端等待终端设备的参加。当设备参加网络后开端向和谐器发送数据，和谐器收到数据后，经过串口0把收到的数据发送到PC上位机显现。若和谐器接纳的数据为警报数据，和谐器会判别是哪个节点宣布的何种警报，然后调用警报函数经过GPRS模块把警报短信发送到预设的手机号码上。若和谐器收到上位机发送的数据，则会把数据广播到终端子节点上，其流程图如图5所示。在终端节点主控程序中，首要进行设备的初始化，然后依据Zigbee协议栈搜索附近的无线网络并请求参加，参加网络后会依据设置定时收集温湿度和电压数据并判别是否超越预设值，然后把数据发送到和谐器。若该终端收到了和谐器发送出来的数据，则会判别数据的类型，然后依据数据作出批改，批改后返回成功标志，其流程图如图6所示。
6上位机规划
本规划选用C#言语来编写上位机软件程序。该言语是一门安稳、简略、安全的，是由C言语和C++言语衍变出来的编程言语，故其很好地继承了C与C++言语的强壮功用，一起又剔除了C与C++言语的一些特性。其可视化的界面、高运转功率、快捷的面向组件编程的支撑遭到了许多用户的青睐。上位机的功用是与和谐器进行通讯，完结温湿度、电压数据的实时显现、保存等功用，并且用户可在上位机上进行操作，例如改变数据的定时发送的时刻、获取节点的实时数据以及中止/开端节点的数据收集功用，便运用户对数据的剖析和处理，其间上位机效果图如图7所示。本文规划的体系收集实时数据效果图如图8所示，电压警报的效果图如图9所示，上位机高温高压警报如图10所示。
7结语
本规划是依据Zigbee技能的一项运用，经过终端、和谐器和上位机之间的通讯，形成一个功用强壮的太阳能电池环境监测体系，体系不只能够收集各个节点的温湿度、电池电压数据，也能够经过操控GPRS模块完结长途短信报警。一起坐落PC端的上位机能够改变终端节点的状况，以完结愈加智能化的效果。这类监测体系运用远景是很广泛的，比方太阳能路灯、共享单车供电体系、森林、海岛、沙漠供电体系中都运用了许多的太阳能电池板，而Zigbee无线网络传输技能功耗低、制造本钱低、数据传输功用好，故太阳能电池环境监测体系很适宜运用于这些场合。
电池体系 篇6
● 制造：信息的输入
在UNO操控板的规范中，USB口向上，右侧为数字输出，左边为电源和模仿输入，电源区常用的端口为5V和GND，5V代表USB输出电压，也是板子上端口的最高电压，之前咱们点亮一个LED时，会将LED的正极的电压升高到5V，可是数字输出引脚的电流输出才能很弱，不能驱动像舵机一类的大电流元器材，这时需求运用电源区的5V引脚，GND标明0V。模仿输入区有A0、A1、A2、A3、A4、A5共计6个模仿输入引脚，每个孔相当于一个电压表，其输入规划为0～1023的整数，0对应0V电压，1023对应5V电压，详细的对应联系，我会在玩转环节中详细介绍。
像一般的电压表相同，咱们需求衔接一个正极的赤色夹子和负极的黑色夹子。用一个夹子夹住另一个夹子，拨去夹子的绝缘套，在夹子的孔中穿入导线，穿两圈，拧紧导线，再将绝缘套套回。导线的长度大约为45cm，一端衔接夹子，另一端衔接操控板，需求提前拨线，如图1、图2所示。
赤色导线相当于电压表的正极（红表笔）将其衔接到A0上，黑色导线相当于电压表的负极（黑表笔）将其衔接到GND上，衔接需求运用两头长排针和绕线棒（如图3）。
试验发现，在黑表笔接电池负极、红表笔接电池正极的状况下，当电池为新电池时，图3中的LED亮；当电池为旧电池时，LED不亮。这样咱们就完结了一个初步的新旧电池检测器的研制造业（如图4）。
● 改装：添加指示灯
