电磁发射用蓄电池储能技术研究

In view of the characteristics of the electromagnetic launch system in the operating mode of continuous cycle pulses, the research is focused on some key technologies for the battery system suitable for use in engineering according to the concept of full use. The work which has been done refers to the following five points.(1)Combined with the short-time repeated intermittent mode and from the angle of reducing the number of batteries to the largest extent, a study has been made of the relationship between the increasing discharge rate and the service life and the repetition interval as well as the regulatity of temperature rise.(2)In order to meet the requirements of voltage and current in the electromagnetic launch system, a new battery structure is presented, which is safe and reliable and can change different voltage states rapidly and flexibly.(3)Using the battery output currrent and voltage, discharge ability, energy in demand and the voltage drop at the time of high discharge rate as the constrains and using the smallest number of batteries as a goal, it is possible to realize the optimization of the series-parallel connection of batteries.(4)A discharge model of battery system has been established and the corresponding control strategy proposed.(5).The use of 9000V expermental platform aims at verifying all that are mentioned above. This project will lay the foundation for applying a new-type hybrid energy-storage device to the electromagnetic launch system.

本项目针对电磁发射用蓄电池储能装置在连续周期脉冲工作模式下的特殊性，基于尽限使用思想，深入系统的研究了适合于工程应用的蓄电池组的若干关键技术：（1）结合循环脉冲工作方式，从最大限度减少蓄电池数量的角度，研究大幅增加蓄电池放电倍率与寿命、循环周期之间的关联性和温升规律；（2）针对电磁发射系统工作时高压、非工作时低压的使用需求，研究蓄电池组的并充串放拓扑结构，使储能系统能快速灵活的进行高低压状态转换；（3）以输出电流、输出电压、能量需求以及单体电池放电能力为约束条件，综合考虑电池高倍率放电时的压降，以蓄电池总数最少为目标，对蓄电池串并联数进行优化配置；（4）建立蓄电池系统放电模型，提出相应的闭环放电控制策略；（5）利用实验室搭建的9000V混合储能应用平台，对蓄电池组的短时重复尽限放电能力、拓扑结构和控制策略进行验证实验。本项目可为新型混合储能装置在电磁发射领域的应用奠定基础。

本项目针对电磁发射用混合储能系统在连续周期脉冲工作模式下的特殊性，基于尽限使用思想，深入系统的研究了适合于工程应用的蓄电池组的若干关键技术。主要研究内容为：①蓄电池超大倍率放电使用技术研究：从电池本体设计出发，降低欧姆阻抗和电化学极化阻抗，提高电芯放电能力；从尽限应用方面，摸索电芯的极限能力，测试得到了高倍率放电对寿命的影响、温度和荷电量对放电性能影响数据。②电磁发射用蓄电池系统拓扑结构研究：在新的电路结构基础上，需要将蓄电池组的放电顺序根据每组电池的SOC进行轮换，使它们在一定循环时间内的放电量基本相同，以达到蓄电池均衡使用的目的。同时，合适的均衡控制策略可以减少单组蓄电池持续大倍率放电时间，有利于降低对蓄电池的要求，扩大蓄电池选型范围，此外对延长电池使用寿命，降低蓄电池组发热都有好处。③电磁发射用蓄电池串并数量优化配置研究：对系统进行结构优化，对时序串联策略进行了改进。通过电路结构的变化实现蓄电池先并联后串联对电容充电，在相同时间与能级要求下降低了蓄电池并联数量，有效减少了混合储能系统的体积、重量与系统资金投入。④电磁发射用蓄电池系统放电控制研究：将蓄电池组的放电顺序根据每组电池的SOC进行轮换，使它们在一定循环时间内的放电量基本相同，以达到蓄电池均衡使用的目的。同时，合适的均衡控制策略可以减少单组蓄电池持续大倍率放电时间，有利于降低对蓄电池的要求，扩大蓄电池选型范围，此外对延长电池使用寿命，降低蓄电池组发热都有好处。本项目可为新型混合储能装置在电磁发射领域的应用奠定基础。