南通美国APC蓄电池总代理
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美国APC蓄电池飞轮储能技术是一种新兴的电能存储技术，它与超导储能技术、 燃料电池技术等一样，都是近年来出现的有很大发展前景的储能技术。虽然目前化学电池储能技术已经发展得非常成熟，但是，化学电池储能技术存在着诸如充放电次数的限制、对环境的污染严重以及对工作温度要求高等问题。这样就使新兴的储能技术越来越受到人们的重视。尤其是飞轮储能技术，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。
建立电源系统的寿命预测模型，前提是基于以下假设：
(1)系统的故障与寿命必须完全区分开，假设电池按正常衰减机理退化；
(2)系统内的电池均是一致的，包括环境、应用条件、衰减程度等。
1．多参数模型
美国APC蓄电池因此在电动车应用过程中，主要应通过对上述参数的检测或计算来预计电池的寿命。这就需要了解这些参数在寿命循环过程中的变化。
根据上面分析，循环寿命应符合下述函数形式：
n=f(T，I，S) (7-11)
式中 n——电池组循环次数；
T——温度参数；
I——电流；
S——电池荷电状态SOC。
2．电阻折算法
计算图7-9所示三阶线性化锂离子等效电路模型的传递函数，可以得到系统差分方程：
Uk=aUk－1－RoIk+[a(Ro +Rp)－Rp]Ik-1 (7-12)
式中 Uk——k时刻的电池输出电压；
Uk-1——(k-1)时刻电池输出电压；
Ik——k忌时刻电池的加载电流；
Ik一1——(k-1)时刻的电池加载电流；
Ro——电池欧姆内阻
Rp——电池极化内阻。
待辨识参数为a、Ro、Rp和Cp，Cp的值在获得a和Rp之后可由a=e-TRpCp推出（T为采样步长，Cp为极化电容）。
在模型结构确定以后，可以根据试验方法所获得的数据对系统模型中的参数进行辨识。在参数辨识领域中，常采用最小二乘法。
3．Arrhenius模型
在不改变电池失效机理的前提下，应力的增加会加速样品失效，在短期内暴露出产品的缺陷，这是加速寿命实验的基本原理。在实际应用中，通常固定充电制度，温度和放电电流对电池的容量衰减的加速作用是变化的。
通常认为，温度对产品失效的加速作用符合Arrhnius公式。
在电动汽车电池循环过程中，除温度的影响外，还有电流的影响，因此对Arrhenius公式进行如下修正。
方程两边积分（设温度T、电流I与时间t无关）。
令Cτ=ML－Mo，ne=tL－to，则：
Cτ=f(I)×e-R/kT×ne
式中 Cτ为容量衰减率，ne为充放电循环寿命。
从上式中可以看出电池容量衰减率与电池循环寿命呈非线性关系。从图7-10的对18650 锂离子电池的试验结果中可以看出容量衰减率和循环寿命呈幂函数关系。
A(T，I)和B(T，I)分别为温度和电流的函数。
式中 Lactural——实际工况下的循环寿命；
LR——标准工况下的循环寿命；
Tactural——实际工况下电池释放出的有效容量；
TR——标准工况下释放出的有效容量。
4．Rakhmatov模型
随着电动汽车电池寿命的进行，发生变化的参数主要有电池的容量、电池的功率能力、电池的内阻等。对于寿命的预
2 飞轮储能装置简介
飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和电力电子装置。它最基本的工作 原理就是，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载，要求空闲运转时候损耗非常小。它的原理图如图1所示。
图1 飞 轮 储 能 装 置 原 理 图
事实上，为了减少空闲运转时的损耗，提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率，飞轮储能装置轴承的设计一般都使用非接触式的磁悬浮轴承技术，而且将电机和飞轮都密封在一个真空容器内?减少风阻。通常发电机和电动机使用一台电机来实现，通过轴承直接和飞轮连接在一起。这样，在实际常用的飞轮储能装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子装置，飞轮储能装置结构的示意图如图2所示。
图2 飞 轮 储 能 装 置 结 构 示 意 图
当外设通过电力电子装置给电机供电时，电机就作为电动机使用，它的作用是给飞轮加速，储存能量；当负载需要电能时，飞轮给电机施加转矩，电机又作为发电机使用，通过电力电子装置给外设供电；当飞轮空闲运转时，整个装置就可以以最小损耗运行。这样利用电机的四象限运行原理，使发电机和电动机共用一台电机的方法，不但可以提高效率，还可以减少整个储能装置的尺寸，使储能密度大大提高。