从体系的漂亮和安全性的视点考虑，最好不要把电路板暴露在外，能够将LED引出在盒子上，这样愈加漂亮，还能够在盒子上写出新旧电池检测器的运用办法。在此之前，咱们一般将LED直接插在数字输出端口上，可是从愈加专业的视点来看，应该在LED的正极或许负极一端串联一个保护电阻，这样能够让LED的运用寿数更长，电阻又起到限制电流的效果。一般来说，绿色LED的作业电压为2V，D13端口电压为5V，LED的作业电流为10mA即0.01A，这样保护电阻两头的电压便是5V-2V=3V，其经过的电流也是0.01A，经过欧姆定律能够测算出保护电阻的阻值为其两头的电压除以经过它的电流，数值为3V/0.01A=300欧姆（如图5）。这表现出，在创客项目中需求归纳运用各个学科的常识特别是物理学的常识的特征。
电阻和LED的负极相连，需求用一段导线将针脚串联起来，保护电阻的另一端接GND，LED的正极接D13端口，这样咱们就将LED固定在了盒子上（如图6）。
● 玩转：“假如……不然……”结构
咱们在运用通讯菜单中的“打印串口（主动换行）”指令时，能够查看A0端口的数值（如图7）。
在串口查看器中咱们注意到A0端口的数值在不断改变，这种改变是由空气中的随机电磁干扰形成的（如图8）。
可是咱们在将A0端口和5V端口衔接的时分，会发现串口监督器的数值变为1023，并且处于安稳输出状况（如下页图9）。
已然要判别电池的电压是否大于1.5V，咱们能够将一节电池放在A0端口上，试验发现数据始终坚持在320左右，而旧电池在300以下。这个现象能够解释为：A0端口的数值和输入电压成正比，1.5V能够换算为（1.5V/5V）×1023=306.9，因为A0端口输入值为整数，咱们能够判别当A0端口数值大于307的时分13号灯亮，不然13号灯灭（如图10）。
在Mixly中运用假如指令时需求在假如指令中添加不然结构，这就需求点击假如菜单中的齿轮按钮添加不然指令。在“假如……不然……”结构中设定逻辑判别值为真时，端口13数值为高，LED灯亮，逻辑判别值为假时，端口13的数值设为低，LED平息（如图11）。这样就完结了LED的设置，能够用于检测电池的新旧。
● 共享：在网络上寻觅问题的答案
我在试验中发现，不做丈量时LED一向都在闪耀，发生这个现象的原因是在A0端口空载时，数值会遭到空气中随机电磁干扰的影响，一向改变，数值有时大于307，有时小于307，所以LED会闪耀。共享自身并不总是告诉别人一个现已很完好的问题处理计划，一个有待处理的问题也是十分值得共享的，它能够细致而规范地描述这个问题。咱们能够参阅www.dfrobot.com.cn上的各种社区上的帖子，看一看有没有人提过相似的问题，或许向别人发问寻觅答案，这些经历都是十分重要的学习进程（如图12）。
至此，咱们已从数字输出端口的学习，转向数字输入端口的学习，并且经进程序逻辑将输入和输出结合起来，尽管这仅仅一个比较简略的“假如……不然……”结构，可是现已能够看出一个项目学习的雏形，接下来有必要改进这个规划，一是处理LED闪耀的问题，二是期望前进丈量的精度，真实做一个电压表。咱们在这个进程中不断地发现问题和处理问题，一起这个进程是积极主动的，是创客教育中十分独特的一种学习体会，并且预算本钱今后，咱们能够发现“新旧电池检测器”是一个很有用的“商场空白”，此刻处理这个问题的动力就更大了。
亲爱的读者，您能处理这个问题吗？答案见下期。
规划储能体系中电池办理体系的规划 篇7
近些年, 全球可再生动力占悉数动力的比重继续添加[1], 我国的可再生动力行业也进入快速开展时期, 可是因为可再生动力转化为电能时存在间歇和不行控的特性[2], 假如其直接大规划接入电网, 会给电网带来许多不行控要素[3], 如电网调峰困难, 电网频率和电压简略呈现较大动摇[4]。为了高效运用可再生动力, 一起削减其对电网安稳性的冲击, 储能技能发挥了重要效果[5], 添加储能环节作为可再生动力与电网之间的过度阶段[6], 能够有用下降不行控要素带来的危险。
