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储能系统技术
★ 5.0
基于S型函数的全主动拓扑结构串联式混合动力汽车能量管理系统
Energy Management System Based on S-Shaped Functions for Series Hybrid Vehicle Under a Fully Active Topology
| 作者 | Márcio Von Rondow Campos · Lucas Jonys Ribeiro Silva · Thales Augusto Fagundes · Rodolpho Vilela Alves Neves · Vilma Alves Oliveira · Ricardo Quadros Machado |
| 期刊 | IEEE Transactions on Vehicular Technology |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 能量管理系统 串联混合动力汽车 功率分配 S形函数 元启发式优化 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种应用于串联式混合动力汽车(SHV)的能量管理系统(EMS),该汽车由内燃机(ICE)和包含化学电池与超级电容器的混合储能系统(HESS)提供动力。考虑到内燃机 - 发电机机组和混合储能系统的效率受限于特定的功率注入运行范围和瞬态响应,该能量管理系统可在全主动拓扑结构下实现内燃机和混合储能系统之间的功率分配,以提高控制灵活性。在此背景下,采用S形函数进行功率分配,该函数着重于最大限度地提高超级电容器的利用率,以降低燃油消耗和电池电流应力。S形函数的优点在于其易于配置且控制参数数量减少。此外,采用元启发式优化方法根据各电源的要求对S形函数进行调整,以在标准驾驶循环中实现最优性能,同时运用李雅普诺夫间接法对控制策略进行稳定性分析。最后,通过实验和计算机仿真,将所提出的能量管理系统与传统方法及最优方法进行对比,评估其有效性。
English Abstract
This paper proposes an energy management system (EMS) applied to a series hybrid vehicle (SHV) powered by an internal combustion engine (ICE) and a hybrid energy storage system (HESS) consisting of chemical batteries and supercapacitors. The EMS enables power sharing among the ICE and the HESS under a fully active topology to improve control flexibility, considering that the ICE-generator set and HESS efficiencies are limited to a specific power injection operating range and transient responses. In this context, power sharing is performed using S-shaped functions that focus on maximizing supercapacitor usability to reduce fuel consumption and battery current stress. The advantage of the S-shaped function lies on its easy configuration and reduced number of control parameters. Additionally, meta-heuristic optimization is used to tune the S-shaped functions according to the sources requirements for optimal performance in standard driving cycles, while Lyapunov’s indirect method performs the stability analysis of the control strategy. Finally, experimental and computational simulations are accomplished to evaluate the effectiveness of the proposed EMS compared with traditional methods and an optimal approach.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统和新能源综合解决方案的业务视角来看,该论文提出的基于S型函数的能量管理系统具有显著的技术借鉴价值。论文针对串联混合动力车辆中电池与超级电容混合储能系统的协同控制问题,提出了一种优化功率分配策略,这与我司在储能系统多能源协调管理方面的技术需求高度契合。
该技术的核心价值在于通过S型函数实现了电池与超级电容之间的智能功率分配,最大化超级电容的利用率以降低电池电流应力,这一思路可直接应用于我司光储一体化系统和工商业储能产品中。当前我司储能系统面临频繁充放电导致的电池寿命衰减问题,该技术通过让超级电容承担高频功率波动,电池处理稳态功率需求,能够有效延长电池使用寿命,降低系统全生命周期成本。特别是在光伏发电波动性较大的应用场景中,这种混合储能架构配合优化的能量管理策略具有显著优势。
技术成熟度方面,论文采用的元启发式优化算法和李雅普诺夫稳定性分析为控制策略提供了理论保障,且S型函数参数配置简单,便于工程实现。但从产业化角度看,仍需关注几个挑战:一是超级电容成本较高,需评估经济性;二是全主动拓扑结构增加了功率电子器件数量,对我司变流器设计提出更高要求;三是实际光伏-储能系统的工况比车辆更复杂,算法需要针对性调优。
建议我司储能研发团队深入研究该技术,探索在微电网、调频调峰等高频响应场景的应用潜力,这将进一步巩固我司在智能储能系统领域的技术领先地位。