锂电池与超级电容混合储能系统的优化配置与能量管理
发布时间：2021-12-17 14:44
发展面向未来的新能源电动汽车已成为世界各主要国家的共同选择。当前以锂电池为储能核心的电动汽车,在其行驶过程中经常面临频繁、大功率负载的冲击,严重影响着储能元件的长效运行。选择将超级电容与锂电池构成混合储能系统,共同应对电动汽车复杂工况的挑战,是一种有效的解决方案。通过使超级电容承担负载功率高峰值、频繁变化的部分,能够显著降低锂电池的工作负担,改善其健康状态,继而延长其循环寿命,对于提升电动汽车的性能、加快其推广应用都具有十分重要的意义。为充分发挥混合储能系统的性能优势,本文分别从储能元件和储能系统两个层面,开展了行为建模、优化配置、能量管理等方面的具体研究,为电动汽车混合储能系统的应用和管理提供了理论创新和方法支持。本文的主要工作及创新点如下:（1）针对锂电池的容量衰减与健康状态评估问题,提出了一种电池短期与长期健康状态的预测方法。该方法通过建立考虑循环电流影响的电池老化模型,设计基于粒子滤波的状态观测器实现了模型参数跟踪与状态评估,通过实验数据验证了方法的有效性。（2）针对超级电容的建模与功率状态评估问题,构建了一种高精度超级电容模型及功率状态估计算法,该方法通过基于可变主电容的概念...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２磷酸铁锂电池反应机理??
?第１章绪论???１．２．２超级电容??．?ｎ?？?＾??＋?Ｉ、■娜?Ｇ??—＾ｒ?：｜?．．?％＆ｅ?—??电极?电极??Ｔ?ｆ?＼??电解液隔膜?活性炭??图１．３超级电容结构示意??超级电容又称为法拉第电容、双电层电容等。如图〗．３所示，超级电容主要??由正负电极、隔膜、电解液等构成。超级电容的容量远大于普通电容，有以下原??因：一方面，当超级电容的正负极板之间存在电势差时，受电场的作用，电解液??中的正负离子分别聚集到两极板附近，由于离子极性与所在极板极性相反，从而??在正负极板间形成了双电层，这也是它被称为双电层电容的原因；另一方面，由??于电极材料多孔活性炭具有很大的比表面积，使超级电容具有比普通电容大得多??的极板面积［２５］。受制于电解液的稳定性，单体超级电容的额定电压通常较低，一??般在３Ｖ以下。??由其工作原理可知，与锂电池不同，超级电容在充放电过程中不涉及化学反??应，仅发生物理变化。这就决定超级电容能够进行快速、大倍率的充放电，且几??乎没有副反应发生，从而使超级电容具有高功率密度和远超锂电池的长循环寿命??Ｒ６］??Ｏ??１．２．?３锂电池与超级电容混合储能系统??将锂电池与超级电容搭配构成混合储能系统，一方面需要对其结构展开优化??设计，以充分发挥两种储能元件的优势；另一方面，在结构己经确定的混合储能??系统中，还必须对于其能量管理策略展开优化设计，使两种储能元件在不同类型??的负载工况下始终保持最优的工作状态。因此，混合储能系统的优化配置与能量??管理是确保混合储能系统安全、高效、经济、持久运行的重要前提，也是本文所??关注的研宄重点。??混合储能系统的优
图１．４全主动式混合拓扑??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车技术现状和发展趋势分析[J]. 宋业建,郜昊强. 汽车实用技术. 2019(21)
[2]纯电动汽车发展面临的问题[J]. 王大为,罗悦齐. 汽车文摘. 2019(08)
[3]汽车电动化对中国能源结构的影响[J]. 舟丹. 中外能源. 2019(06)
[4]政策扶优扶强 新能源市场再掀波澜[J]. 马爽. 汽车与运动. 2019(04)
[5]基于参数反馈的城轨交通超级电容健康状态估算[J]. 信月,杨中平,林飞,诸斐琴. 电工技术学报. 2019(S1)
[6]固态超级电容器电解质的分类与研究进展[J]. 陈斌,吕彦伯,谌可炜,沙致远,刘欣,刘云鹏. 高电压技术. 2019(03)
[7]带超级电容储能的双向DC/DC变换器实验平台[J]. 冯兴田,张磊,高春侠. 电力系统及其自动化学报. 2018(08)
[8]从鼓励先进到制约落后 “双积分”政策折射我国新能源汽车产业发展新思路[J]. 徐晨曦. 中国战略新兴产业. 2017(33)
[9]禁售燃油车:确定中的不确定——专家纵论多国禁售燃油车[J]. 宋玉春. 中国石化. 2017(08)
[10]节能与新能源汽车技术路线图正式发布[J]. 于杰. 汽车纵横. 2016(11)
博士论文
[1]纯电动汽车用复合电源匹配与控制理论研究[D]. 张聪.吉林大学 2017
[2]动力锂电池的建模、状态估计及管理策略研究[D]. 汪玉洁.中国科学技术大学 2017
[3]客车用锂电池/超级电容复合储能系统的优化与控制[D]. 宋子由.清华大学 2016
[4]车用复合储能装置的设计与功率分配策略研究[D]. 王言子.北京理工大学 2016
[5]插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究[D]. 张潇华.北京理工大学 2015
本文编号：3540340
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２磷酸铁锂电池反应机理??