在整个飞轮储能装置中，飞轮无疑是其中的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量E由式（1）决定。
图３—３辅助关断保护电路
向充电，于是将左正右负的电压加在晶闸管ＶＴ４（或ＶＴ６、ＶＴ２）上，使逆变桥
的共阳极组反向关断，达到保护晶闸管的目的。
为能可靠关断故障电流，电容Ｃ。上必须储备足够的电能。该电能与电容电 压ｕｃ的平方和电容量大小成正比。设主电路的ＳＣＲ关断时间为ｔｏ仃’若要求关
断的故障电流为Ｉｆ，则所需的电容量Ｃ可按下式计算：
Ｃ＝Ｉ，Ｘｔｏｆｆ／Ｕｒ
（３—１）
设需要关断的最大故障电流为２００Ａ，主电路ＳＣＲ关断时间为１００／Ｉｓ，关断 电容上预充电压为２００Ｖ，则所需的电容量为：Ｃ＝２００ＡＸｌ００ｐｓ／２００Ｖ＝．１０ＣＩｆ‖。
３．１．４主回路中元件参数的确定
１．根据充电的最高电压确定变压器的变比。在此电路中，变压器的接线方 式为Ａ／Ｙ型，变压器的输入电压为３８０Ｖ，则变压器的二次绕组输出电压ｕ与变
压器的一次绕组输入电压Ｕ。ｂ是同相位的。当Ｕａｂ为３８０Ｖ时，若变压器的匝数
比为１：ｌ，则变压器的二次输出相电压ｕ。则为３８０Ｖ，线电压ｕ。则为√ｉ×３８０Ｖ。
而对于三相全桥整流电路，感性负载（此电路可以看成是感性负载）的输出电压 ｕｄ的计算公式如下：
Ｕｄ＝２Ｘ１．１７×ＵｇＯＳＯｔ’＝２．３４ＵＣＯＳ口＝１．３５Ｕｚ ｃｏｓ口
（３－２）
式中ｕＬ为变压器二次绕组的线电压有效值。而对于口角，不能取的太小，
武汉理工大学硕士学位论文
因为太小的时候，容易引起换相失败，很不稳定。所以一般将１２’角的最小值设
为１５。。
设电池充电电压的最大值为Ｕ。。、，考虑一定的裕量，则输出电压ｕｄ的最大
值为ｔ．０５Ｕ。。，所以叽＝１．０５Ｕ。／（１．３５ｃｏｓ ｃｚ）。而变压器的原边线电压ｕ为
３８０Ｖ，同时存在±１５％的波动，所以在计算变压器的变比时，原边的电压ｕ应
为３８０ｘ（１—１５％）。则变压器的变比则为：
Ｎ＝１．０５ｕ～／１。３５／ｃｏｓｌ５。４，／３×３８０×ｆｌ一１５冽Ｊ
（３－３）
若充电对象为１２５节２．２５Ｖ的蓄电池组（蓄电池的最高充电电压一般取
２．４Ｖ），则Ｕ…＝１２５ｘ ２．４＝３００Ｖ。变压器的一次绕组输入电压为３８０Ｖ，则有
Ｎ＝３１５／ｔ，３５／ｃｏｓｌ５。／∽×３８０ｘｆ』一Ｊ５州）＝０４３
取Ｏ．５。即当变压器的一次绕组输入线电压为３８０Ｖ ＡＣ时，变压器的二次绕组
输出线电压约为２８３Ｖ
ＡＥ。
除了确定变压器的变比之外，还需根据变流器的最大输出功率确定变压器 的容量。设最大输出功率为Ｐ。。，则变压器的晟大容量应为１．２Ｐ。。。在此装置 中，最大输出功率为３６ＫＷ，所以变压器的最大容量可取４５ＫＷ。 ２．根据变流器的最大输入电压（也即变压器的最大副边电压），和变流器需 要输出的最大电流，可以确定晶闸管的选型参数。主要的参数为耐压值和耐流 值，当最大输入电压为ｕ舳ａｘ（有效值），最大输出电流为Ｉｆｍａｘ（有效值）时，船晶闸
管所承受的最大『Ｆ向电压为√２ｕ，。，承受的最大反向电压为√２×√３ｕｒ一。考
虑到电网的谐波，取晶闸管的正向耐压值为２ｕ，。。，反向耐压值为３ｕ，一，耐 流值为，１５１，…。 因此，选用ＫＰ２００系列的晶闸管。其主要参数如下：通态平均电流２００Ａ，
反向重复峰值电压１００—３０００Ｖ；门极触发电流ｌＯ一２５０ｍＡ，门极触发电压≤４Ｖ，
门极反向峰值电压５Ｖ，门极正向峰值电压１０Ｖ。 ３．根据最大输出电流值，开关Ｋ１和Ｋ２选用可选过１２０Ａ电流继电器。
３．２控制单元的设计
３．２．１控制系统的整体结构
微控制器是整个控制电路的核心，其它电路均是其辅助电路。控制器的控 制过程主要是综合各种输入信息，进行一定的运算后产生相位合适的脉冲，并
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将必要信息送入显示电路。然后，控制器根据设定的工作方式，通过输出的开 关量控制主电路中的接触器的闭合与断开。当主电路处于整流状态时，控制器
控制主电路中的接触器Ｋ１闭合，Ｋ２断开；而主电路处于逆变状态时，则控制
接触器Ｋ２闭合，Ｋ１断开。同时输出电压或电流给定值，通过调节触发电路， 使控制角口＜９０。，三相全控桥工作在整流状态；或者使逆变角口＜９０。，三相 全控桥工作在逆变状态。同时，控制器将采集的电压和电流值，动态显示在显
示屏上，并与设定值判断比较，若不相等，则调节输出给定值的大小，使其满
足工艺参数的要求，提高控制的精度四【１５】。
控制单元硬件结构的总体框架如图３—４所示。微控制器采用低功耗、高性
能的单片机为控制核心。其外围的接口电路主要包括电压和电流检测电路、同
步脉冲电路、人机接口电路和通讯接口等。
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