电池办理里在储能体系中占有很重要的效果, 因为过充、过放以及温度改变对电池功用影响很大, 长时刻过充过放会严峻影响电池寿数, 添加储能体系的保护本钱, 因而电池办理体系 (BMS) 的首要效果是削减储能体系运转时的继续保护费用, 前进电池循环寿数和体系牢靠性[7]。
国内外不少文献和材料, 都有关于电动轿车BMS规划和运用的记载, 特别是近几年, 跟着电动轿车行业的快速开展, 电动轿车上的BMS也在不断改进和完善。而储能方面的BMS却很罕见涉及。
因为电动轿车和储能体系环境和运用场合的不同, BMS也会有差异。相关于储能体系而言, 电动轿车的电池容量比较小。因而电动轿车上的BMS要监督的电池数量一般比较少, 而储能体系的BMS则需求对许多电池进行继续监督。为了便利办理和前进体系安稳性, 储能体系有必要要选用分级结构对数量巨大的电池进行监督。
1体系总体规划
电池办理体系的首要原理是:收集电池状况数据, 首要包含单体的当时电池电压、充放电电流、温度等参数, 对当时的数据进行剖析, 并结合电池前一个状况信息得到当时状况信息, 电池状况信息首要包含SOC、SOH、故障状况、热办理状况等信息。
因为储能体系需求选用分级结构对电池进行办理, 为了统一称号, 将节点处的叫做BCMS, 将检测单体电池的单元叫做BMU。BMS首要是由BCMS、BMU两部分组成的, 体系的总体规划也是依照这种结构进行的, 其结构图如图1所示。
BCMS要完结的功用包含:电池电流数据收集、完结与BMU相关通讯、获取BMU数据、实时显现BMU丈量数据、设置正告和保护电压数值、保存该节点下的一切电池状况信息, 包含电池SOC、正告和保护记载等, 一起也要完结与调度中心通讯, 上报有关参数等功用。由此可见, BCMS要完结的使命许多, 运用单片机很难完结一切功用, 实时性在很大程度上也会遭到限制。因而, BCMS硬件平台一般是工业操控核算机, 本规划选用的是依据PC/104总线的工业操控核算机。
BMU首要完结的功用包含丈量单体电池电压、温度等参数、预算电池SOC、过压欠压判别、过流判别、过充过放判别、过温判别等功用, 并将丈量数据和判别成果发送到BCMS。因为BMU首要是完结一些丈量、简略核算性质的功用, 作业量不是很大, 因而, BMU操控器一般选用MCU, 本规划选用STM32F103作为BMU的中心操控器。
2硬件完结
2.1 BCMS硬件
BCMS硬件选用的是依据PC/104总线的工业操控核算机, PC/104主板选用的类型为PCM-3587。 PCM-3587是PC/104的中心主板, 该主板选用规范PC/104接口, 支撑两路高速USB2, 四路RS232, 还有16路PWM输出等丰厚的板上资源。
外扩工控扩展板类型为PCL-2101, PCL-2101是依据PC/104的扩展板, 可完结数据收集功用, 该扩展板具有模仿量输入/输出, 数字量输入/输出和可编程PWM输出等功用[8]。规划选用PCL-2101首要是完结电池电流的收集。
BCMS和BMU进行通讯时, 选用PCL-9201扩展板作为通讯专用扩展板, PCL-9201包含两路阻隔的CAN总线接口。由PC104组成的BCMS结构图如图2所示。
2.2 BMU硬件
BMU的首要使命是检测单体电池电压、温度等参数, 一起接纳BCMS发来的电流数据, 并以此为依据预算电池SOC等参数。BMU首要由三部分组成:中心操控部分、电压检测部分、温度检测部分。
2.2.1 BMU中心操控
BMU中心操控器选用的是STM32F103C8T6。 STM32F103C8T6是32位、依据Cortex-M3 ARM内核的高功用微操控器。具有64KB Flash、 20KB SRAM、10通道12位ADC、USB2.0接口、 CAN2.0B接口等丰厚的片上资源。
BMU首要运用的是STM32上的CAN接口和IO口, CAN接口首要担任与BCMS通讯, IO口首要是担任SPI通讯和DS18B20的通讯。
2.2.2电压检测部分
