锂离子电池/超级电容器混合储能系统能量管理方法综述

锂离子电池/超级电容器混合储能系统因其良好的性能、较低的成本和较强的通用性,已成为应用最为广泛的混合储能系统。能量管理技术是混合储能系统的核心技术之一,也是当前主要的研究热点。为了系统地对混合储能系统能量管理方法进行综述,本文首先对锂离子电池/超级电容器混合储能系统的拓扑结构、能量管理架构以及功率分配控制进行了介绍;而后,本文将现有的混合储能系统能量管理方法分为基于经验、基于优化、基于工况模式识别和基于机器学习5大类并进行了详细的对比分析,重点针对规律性工况与随机性工况讨论了各类能量管理方法的效能,并分析了各类方法的鲁棒性与计算复杂度;最后,本文对现有的能量管理方法进行了总结,并对该领域未来的研究方向和发展趋势进行了展望。综合分析表明,提高对随机性负载未来工况的预测精度、建立更加精准的混合储能系统模型并通过云端协同进一步提升能量管理方法的实时性将是未来混合储能系统能量管理研究的重点。

基于最优功耗的燃料电池/超级电容混合动力系统能量管理方法研究

[目的]随着科技发展与我国“双碳”进程的稳步推进,氢能在城市交通中的应用也日益增加;为降低数轨电车用燃料电池/超级电容混合动力系统整体能耗,提出了一种基于最优功耗的能量管理方法。[方法]以数轨电车在不同运行状态下的功耗分布为基础,通过拟合近似的方式,并结合燃料电池系统与超级电容系统的功耗模型,联合构建了混合动力系统的瞬时功耗函数;通过对功耗函数的寻优与求解,得到燃料电池系统的最佳输出功率;基于半实物仿真平台及数轨电车的实际运行数据,验证了所提方法的在线控制能力。[结果及结论]燃料电池系统在所提方法的控制下,在复杂工况下保持了较为稳定的输出功率,且平均电氢转化效率达54.84%,这能够有效降低数轨电车的运维成本。

超级电容及能量管理系统在起重机中的应用

为使起重机在落货时,通过控制DC/DC变换器,用超级电容回收再生能量,根据起重机的工作特点,在VB 6.5环境下,设计通信和动态数据处理程序,构建采用超级电容及能量管理系统的能量管理实时监控系统.实验装置的试验结果表明,采用能量管理实时监控系统,可以控制超级电容充电时间,提高装卸机械的运行性能.

燃料电池/超级电容器混合发电系统能量管理策略

给出由燃料电池和超级电容器构成的混合发电系统的能量管理策略。在拓扑分析的基础上,制定了双向、单向DC/DC变换器的控制策略。在微分平滑理论的基础上,给出了基于超级电容器电流的直流母线电容能量动态轨迹规划方案,在实现负载快速跟踪的同时,缓解了超级电容器的暂态大电流状况。提出了燃料电池输出功率的模糊控制律,充分考虑燃料电池与超级电容器的工作状态,调节燃料电池出力,在保证负载正常供给的前提下,维持超级电容器储能为给定值。引入了超级电容器及燃料电池电流饱和方程,确保发电系统安全运行及其使用寿命。仿真分析验证了该能量管理策略的正确性,还展示了该发电系统对负载功率的调节作用。

超级电容器组及能量管理系统

介绍了单体超级电容器的特点及超级电容器组的构成。作为能量供应单元在高压大容量实际应用中超级电容器需要串并联应用,由于各单体电容器参数的不一致,采用了软硬件相结合的方法来提高其利用率和整体系统的稳定性,并对研制开发的单体电容器均压电路及电容器组能量管理系统做了详细的阐述。

动力电池-超级电容混动车辆能量管理研究

由于混合动力客车具有长行驶里程、高负荷承载等运行特点,设计合理的能量管理策略以降低系统的整体能量损失对整车的节能运营具有重要意义。这里基于一种深度强化学习方法(即深度确定性策略梯度算法),设计了面向动力电池-超级电容的混合动力客车最优能量管理策略,较传统的强化学习控制策略相比,所提出的策略通过引入神经网络,避免了求解过程中对连续状态和动作变量的离散化,提高了控制精度。另外,通过利用动态规划算法预先求解最优控制策略,并将策略经验纳入经验池,使后续网络参数训练时能根据最优经验较快获得最佳网络参数,加速了网络的收敛速度,提高了控制策略的最优性。结果表明,所提出的控制策略较传统的Q-learning算法,可实现系统整体能耗下降10.3%;与基于动态规划的最优控制策略相比,能耗仅增加2.05%,证明了所提出控制策略的最优性。

