基于超級電容的混合能源系統(tǒng)的建模分析和控制.pdf

1、目前，鋰電池和超級電容是兩個新興的儲能設備。超級電容的功率密度和循環(huán)壽命要優(yōu)于鋰電池，但其能量密度低于鋰電池。所以把電池和超級電容結合起來能夠提供一個穩(wěn)定的、高效的能源系統(tǒng)。然而電池和超級電容具有不同的系統(tǒng)特性，所以定量分析電池超級電容混合能源系統(tǒng)特性成為了一項重要的研究內(nèi)容。
　　本研究首先建立了電池和超級電容的電氣模型和熱模型，并用實驗數(shù)據(jù)來驗證了模型的精度。然后本研究基于電氣模型來定量的分析電池超級電容混合能源系統(tǒng)在不同系統(tǒng)

2、參數(shù)和拓撲結構下的效率特性。利用基于Sobol指數(shù)的敏感性分析來研究系統(tǒng)效率對負載特性，電池荷電狀態(tài)和直流變換器效率的敏感程度。然后利用仿真和實驗結果，根據(jù)針對影響效率最敏感的參數(shù)選出不同拓撲結構下電池超級電容混合能源系統(tǒng)的適用范圍。同時，采取相同的方法，根據(jù)電池熱模型來定量研究不同電池超級電容混合能源系統(tǒng)中電池溫升特性。仿真和實驗結果表明在同一負載條件下，電容半主動拓撲結構中的電池溫升最小。本研究設計電池老化試驗，定量的分析電池在不同

3、大小超級電容包的情況下的老化趨勢。
　　本研究根據(jù)以上的分析結果，針對半主動電池超級電容混合能源系統(tǒng)提出了基于等效內(nèi)阻的實時控制算法。在該算法中，平均負載電流由電池承擔，其余的動態(tài)電流根據(jù)電池和超級電容的內(nèi)阻比以及超級電容的荷電狀態(tài)來動態(tài)分配。比較結果驗證了在基于等效內(nèi)阻的實時控制算法條件下，電池超級電容混合能源系統(tǒng)的效率能夠趨近于理論最優(yōu)解。然后，本研究針對燃料電池-鋰電池-超級電容混合能源系統(tǒng)提出一個基于雙層結構的能量管理算法

4、。該算法旨在將一個多能源系統(tǒng)拆分成多個雙能源系統(tǒng)，從而使用已有基于的雙能源系統(tǒng)開發(fā)的算法來解決三個以上能源系統(tǒng)之間的能量分配問題，縮短算法的開發(fā)周期。在該兩層控制架構中，在第一層電池和超級電容被看做單個儲能系統(tǒng)，所以可以利用基于雙能源系統(tǒng)開發(fā)的等效能耗最小策略法將負載需求分配給燃料電池和該混合儲能系統(tǒng)。在第二層中，該儲能系統(tǒng)所需承擔的功率需求根據(jù)等效內(nèi)阻法來實時分配給電池和超級電容。結果表明，相比于基于簡單規(guī)則的控制策略，本研究所提出的