电压检测部分是丈量单体电池电压, 规划选用的是Linear公司的LTC6803-3。LTC6803-3是Linear出产的电池电压检测专用芯片, 内置12位ADC, 精确的电压基准, 能够丈量多达12节串联电池的电压, 在13ms内完结体系中一切电池电压丈量, 0.25%的最大总丈量差错, 经过SPI接口进行数据传输, LTC6803-3能够经过菊花链将多个芯片串联起来, 只运用一个SPI接口就能够操作多个芯片。
选用两片芯片串联结构, 能够完结对24节单体电池电压的丈量。
2.2.3温度检测部分
电池在充放电时, 自身会发生热量, 然后导致电池温度上升, 在大电流充放电时愈加显着。 电池温度过高, 会给电池自身功用带来很大影响, 因而有必要对电池温度进行监督。另一方面, 电池温度改变会给SOC预算带来很大差错, 需求运用温度参数批改SOC。
规划选用DS18B20对电池温度进行丈量, DS18B20是美信公司出产的单总线温度丈量传感器, 能够丈量-55~+125℃规划内的温度, 精度到达0.5℃, 能够在一根数据总线上衔接多个器材, 节约操控器的IO接口。
3软件完结
3.1通讯协议
在国内出产的电池办理体系中, BCMS和BMU的通讯协议一般是自界说的, 自界说协议能够灵活自由的运用CAN协议中的ID和8字节数据, 可是不同厂家界说的协议不同, 就形成设备的可替换性极差。为了战胜这一缺陷, 规划选用CANopen协议, 作为BCMS和BMU之间的通讯协议。
CANopen协议是国际上通用的CAN上层协议之一, 遍及运用在主动化设备之间。CANopen协议经过PDO、SDO、预界说的报文以及网络办理报文, 来访问CANopen协议目标字典 (OD) , 完结设备间的通讯[9]。其间, 正常进程数据通讯时, 首要运用PDO通讯目标进行数据交流。
相关于一个PDO目标的传输数据量而言, 每个BMU要发送的数据量很大, 假如只运用一般类型PDO目标来发送数据, 就需求设置许多个PDO通讯目标, 这样会添加很大的担负, 因而规划选用复用PDO (MPDO) 来发送BMU的数据。
MPDO是一种特殊的PDO目标, 允许设备发送大于8B的进程数据[10]。这样就能够运用一个PDO目标完结许多进程数据的发送。
3.2 BCMS软件完结
BCMS首要效果包含:实时显现各电池电压、 电流、温度以及预算的SOC等参数, 一起还要记载警报信息, 因为规划选用CANopen协议, 因而还要解析每个设备对应的EDS文件, 并依据EDS文件主动装备PDO目标。BCMS的软件流程图如图3所示。
3.3 BMU软件完结
BMU要完结的使命包含:实时丈量电池电压、温度, 依据接纳的电流值和当时电压值预算电池SOC, 并将电压、温度、SOC等参数上报给BCMS。其软件流程图如图4所示。
4 BMU电压精度测验试验
为了验证BMU电压收集的精度, 进行BMU电压精度测验, 选用磷酸铁锂电池, 在2.5-3.6V规划内丈量。作为对照, 选取类型为F8846A的高精度多用表丈量得到的电池电压数值作为规范电压, 将丈量得到的数据作图, 如图5所示。能够看到在磷酸铁锂电池的整个电压规划内, 实践丈量值和规范电压表丈量的值差错很小。
BMU丈量电压值和规范表丈量电压值差错如图6所示。核算得到BMU丈量差错均匀值为1.81mV。
5定论
选用LTC6803芯片能够简化电池电压丈量, 前进电压丈量精度。选用分级办理战略对储能体系电池进行办理, 能够大幅度前进办理功率, 减小故障发生的规划, 确保体系正常运转。选用CANopen协议作为BCMS和BMU之间的通讯协议能够完结BMU通讯规范化, 一起推进我国CAN高层协议开展。
参阅文献
[1]曾乐才.储能锂离子电池产业化开展趋势[J].上海电气技能, 2012, 5 (1) :43-48.