锂离子电池/超级电容器混合系统的能量管理

为使锂离子电池与超级电容器合理地配合工作,提出基于逻辑门限的能量管理策略与改进的模糊控制的能量管理策略;再将两种管理策略复合,确定最终的能量管理策略。用Matlab/Simulink对以上3种能量管理策略进行仿真分析,设计的能量管理策略可在系统能耗基本不变的基础上,发挥超级电容器的辅助作用,合理分配能量,降低电池损耗,延长电池的使用寿命。在城市道路循环(UDDS)和欧洲经济委员会(ECE)工况下,电池损耗相比于单一能源分别降低43.4%和46.3%。

基于蝗虫算法的城轨超级电容储能系统能量管理参数优化

城轨间距短、站点多,每个站之间存在输电线路的功率消耗,为了避免城轨站之间的线损消严重,提出了一种基于蝗虫优化算法的城轨超级电容储能系统能量管理参数优化方法。首先建立城轨双超级电容储能系统模型,超级电容储能系统电压阈值控制参数和双闭环控制策略的PI控制参数能影响两站之间的线损消耗,以两站之间的线损消耗最小为目标函数,采用蝗虫算法优化超级电容储能系统能量管理参数。最后通过Matlab试验仿真验证了此方法的有效性,该方法与粒子群优化算法(PSO)相比线损消耗明显降低,达到节能效果。

蓄电池和超级电容储能的独立光伏系统能量管理研究

设计了一种新的基于混合储能的独立光伏系统拓扑,采用直流母线结构,蓄电池通过有源并联控制器与直流母线连接,实现充放电流的可控性,避免了传统拓扑中蓄电池直接与直流母线相连引起过流的缺点。同时采用超级电容和蓄电池混合储能,充分利用超级电容功率密度大的优点,对光伏电池输出滤波,减小蓄电池充放电流,减少充放电小循环的发生。并提出了相应的混合储能光伏系统的能量管理策略,保证系统正常运行,使蓄电池工作在优化的充放电状态,延长蓄电池的使用寿命,减小系统投资。最后通过仿真试验,验证了本文提出的能量管理策略的有效性和可行性。

基于级联多电平直流变换器的超级电容储能系统能量自均衡控制策略

储能系统中能量均衡控制是亟需解决的关键问题之一。针对级联多电平超级电容储能系统,提出一种能量自均衡控制策略。该策略利用超级电容荷电状态(SOC)建立半桥子模组独立电流闭环系统,使各子模组平均工作电流可根据超级电容SOC进行独立控制。因此,在不影响系统电流响应的前提下,该策略可直接利用系统电流进行模组间能量均衡。同时,为了解决能量均衡过程中均衡速度降低的问题,设计一种基于SOC的权重系数以提升均衡速度。该策略不仅不影响储能系统稳定母线电压的能力,同时还避免外加均衡电路的使用,简化了储能系统的整体控制策略。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

基于超级电容器储能的交直交变频驱动系统制动能量综合回收利用方法研究

交直交变频驱动系统已经在工农业生产中得到了广泛的应用,但是大部分都采用能耗制动,造成了能量的巨大浪费。采用超级电容器储能的制动能量回收利用系统,能够在电机制动时回收制动能量,并在电机启动或加速时释放出去,从而实现能量的节约利用。然而,该方案存在储能容量配置较大、价格昂贵等缺点,制约了其推广应用。该文以提高制动能量回收利用系统性价比为目标,提出制动能量综合回收利用方法以及超级电容器储能单元储能量和充放电变流器功率优化设计方法,设计交直交变频器、储能单元、制动电阻之间无需通讯线的协调控制策略,并通过在石油钻机上的示例分析和仿真验证所提方法的正确性和有效性。

压缩空气与超级电容混合储能系统能量控制策略

结合压缩空气储能和超级电容储能两种储能方式的特点,提出了一种混合储能技术方案.压缩空气储能作为主要能量存储环节,实现大容量存储和持续的能量转化;超级电容储能作为辅助储能环节,实现功率快速响应和间断的能量补充.本文研究了混合储能系统的能量管理控制策略,提出了采用自适应功率调节和规则基础法控制来实现能量分配管理的策略,设计了15 kW混合储能系统的参数.仿真和试验验证了控制方案的可行性.