?第１章绪论???１．２．２超级电容??．?ｎ?？?＾??＋?Ｉ、■娜?Ｇ??—＾ｒ?：｜?．．?％＆ｅ?—??电极?电极??Ｔ?ｆ?＼??电解液隔膜?活性炭??图１．３超级电容结构示意??超级电容又称为法拉第电容、双电层电容等。如图〗．３所示，超级电容主要??由正负电极、隔膜、电解液等构成。超级电容的容量远大于普通电容，有以下原??因：一方面，当超级电容的正负极板之间存在电势差时，受电场的作用，电解液??中的正负离子分别聚集到两极板附近，由于离子极性与所在极板极性相反，从而??在正负极板间形成了双电层，这也是它被称为双电层电容的原因；另一方面，由??于电极材料多孔活性炭具有很大的比表面积，使超级电容具有比普通电容大得多??的极板面积［２５］。受制于电解液的稳定性，单体超级电容的额定电压通常较低，一??般在３Ｖ以下。??由其工作原理可知，与锂电池不同，超级电容在充放电过程中不涉及化学反??应，仅发生物理变化。这就决定超级电容能够进行快速、大倍率的充放电，且几??乎没有副反应发生，从而使超级电容具有高功率密度和远超锂电池的长循环寿命??Ｒ６］??Ｏ??１．２．?３锂电池与超级电容混合储能系统??将锂电池与超级电容搭配构成混合储能系统，一方面需要对其结构展开优化??设计，以充分发挥两种储能元件的优势；另一方面，在结构己经确定的混合储能??系统中，还必须对于其能量管理策略展开优化设计，使两种储能元件在不同类型??的负载工况下始终保持最优的工作状态。因此，混合储能系统的优化配置与能量??管理是确保混合储能系统安全、高效、经济、持久运行的重要前提，也是本文所??关注的研宄重点。??混合储能系统的优
图１．４全主动式混合拓扑??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车技术现状和发展趋势分析[J]. 宋业建,郜昊强. 汽车实用技术. 2019(21)
[2]纯电动汽车发展面临的问题[J]. 王大为,罗悦齐. 汽车文摘. 2019(08)
[3]汽车电动化对中国能源结构的影响[J]. 舟丹. 中外能源. 2019(06)
[4]政策扶优扶强 新能源市场再掀波澜[J]. 马爽. 汽车与运动. 2019(04)
[5]基于参数反馈的城轨交通超级电容健康状态估算[J]. 信月,杨中平,林飞,诸斐琴. 电工技术学报. 2019(S1)
[6]固态超级电容器电解质的分类与研究进展[J]. 陈斌,吕彦伯,谌可炜,沙致远,刘欣,刘云鹏. 高电压技术. 2019(03)
[7]带超级电容储能的双向DC/DC变换器实验平台[J]. 冯兴田,张磊,高春侠. 电力系统及其自动化学报. 2018(08)
[8]从鼓励先进到制约落后 “双积分”政策折射我国新能源汽车产业发展新思路[J]. 徐晨曦. 中国战略新兴产业. 2017(33)
[9]禁售燃油车:确定中的不确定——专家纵论多国禁售燃油车[J]. 宋玉春. 中国石化. 2017(08)
[10]节能与新能源汽车技术路线图正式发布[J]. 于杰. 汽车纵横. 2016(11)
博士论文
[1]纯电动汽车用复合电源匹配与控制理论研究[D]. 张聪.吉林大学 2017
[2]动力锂电池的建模、状态估计及管理策略研究[D]. 汪玉洁.中国科学技术大学 2017
[3]客车用锂电池/超级电容复合储能系统的优化与控制[D]. 宋子由.清华大学 2016
[4]车用复合储能装置的设计与功率分配策略研究[D]. 王言子.北京理工大学 2016
[5]插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究[D]. 张潇华.北京理工大学 2015
本文编号：3540340
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