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电池体系 篇8
太阳能蓄电池是蓄电池在太阳能光伏发电中的运用, 现在选用的有铅酸免保护蓄电池、一般铅酸蓄电池, 胶体蓄电池和碱性镍镉蓄电池四种。国内现在被广泛运用的太阳能蓄电池首要是:铅酸免保护蓄电池和胶体蓄电池, 因为这两类蓄电池固有的“免”保护特性及对环境较少污染的特征, 很适宜用于功用牢靠的太阳能电源体系, 特别是无人值守的作业站。蓄电池的使命是在太阳能辐射量缺少时, 确保体系负载的正常用电, 一起对电网也起到削峰填谷的效果。蓄电池的规划首要包含蓄电池容量的核算和蓄电池组串并联的规划。在光伏发电体系中, 首要考虑到技能老练度和本钱要素, 大部分体系选用的都是铅酸蓄电池, 因而文章介绍以铅酸蓄电池为主的规划和核算办法。
一、智能微网体系原理介绍
以光伏电池板为发电部件, 监控体系对所发的电能进行调节和操控, 一方面把调整后的能量送往沟通负载, 另一方面把多余的能量送往蓄电池组贮存, 当所发的电不能满意负载需求时, 监控体系又把蓄电池的电能送往负载或许从电网拉电经过双向变流器给负载送电。蓄电池充满电后, 监控体系要操控蓄电池不被过充并且把多余的电经过双向变流器送给电网。当蓄电池所贮存的电能放完时, 监控体系要操控蓄电池不被过放电, 保护蓄电池并且还能够从电网上拉电, 终究确保能够随时确保供电给负载。监控体系的功用欠好时, 对蓄电池的运用寿数影响很大, 并终究影响体系的牢靠性。蓄电池的使命是贮能, 以便不糟蹋多余的太阳能, 充沛的运用太阳能发电。逆变器担任把直流电转化为沟通电, 供沟通负荷运用, 多余的沟通电经过双向变流器, 把沟通电变成直流电给蓄电池充电。监控体系经过双向变流器操控蓄电池的充电和放电, 对电网进行有用的能量办理。
二、蓄电池容量底子核算办法
蓄电池的容量核算有许多的办法, 有依据负荷核算蓄电池容量的办法, 有依据日总耗电量核算蓄电池容量的办法, 都是归于独立电网蓄电池容量核算办法, 智能微网体系既能够并网也能够地理运转, 智能微网蓄电池的容量要依据归纳要素确认, 简略的公式:
蓄电池放电深度:浅循环型蓄电池选用50%的放电深度, 深循环型蓄电池选用75%的放电深度。
三、太阳能蓄电池组的规划
蓄电池有2V, 6V, 12V等电压系列和50Ah, 300Ah, 1000Ah等规范容量, 为了符合双向变流器的作业电压, 到达双向变流器的最低的电压要求, 就需求把蓄电池串联起来衔接到双向变流器直流侧, 需求串联的蓄电池个数便是双向变流器最低作业电压除以所选蓄电池的标称电压, 蓄电池的电压最好高于双向变流器的最低电压的要求, 但不要超越双向变流器最高电压规划。
四、运用实例
某地客户要求:200k W的负荷底子上都为电灯、电脑、空调、电视、冰箱等家电设备, 悉数用房顶太阳能电站供应200k W功率, 依据客户要求树立250k W智能微电网电站, 光伏发电总量=250*3.87*0.8=774k Wh, 日照均匀小时数为3.87h, 蓄电池充电功率为0.8。负载白日用电量为200*8*0.3=480k Wh, 白日用电小时数为8h, 白日用电系数依据当地状况而定, 系数规划为0.3--0.7。假设取最高0.7, 电量不行, 能够经过智能办理体系从电网拉电供应负荷用。
蓄电池容量确认的简略公式为:
依据双向变流器的电压要求, 蓄电池组的电压挑选480V。
所以, 挑选2V/1000Ah蓄电池240个串联组成480V/1000Ah的蓄电池组。
五、总结
本文首要对智能微网体系蓄电池的容量选取和蓄电池组规划进行了剖析。
首要, 智能微网中的蓄电池储能, 是指蓄电池把白日多余的电能贮存起来, 来到达不糟蹋多余的新动力。
其次, 蓄电池在智能微网中起到削峰填谷的效果, 削减对电网用电高峰时的担负。
终究, 在智能微网体系中, 蓄电池组选用蓄电池串联的办法, 削减并联蓄电池呈现的电流回流现象, 避免对体系形成不良影响。
参阅文献
[1]沈辉, 曾祖勤.太阳能光伏发电技能[M].化学工业出版社.