基于超级电容储能与电压型变流器的电梯能量回收系统效率优化控制策略

为提高电梯制动能量回收系统的效率,针对四象限电压型变流器（VSC）小功率下效率低的弊端,提出结合超级电容储能的电梯电机能量回收系统的效率优化控制策略.系统通过VSC统一进行能量管理,消除了引入双向DC-DC变流器带来的开关损耗和滤波电感损耗,同时根据负载功率的不同情况来选择性地开启、关闭VSC,从而使系统始终运行在效率最优的状态中.由于VSC对超级电容的功率进行了限制、分流,因此避免了其他文献中出现的储能器端压变化大、容易超出范围的问题,增大了超级电容的利用率.最终通过模拟电梯系统负载的仿真和对照实验证明了该控制策略的可行性与稳定性,比单一四象限变流器能量回收系统的效率提高2.7％ ～23.2％.

燃料电池/超级电容器混合发电系统能量管理探讨

从目前的形式上看,空气质量中的雾霾天气在一定的程度上已经影响到了人们的正常生活和工作。其中,汽车尾气贡献率高达四分之一;混合动力汽车和电动汽车、燃料电磁汽车等新能源汽车发展中,燃料电池是新能源汽车的理想动力源。是一种高效、环境友好新型发电装置。一般的情况下,可以组合混合动力装置,从宏观的角度上,解决环境污染和能源紧缺的想象。

基于超级电容的车载电池管理系统设计

电池管理系统直接检测及管理电动车辆的储能电池运行的全过程,是电动车辆的重要组成部分。设计了一种基于超级电容电池的车载电池管理系统,通过测量超级电容电池的电压、温度和电流以及计算电池组的荷电状态(SOC),实现对超级电容电池组的监控和管理,对以超级电容电池作为动力源的电动车辆的电池管理方面具有很好的实际应用价值。

超级电容主动补偿的燃料电池管理系统设计

针对车用燃料电池发动机关键部件膜电极的劣化模式,提出了一种基于超级电容主动补偿的燃料电池堆膜电极单体电压平衡控制方法,采用在燃料电池堆每个膜电极单体中都加入独立的主动补偿控制电路和独立的超级电容单体储能的电路结构,分别设计了主动补偿控制电路和燃料电池管理控制电路,实现了对每个膜电极单体工作电压的实时精确控制。

基于LTC6803-3的超级电容器组管理系统

超级电容器具有循环使用寿命长、充放电速度快、功率密度大等特点。由于单体电容量的差异,在数个充、放电循环后,单体电压差异加大,导致超级电容器组输出功率降低和老化加速。为此,提出了一种实用的基于电池组监控芯片LTC6803-3的超级电容器组管理系统,系统采用STM32F103为控制核心,主要功能包含电容器组的单体电压、温度、电流监测和电压均衡控制。介绍了系统的硬件和软件,测试了系统的动态性能和精度。测试结果验证了该方法的有效性。

LTC6803-4在超级电容器组管理系统中的应用

针对超级电容器在串联使用过程中存在的单体电压差异大而导致超级电容器组的储能效率降低和加速老化的问题,提出了一种应用电池组监控芯片LTC6803-4的超级电容器组管理系统,实现超级电容器组的单体电压、温度监测和电压均衡等功能。实验结果表明,该方法检测精度高,速度快,功耗低,可对串联超级电容器组进行有效的监控和管理。

锂电池-超级电容混合系统能量管理与仿真

为了解决储能蓄电池作为动力源应用电动汽车的单一化等不足,在对锂电池与超级电容的外部工作特性及其储能机理理论研究基础上,提出锂电池-超级电容混合电动汽车能量系统。首先基于超级电容内部化学反应与外部工作特性,提出等效电路模型,并建立了其时域状态空间模型。接下来制定脉冲电流实验方案采集电压实验数据,辨识得到准确的超级电容模型,并通过模型仿真曲线与实验曲线的对比来验证模型的准确性。然后结合电动起实际工况及电池和超级电容储能机理,提出超级电容-电池电动汽车能量管理策略,最后基于超级电容模型和电池模型,在matlab/simulink仿真实验平台搭建起超级电容-电池混合电动汽车能量仿真模型,仿真结果验证管理策略的可行性和准确性。

基于超级电容的抽油机制动能量回收系统研究

针对游梁式抽油机系统的“倒发电”现象,传统的能耗制动和回馈制动造成电能浪费和谐波污染等问题,制动能量得不到合理利用.采用超级电容储能的制动能量回收系统,能够在抽油机电机处于再生发电状态时回收能量,并在电机处于电动状态时将能量释放,实现系统的节能降耗.然而,该方案存在储能装置容量配置较大、成本较高等不足,限制了其推广和应用.文章提出基于功率-容量约束的超级电容器模组参数配置方法,该方法以提高超级电容储能系统的性价比为目标,对储能系统的初始充电电压进行优化;以抽油机再生制动能量的有效回收和及时释放为前提,制定储能系统控制策略.仿真结果验证了所提参数配置方法及控制策略的有效性和可行性,满足节能效果和系统成本双优的目的.