文丨可依說
編輯丨可依說
前言
混合儲能系統(HESS)用於優化電動汽車嵌入式儲能系統的性能。混合存儲系統將能量和電源(如電池和超級電容器)分離，以最大限度地發揮其特性。本文討論了使用新的HESS管理策略來改進嵌入式源的大小、效率或成本。
此外，這種新策略最重要的優點之一是電池壽命的提高。由於這一發展，可以顯著降低成本並優化電動汽車的性能。仿真結果表明，該方法有效地降低了電池的均方根功率，充電量可以作為嵌入式能量管理的主要考慮因素。
在低功耗試驗台上進行了實驗驗證，並對電池和超級電容器進行了仿證電力電子器件與存儲系統的電氣模型在軟體環境下實現。實驗結果驗證了所提出的能量管理策略，證明了電池功率約束的降低。
介紹
根據一項新的研究(Prasad和Rahn)，減少溫室氣體(導致全球變暖的原因)的流動，到2100年每年可防止多達300萬人過早死亡。近年來，貨物和人員的運輸在影響氣候的全球排放中所占的比例越來越大。
此外，還指出了減輕城市地區污染的許多努力。在這種情況下，混合動力汽車、插電式混合動力汽車和電動汽車可以通過大幅減少對汽油和柴油等不可再生化石燃料的依賴，為更環保、更清潔的環境做出貢獻。
然而，只有當傳統汽車的成本和性能與基於電動人口的汽車相當時，電動汽車在減少溫室氣體排放方面的貢獻才會實現。實際電動汽車的主要問題是由於嵌入式存儲系統的尺寸和成本。
多種電池廣泛應用於汽車領域。特別是鋰離子電池，由於其高能量密度、輕質量和良好的使用壽命，吸引了幾個汽車製造商集團的興趣。儘管使用鋰離子技術改善了電池特性，但電力存儲系統的性能與傳統汽車相比仍有很大差距。
提高鋰離子電池壽命並減輕其重量的一種方法是使用超級電容器作為二次電源。超級電容器的性能與電池的性能完全互補。事實上，這些器件具有非常高的功率密度，低串聯電阻，非常高的可循環性(數百萬次循環)和可靠性。
然而，在EV應用中使用HESS增加了嵌入式電源架構的複雜性，但也提供了改進它的機會。Sadoun 提出了大功率鋰離子電池與混合儲能系統HESS (High energy lion + Supercapacitors)尺寸的比較。
研究結果證明了混合解決方案對高行程值的興趣。雜交也允許改進源壽命，通過減少施加在電池上的應力。一些文獻提出了由電池和超級電容器組成的混合存儲系統的不同管理策略。
這些工作試圖降低電池的均方根功率，以提高這最後一個的壽命。所有的文獻研究都沒有考慮混合存儲系統規模的變化，如果他們改變了管理策略。在本文中，我們提出了混合儲能系統(HESS)的新電源管理策略的發展。
同時考慮到源尺寸的改進和最後一個源的壽命，主要目標是利用這種新的電源架構來提高全局性能與原始牽引電池相比，電池/超級電容器HESS具有更多優勢，因為使用超級電容器可以確保制動模式下的高加速和高回收功率。
然而，以下問題是嵌入式儲能系統混合化的動力，鋰離子電池的功率密度，有限需要最大限度地回收制動時的能量減小，嵌入式儲能系統的尺寸提高鋰離子電池的使用壽命，降低嵌入式電源的總體成本。
在這種情況下，HESS解決方案在電力人口應用中是有用和可靠的。此外，要實現長久的耐用性，鋰離子電池必須保證電動汽車的平均功率。
鋰離子電池由於其獨特的性能，
如高電壓、高能量密度、低自放電、快速充電和耐用性，似乎是供應電動汽車的一個有競爭力的解決方案等然而，有許多不同類型的鋰離子電池可用於汽車電源應用(Mousavi等)。
在我們的案例中，選擇KOKAM電池(40HED)組成電池組。超級電容器不像鋰離子電池那樣儲存那麼多能量，但能夠非常迅速地釋放和積累這些能量(高功率密度)。為此，這些裝置適用於大功率車輛應用，提供加速車輛所需的動力或在制動階段恢復可用能量。
在本研究中，我們選擇了350/2.7的Maxwell技術。這些細胞的特徵。為了將高能量存儲系統(如鋰電池)與輔助能量存儲系統(如同一直流母線中的超級電容器)相關聯，文獻中提出了幾種配置(Kohler等)
在我們的案例中選擇了其中一種配置，其中所選的架構是基於電池直接連接到直流總線而不需要轉換器，另一方面，超級電容器組通過雙向dc/dc轉換器連接到直流總線。為了確定嵌入式儲能系統的尺寸，需要建立汽車運動的動力學模型。
這使我們能夠計算電力推進所需的功率和能量，使我們能夠估計任何行程的理論電動汽車需求。因此，通過對電動汽車模型的仿真得到功率和能量曲線，其中輸入是設定點行駛周期(車輛根據時間的速度)。
