电动汽车电池储能特性与电网接入技术研究

电动汽车接入电网构成G2V & V2G系统，充电站除了给电动汽车充电外；还可作为分布式储能，提高电网运行效率、稳定性和电能品质，在智能电网中十分重要。针对电网接入系统两大关键内容，1）电动汽车电池储能特性和充放电规律，2）高效可靠电网接入功率调节系统，本项目以电动汽车充电储能系统为主要应用目标，研究锂离子电池储能状态估计方法、电池组循环寿命预测算法，提出非对称优化脉冲动态均衡快速充电方法；解决锂离子电池储能特性与优化充放电方法问题；研究高效可靠的电网接入功率调节电路，提出宽电压范围的新型串联型阻抗源双向功率流变流器拓扑与控制方法；解决电动汽车与电网之间的双向电能传输与控制问题；揭示串联型阻抗源变流器在非线性负载、PCC电压畸变条件下的并网机理与稳定性分析，研究电流控制并网与谐波抑制，解决无谐波污染并网可靠性问题。理论与实验结合，探索电动汽车充电储能一体化系统设计开发的分析理论和方法。

本项目以电动汽车接入电网充电储能一体化系统为主要应用目标，研究电动汽车锂离子电池组的储能特性和充放电规律以及高效可靠的电网接入功率调节系统，实现电动汽车与电网的能量双向传输与控制，为电动汽车充电储能系统提供理论分析、设计方法与控制策略。主要研究内容包括五个方面：电动汽车与电网互动充电技术；电动汽车锂离子电池储能特性与循环寿命分析；电动汽车锂离子电池充放电性能与快速充放电方法；新型宽电压范围串联型阻抗源双向功率流变流器拓扑与控制方法；电流控制串联型阻抗源变流器无污染并网与电网谐波抑制方法。.项目解决的关键科学技术问题有：研究电动汽车与电网互动充电控制技术，缓解大规模电动汽车充电对电网的压力；研究锂离子电池充放电性能，实现电池储能状态的估计；分析电池循环寿命影响因素，提出优化脉冲快速充电方法，解决锂离子电池组储能特性与优化充放电问题。研究高效可靠的电动汽车电网接入功率调节电路，提出宽电压范围的新型串联型阻抗源双向功率流变流器拓扑与控制方法，解决电动汽车与电网之间的双向电能传输与控制问题；揭示串联型阻抗源PWM整流/逆变器在非线性负载、PCC电压畸变条件下的并网机理与稳定性分析，研究电流控制并网与谐波抑制技术，解决无谐波污染并网可靠性问题。.项目取得的成果和创新点包括：1）提出了电动汽车与电网互动充电控制策略，建立了基于GPRS/ZIGBEE无线网络的互动试验平台，实时测量电网频率，实现电动汽车需求侧响应充电。2）建立了锂离子电池等效Thevenin模型及改进模型（状态滞后的一阶RC模型、二阶RC模型），提出基于递推最小二乘法的自适应观测器方法，实现电池储能状态的在线自适应估计。3）拟合电池循环寿命试验的退化数据得到动力锂离子电池的容量衰减率，得到充放电应力对电池容量衰减率的影响规律；分析锂离子电池充放电特性，提出了电池优化脉冲充电方法，实现快速充电。4）提出宽电压范围的新型串联型阻抗源双向功率流变流器拓扑结构与PWM调制方法，实现电动汽车与电网间高效可靠的双向电能传输；5）提出新型串联型阻抗源双向功率流变流器的解耦控制方法，实现了调制系数M和直通占空比D的动态解耦控制；6）研究串联型阻抗源PWM整流器/逆变器在非线性负载、PCC电压畸变条件下的并网控制策略与控制系统设计，提出并实现了串联型阻抗源逆变器并网系统有功、无功、谐波补偿、V2G运行的多功能协调控制策略。