蓄电池直流体系运转保护 篇9
1.1 镉镍蓄电池组的分类
首要的镉镍电池一般有高倍率的镉镍蓄电池和中倍率的镉镍蓄电池。高倍率镉镍蓄电池是指电池在瞬间放电的时分, 电流是蓄电池额外电流的3～6倍, 而中倍率的蓄电池电量是额外容量的1～3倍。
1.2 镉镍蓄电池组的运转与监督
在正常运转时, 镉镍蓄电池组是以浮充办法运转的, 高倍率的电池浮充的电压值一般选取 (1.36～1.39) V×N, 而中倍率的镉镍蓄电池就选取 (2～5) mA×Ah比较适宜。均衡充电压高倍率电池一般取 (1.47～1.48) V×N, 而中倍率的就取 (1.52～1.55) V×N。在监督蓄电池作业时, 镉镍蓄电池组首要监督浮充的电流值以及端电压的值, 详细的监督目标包含电压值、电解液的比重、衔接器的电阻、蓄电池内阻每只蓄电池液面的高度以及运转的环境温度等。
1.3 镉镍蓄电池充电的办法
充电办法总的来说有三种:第一种比较常用, 是用I5恒流对镉镍蓄电池进行充电, 大约5～7 h, 蓄电池的电压到达最高点且坚持安稳, 标明蓄电池充电结束;第二种是快速充电, 选用2.5 I5恒流对蓄电池充电, 一般需求2 h即可充电结束;终究是浮充充电, 这种办法是别离对蓄电池长时刻选用浮充电流值还有浮充电压值充电。要注意的是, 这三种充电办法都要求电池的电解液温度不能超越35 ℃。
1.4 镉镍电池组的放电办法
镉镍蓄电池组正常的放电办法是选用I5恒流的连续放电。放电进程中, 当蓄电池组两头的电压下降到1 V×N 时, 蓄电池组就会中止向外放电;假如蓄电池组的放电时刻>5 h的话, 则可标明蓄电池组的电容量满意额外的电容量。而在事端发生时, 事端放电的沟通电源中止, 镉镍蓄电池组将二次放电以供应蓄电池组的二次负荷和事端照明的用电。假如镉镍蓄电组的放电供电的时刻较长的话, 当蓄电池组两头的电压下降到1.1 V×N时, 就应该主动堵截供电或许手动堵截, 以避免蓄电池组的过量放电而使蓄电池组的电容量形成较大亏本, 然后形成康复充电困难的现象。
1.5 镉镍蓄电池的运转保护
正确把握浮充充电, 并且制定出定期核对充放及弥弥补电的准则, 以坚持蓄电池组的电量足够。开敝式的蓄电池如GNG、GNZ型, 其电解液在日常运用中常有一些丢失, 液面会下降, 这就需求常常弥补一些蒸馏水, 以坚持其液面在规则液面之内。假如液面高于规则液面, 则电解液简略溢出;过低的话则会导致电池的容量缺少乃至形成电池的损坏。
当浮充充电的电流超越需求量时, 会使得电解液冒泡, 形成电解液溅到端子及外壳上凝结成碱霜, 既“爬碱”。爬碱会增大蓄电池的自放电, 然后腐蚀引线和端子, 并且影响外观, 需求将其洗干净, 一般用3%～5%的硼酸液来清洗。蓄电池上的气塞简略积碱然后堵塞, 也应该用硼酸溶液定期清洗。但清洗之后必需晾干才可盖上, 以避免硼酸溶液进入电解液。
镉镍蓄电池的电池极板之间的绝缘物是尼龙或聚乙烯等化纤物, 这些化纤物不耐高温, 在超越60 ℃的环境下会软化变形。故在充电期间特别注意温度的改变, 勿使电池内部温度超越45 ℃。在运用大电流快速充电时更要注意。夏季应避免运用大电流充电。
还应注意的是装备镉镍蓄电池的上流电源中电池容量小的特征。在遇上电池放电比较多的时分, 例如变电站中的操作比较多时, 应该在首要的作业完结后, 对电池进行弥弥补电。遇站用沟通电源全停时, 若时刻较长, 且不需求常常运用操作电源时, 应将悉数的直流输出回路断开, 避免蓄电池的能量耗尽, 影响下次送电操作。