然而，駕駛周期(UDC, NEDC, ARTEMIS)是由不同的國家和組織以各種方式評估車輛的性能，例如燃料消耗和污染任務。在我們的研究中，使用平均斜率為2.5%的阿爾忒彌斯周期來確定HESS的大小。顯示了城市和道路ARTEMIS循環。
所使用的模型考慮了幾種力，以及道路和速度剖面，Mesbahi等人詳細介紹了這些力的發展。在本研究中，電動汽車的行駛里程設定為150公里，為了達到這個距離，ARTEMIS行駛循環必須重複7次。顯示了不同行駛周期的典型所需功率和能量。
電動汽車的推進功率中用正部分定義，其中制動階段的回收功率用負值表示。然而，能源需求是通過整合電動汽車的功率來計算的。。
鋰離子電池以其巨大的優勢被譽為最有發展前途的綠色電池，受到大多數新能源汽車的青睞。然而，電池是一個非線性系統，大多數研發團隊通常使用的模型可以分為兩種典型:電化學模型和等效電路模型(ECM)。
在這種情況下，等效電路模型是表示鋰離子電池動態行為的最常見和最直接的方法。採用這種建模方法，鋰離子電池電芯可以用開路電壓(OCV)表示，兩個RC電路串聯連接，表示電荷轉移和擴散過程，
以及雙層電容現象，串聯電阻R0表示內阻。然而，在我們的應用中，OCV(soc)的值取決於soc和電流方向，以及串聯電阻R0。幾年來，為了改善汽車應用中的能量存儲，超級電容器是一項很有前途的技術。
為了對超級電容器電池進行建模，文獻中提出了電化學模型和等效電路模型等多種模型類型。然而，超級電容器的等效電路模型在電力應用中是非常有用和可靠的。因此，超級電容器模型比其他模型更受青睞，因為它更能代表組件內部出現的物理現象(離子遷移到具有不同可及性的多孔電極中)(Rizoug等)。
然而，元素rs對應於由金屬導體和電解液引起的串聯電阻。因此，由無窮小的電阻和電容組成的無限階梯網絡表示超級電容器的孔隙阻抗。其中RBF和RHF對應主要通過頻率特性識別的傳輸線參數。
參數a、b、c表示電容隨工作電壓變化的擬合參數。這些參數是通過使用超級電容器電池放電/充電測試的時間表徵來確定的(Rizoug等)。在本文中，電動汽車是由電動機驅動，使用鋰離子電池，和超級電容器組作為嵌入式儲能能源效率系統。
為此，必須確定HESS的大小，以確保維護由需求定義的自主性和能力。然而，在我們的例子中，電動汽車的行駛里程被設定為150公里。電池組的大小將確保在150公里的電動汽車續航里程下ARTEMIS行駛周期的能量，其中消耗的能量EV_cons呈現電池組產生的最大能量。
為了實現全尺寸的電池組，確定電池單元數Nbat_cells = Nbat_p。Nbat_p是一個必要步驟。因此，我們需要知道許多參數，如速度分布、制動階段的功率回收率和放電深度DOD。這樣，電池組能量就可以通過。
在混合存儲系統的情況下，能量管理策略允許在兩種存儲技術(電池和超級電容器)之間分配任務功率。功率任務是用速度任務來計算的。由電池和超級電容器組成的混合存儲系統的電源管理原理。
近年來，人們提出了幾種混合儲能系統的管理策略。這些方法可以分為基於規則的方法和基於優化的控制策略。基於規則的方法可以通過不同的方式獲得，例如，通過負載功率濾波，電池功率的限制。
由於所有這些傳統策略都遵循靜態規則或僅提供靜態規則的適應性，因此它們不符合先前定義的關於目標對周圍環境重要性的靈活性和適應性的規範。報導了不同的基於優化的控制策略。
事實上，在HESS中可以優化幾個目標函數，如有效的功率分配、損耗最小化、最佳尺寸和電池壽命標準。然而，由於行駛周期的複雜性和多樣性，很難建立精確的能量管理系統數學模型。這就是為什麼經典的能源管理方法一直沿用至今的汽車電源應用。
這樣一來，車輛在城市交通中的運行就需要一種因果能量管理策略，它可以實時管理對行駛周期的隨機影響，從而管理電動汽車的電力需求。
本文從傳統的電池功率限制策略出發，針對電動汽車混合儲能系統中鋰離子電池功率應力的降低，提出了一種新的能量管理方法。該優化方法是根據充電SOC的超級電容器狀態對電池功率進行可變限制，以保證功率在HESS中的分配。
因此，我們主張的主要目標是降低RMS電池功率，並在其最高效率點運行HESS。因此，可以減少電池/超級電容器HESS的體積和質量，並延長其使用壽命。幾種電源管理策略被開發並在文獻中提出。
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