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混合動力電動汽車用超級電容體積和電池循環(huán)壽命優(yōu)化

由于高的峰值功率和加減速時苛刻的充放電要求，以及在城市駕駛條件下，電動汽車（EV）的電池往往會加速老化。過大的能量存儲系統(tǒng)（ESS）雖然可以滿足高功率需求，但卻增加了ESS的體積和成本。為了減小整體的ESS尺寸并延長電池的循環(huán)壽命，電池/超級電容器（UC）混合式能源儲存系統(tǒng)（HESS）被認(rèn)為是一種解決方案，其中，UC充當(dāng)功率緩沖器，在需要提供峰值功率時充/放電。提出了多目標(biāo)優(yōu)化問題，以減小ESS體積，采用補(bǔ)償函數(shù)以最大化電池的循環(huán)壽命。使用了Autonomie仿真模型集成框架。以樣本為基礎(chǔ)進(jìn)行多維優(yōu)化，采用全局搜索算法和直接算法來實現(xiàn)。將在UDDS循環(huán)工況的優(yōu)化結(jié)果與僅有ESS電池的結(jié)果相比較表明，電池的循環(huán)壽命延長了76%；可以提供更長行駛距離的高能量密度電池，在EV中有很好的應(yīng)用。眾所周知，UC具有極高的功率密度、高循環(huán)壽命和循環(huán)效率。高能量密度電池和超級電容器包集成在EV動力總成中形成了ESS，其結(jié)合了電池的高密度特性和電容的高功率特性，因此HESS可以具有更小的體積和更大的能量存儲。

電池和UC的結(jié)合也增強(qiáng)了電池的循環(huán)壽命，通過峰值功率補(bǔ)償，改進(jìn)了動態(tài)性能，減輕了熱負(fù)擔(dān)。對ESS的體積/質(zhì)量、電池循環(huán)壽命、經(jīng)濟(jì)成本、車輛整體效率進(jìn)行了研究。提出了ESS的設(shè)計方法，根據(jù)該瞬時功率需求和限制，確定ESS的體積和負(fù)荷要求。對電池的體積和其成本之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。此外，研究了電池/UC體積對HESS效率和電池循環(huán)壽命延長的影響。提出了基于電池壽命退化模型，以及HESS體積和電池的循環(huán)壽命優(yōu)化的集成框架。

刊名：IEEE Transactions on Industrial Informatics（英）

刊期：2013年第7期

作者：Junyi Shen et al

編譯：李雪