1.6 镉镍蓄电池的常见故障容量减小
1) 引起容量削减的原因有以下:欠充, 电解液面低, 电池发生“回忆”, 电解液中氢氧化钾与二氧化碳反响生成的碳酸钾太多 (碳酸钾含量超越50 g/L, 能形成电池容量下降到60%～70%) , 环境温度低于15 ℃。
个别的蓄电池的容量缺少时会发生电压低、反极、放电时发生气泡等现象。能够用均衡充电或个别充电来处理, 必要时进行活化处理。碳酸钾含量过高的状况下应该替换电解液。关于温度太低而导致的容量减小, 只要不影响正常的运转, 能够不做处理。
2) 由“爬碱”引起的问题, 常见的有端子引线的腐蚀, 漏电添加等。漏电:爬碱下降了直流体系对地的绝缘电阻, 乃至使电池组正极侧端子对负极侧端子间的电阻也减小, 然后形成漏电现象增大。电路中铜、铝等有色金属在爬碱下会被腐蚀, 表现为绿色锈斑。所以在装置电池组时, 应先将端子衔接处或引线线头处涂上凡士林再上螺丝, 避免形成腐蚀。
3) 极板短路或失掉容量。短路:极板在大电流充电时缺少应有的保护, 或许是充电进行中发生过长时刻外电路短路, 都有或许形成超温。当电池内部的温度超越60 ℃后, 极板边际的毛刺刺穿已软化的绝缘, 也会形成极板短路。表现为电池电压低于0.5 V, 充电时电压不会升高。
失掉容量:极板受热软化, 但未烧刺穿, 但软化了的化纤物会纠在一起, 使得内部电阻增大, 电池失掉容量, 表现为一充电电压就上去, 一放电电压就降下来。假如发现这种状况, 阐明蓄电池底子上已坏。
参阅文献
[1]赵舂华.避免蓄电池前期失效延伸其运用寿数[J].电源技能, 2001 (12) .
燃料电池轿车空调体系研讨 篇10
电动新动力轿车与燃油发电机轿车的空调体系有很大的不同, 其空调体系运用电极直接驱动, 所以在规划时, 驱动办法操控办法都需具有独特之处, 并且对空调的主动操控也有新的要求。但因为现在的轿车的空调体系首要以进口为主, 而相关技能都有加密, 为我国自主的技能的开展带来了阻碍。
本文从电池燃料的轿车空调体系原理动身, 剖析了电动轿车空调体系的内部结构, 从制冷体系和采暖体系动身, 关于该体系的首要组成部分进行详细了论述, 一起对轿车空调配气体系和风道体系的辅助体系进行了阐明, 并指出了轿车空调的功用目标。为了解电动轿车空调体系供应了学习。
1 轿车热泵冷暖空调体系的底子原理
轿车空调体系一般首要对车内的温度进行调节, 以到达车内人员所需的环境温度。就轿车空调体系的结构而言, 一般由制冷体系和采暖体系组成。
1.1 轿车空调制冷体系
制冷体系首要由紧缩机、干燥器、膨胀阀和冷凝器 (包含冷凝风机) 等组成。轿车空调体系的制冷原理是经过 (液态) 制冷剂对空气中的潜热进行吸收然后发生冷效应。首要, 车内的空气蒸发器的冷却依托管内的低温制冷剂, 制冷剂因为吸收了热量, 故在必定的气压条件下气化, 但在气化的进程中, 管内的制冷剂的温度与管外空气温度有温度差, 因为温度差的存在, 制冷剂对车内的空气热度进行吸收, 冷效应发生, 车内的空气温度下降[1,2]。紧接着, 紧缩机紧缩气化了的制冷剂, 变成比车外空气温度高和气压高的气体, 此刻, 车外的冷凝器将制冷器的热量开释到车外, 制冷剂变成了高压液态冷凝剂, 在经过膨胀阀等机构的效果, 康复到初始低温低压状况, 如此循环, 进行制冷。
