改善電池熱電和老化性能的鋰電池與超級電容混合儲能系統(tǒng)

電動汽車發(fā)展的一個關(guān)鍵是其能量儲存系統(tǒng)。目前，在能量儲存系統(tǒng)中多使用鉛酸、鎳氫、鋰離子和鋰聚合物等電化學存儲技術(shù)。鋰離子電池具有很高的能量密度和壽命，但由于其成本高、體積大等缺點并未大量采用。將鋰離子電池與超級電容結(jié)合構(gòu)建的混合儲能系統(tǒng)可以在增加電池容量的同時增加電池的功率密度，并降低成本。研究了鋰離子電池與超級電容相結(jié)合來改善電動汽車能源供應(yīng)系統(tǒng)的特性。

介紹了鋰離子電池和超級電容結(jié)合組成的混合儲能系統(tǒng)的特點。超級電容具有約為1～10Wh/kg的電量和約為1～5KW/ kg的高功率，充放電效率為85%～98%，放電速率為0.3～ 30s。鋰離子電池具有約為50～500Wh/kg的電量和約為10～500W/kg的功率，充放電效率為75%～90%，放電速率為0.3～3h，因而將這兩者進行結(jié)合。給出了電動汽車模型和混合儲能系統(tǒng)模型，建立的混合儲能系統(tǒng)模型主要是熱電模型和老化模型的結(jié)合?；旌蟽δ芟到y(tǒng)的使用將增加能源供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復雜性，因而需要一個可靠的能源管理策略對系統(tǒng)性能進行全局優(yōu)化，使其不僅有助于提升車輛的性能和壽命，而且可以減輕儲能系統(tǒng)的質(zhì)量、減小尺寸和降低成本等。制定混合儲能系統(tǒng)管理策略的主要目標是通過實時監(jiān)控超級電容和鋰離子電池的功率流，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)在最高效率點工作。對建立的混合儲能系統(tǒng)模型進行了仿真，數(shù)據(jù)選自高功率、輕質(zhì)量的麥斯威爾超級電容器和柯卡姆公司生產(chǎn)的鋰離子電池，利用Matlab/Simulink建立車輛動力學模型，選用Artemis循環(huán)工況，循環(huán)7次，計算電動汽車所消耗的功率和電量，并對制定的管理策略進行驗證。結(jié)果顯示，采用混合儲能系統(tǒng)與僅使用鋰離子電池相比具有較長的使用壽命和較高的效率。

T.Mesbahietal.7thIET InternationalConferenceon PowerElectronics，Machines andDrives，Manchester April 08-10，2014.

編譯：李臣