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基于电-热-老化耦合模型的脉冲负载混合储能电源系统容量配置与低温预热策略联合优化
Joint Optimization of Capacity Configuration and Low-Temperature Preheating Strategy for Pulsed Load Hybrid Energy Storage Power System Based on Electro-Thermal-Aging Coupled Model
| 作者 | 宋元明周星刘亚杰黄旭程金光 |
| 期刊 | 中国电机工程学报 |
| 出版日期 | 2025年17月 |
| 卷/期 | 第 45 卷 第 17 期 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 锂离子电池 超级电容器 混合储能系统 容量配置 低温预热策略 |
版本:
针对锂离子电池在低温下性能骤降难以满足高功率脉冲负载需求的问题，提出一种被动式锂离子电池-超级电容器混合储能系统的多目标联合优化方法。建立电-热-老化耦合模型以准确表征低温动态特性，构建以系统重量和最低工作温度为目标的联合优化模型，并采用NSGA-II算法求解。案例研究表明，在-40℃时混合储能系统质量较单一电池方案降低44.18%，平均单次脉冲成本和预热时间分别仅为后者的52.50%和35.63%，综合性能显著提升。
锂离子电池储能系统在低温下性能急剧下降,难以满足高功率脉冲负载用电需求.为此,该文提出一种被动式锂离子电池-超级电容器混合储能系统容量配置与低温预热策略多目标联合优化方法,以解决脉冲负载的低温用电问题.首先,为准确描述低温动态特性,建立被动式混合储能系统电-热-老化耦合模型.然后,以最小化混合储能系统重量与最低工作环境温度为目标建立容量配置与低温预热策略联合优化模型,并采用带精英策略的非支配排序遗传算法求解.最后,针对某型高功率脉冲负载工况开展案例研究.优化结果表明,低温下混合储能方案的系统质量与购置成本显著优于电池储能方案,-40℃下前者可减轻 44.18%的系统质量;在全温度范围内混合储能方案的单次脉冲成本与预热所需时长均优于电池储能方案,前者的平均单次脉冲成本仅为后者的 52.50%,平均预热时长仅为后者的 35.63%.
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SunView 深度解读
该电-热-老化耦合建模与多目标优化技术对阳光电源ST系列储能系统和PowerTitan大型储能方案具有重要应用价值。研究提出的锂电池-超级电容混合储能架构可直接应用于高寒地区储能项目，通过精确的电热耦合模型优化低温预热策略，可显著降低ST储能变流器在极寒工况下的启动能耗。多目标优化方法（系统重量与工作温度）为储能系统容量配置提供量化决策依据，特别适用于集装箱式PowerTitan系统的热管理设计。该技术可集成至iSolarCloud平台，实现基于老化模型的预测性维护，延长电池寿命。对于户外储能和移动储能应用场景，混合储能方案可提升系统在极端温度下的脉冲功率响应能力，增强产品环境适应性。