1.2 轿车空调的采暖体系
轿车空调的采暖体系首要是对空气进行加热, 到达车内加热和除湿的目的。其间, 采暖体系由发动机和独立式这两种热源来供应热量。别的, 采暖体系的首要构成包含风机、暖水阀和暖风散热器。众所周知, 在轿车行进进程中, 发动机必定会有许多热量发生, 小型轿车的空调体系遍及运用发动机的余热作为热源来采暖。当发动机中的冷却水经流暖水阀后, 终究进到暖风散热器当中, 然后加热暖风散热器中空气[3,4]。
2 轿车空调配气体系及风道总成体系
2.1 轿车空调配气体系
轿车空调配气体系由以下几个部分组成: (1) 空气进口段, 由风机和风门叶片组成, 其间, 车内的新鲜空气和循环空气由风门叶片操控; (2) 空气混合段, 能够为体系供应必定温度的空气, 由加热器和蒸发器构成; (3) 空气分配段, 向人的面部和脚部及挡风玻璃上吹空气。
2.2 轿车空调风道总成体系
轿车空调体系中总成的配气操控是由 (直流) 电机带动拉杆使风门运动来完结的。而内外循环风门操控车内空调的新空气的份额;吹风向由中央风门操控;吹脚除霜风门对吹脚和除霜的风口的开合进行操控;热凉风的混合份额受混合风门的操控。在制冷时, 热气被挡住, 凉气由凉气通道吹出, 同理亦然, 空调体系便是依托这四个风门来调整车内空气[5]。
3 轿车空调舒适度
轿车空调体系的舒适度便是指其所供应的车内适宜的空气环境, 其首要表现为: (1) 让人觉得舒适的温度; (2) 较好空气的质量。
3.1 轿车室内的特征
轿车一般行进在户外, 遇到风雨天气或许在太阳下时, 轿车很难进行隔热;并且车在行进时, 风沙和废气不行避免会从车体的缝隙进入到车厢内部, 影响车内空气质量的一起, 还添加了空气的热负荷;何况轿车行进时车速也会不断改变, 所以空调的作业状况很难确保[5]。比较房间内的空调体系, 轿车空调体系所在的作业环境更为恶劣。轿车实践上相当于一个“移动的房间”, 具有和房间内的空调不同的特征。
3.2 轿车空调的功用点评目标
依据轿车空调自身存在的特征, 对其的技能功用和作业牢靠性的要求显着要比房间内的空调高许多。由此发生的对轿车空调功用点评目标如下所示:
(1) 温度目标:该目标十分重要。人体适宜温度在14℃-28℃, 过高, 人会感到燥热;过低, 人会觉得“冷”。
(2) 湿度目标:由相对湿度来标明, 车内的湿度有必要操控在必定的规划内。
(3) 空气的新鲜度:轿车空调体系要能够对车内的空气进行过滤, 然后确保车内空气的新鲜程度。
4 总结
本文首要对空调体系的作业原理和结构进行剖析, 在此根底上, 对全季节型空调的功用和各个部件的运转状况进行了论述;终究剖析了影响舒适度的要素, 并剖析总结出了影响轿车空调的功用的点评目标, 包含温度、湿度、空气新鲜度和除霜功用等。经过本文的介绍, 为电动轿车空调体系的研讨供应了必定的理论依据和参阅。
摘要：跟着环保理念的加强和科学技能的开展, 电动轿车技能的得到了快速的开展。电动轿车的空调体系作为轿车要害重要的体系之一, 对整个轿车的功用有重要的影响。针对现有的电池燃料的轿车空调体系, 从轿车的空调体系的底子结构原理动身, 剖析了轿车空调体系的组成, 一起论述了轿车空调配气体系和风道体系组成, 以及从舒适度动身指出了轿车空调的功用目标。
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