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🔥 内容介绍
一、引言
随着环保意识的增强和对可持续交通的追求，电动汽车（EV）得到了广泛发展。然而，传统单一电池储能系统在应对电动汽车复杂工况时存在一些局限性，如功率密度不足、充放电效率低等。引入超级电容器与电池组成混合储能系统（HESS），并设计合理的能源管理系统（EMS），可以有效提升电动汽车的性能，优化能量利用效率。
二、混合储能系统组成
电池：通常采用锂离子电池，因其具有高能量密度，能够为电动汽车提供持续的能量供应，满足车辆长距离行驶的需求。例如，常见的三元锂电池或磷酸铁锂电池，它们具有不同的特性，三元锂电池能量密度高，但安全性相对较低；磷酸铁锂电池安全性好，成本较低，但能量密度略逊一筹。
超级电容器：具有高功率密度，能快速充放电，可有效应对电动汽车在加速、制动等工况下的瞬时大功率需求，同时减少电池的大电流充放电次数，延长电池寿命。其工作原理基于双电层电容和法拉第准电容，能够在短时间内存储和释放大量能量。
三、能源管理系统策略
（一）基于规则的能源管理策略
功率分配规则：根据电动汽车的行驶工况（如加速、匀速、减速、制动等），制定电池和超级电容器之间的功率分配规则。例如，在车辆启动和加速阶段，超级电容器提供主要的功率支持，因为其能够快速响应大功率需求；在匀速行驶时，电池提供稳定的能量输出，以维持车辆的正常行驶；在制动过程中，优先将回收能量存储到超级电容器中，当超级电容器充满后，再将多余的能量存储到电池中。
状态监测与切换：实时监测电池和超级电容器的状态，包括荷电状态（SOC）、电压、电流等参数。当电池的 SOC 低于某一阈值时，适当调整功率分配，减少电池的输出功率，避免电池过度放电；当超级电容器的 SOC 过高或过低时，采取相应措施进行调整，确保其在合理的工作范围内。
（二）优化算法 - 基于模型预测控制（MPC）
系统建模：建立电动汽车混合储能系统的动态模型，包括电池和超级电容器的电学模型、车辆动力学模型等。例如，电池的等效电路模型可以描述电池在不同充放电状态下的电压、电流变化；车辆动力学模型可以根据车辆的质量、阻力系数等参数，预测车辆在不同工况下的功率需求。
预测与优化：利用 MPC 算法，根据当前的系统状态和未来一段时间内的行驶工况预测（可通过车辆行驶模式识别或导航信息获取），预测电池和超级电容器的功率输出，并通过优化目标函数（如最小化能量损耗、最大化电池寿命、满足车辆功率需求等），计算出最优的功率分配策略。在每个控制周期内，根据实际测量值对预测模型进行更新，以实现实时优化控制。
⛳️ 运行结果
📣 部分代码
%% ---------------------- VEHICLE & ENVIRONMENT ---------------------------g = 9.81; % m/s^2rho_air = 1.225; % kg/m^3mass_veh = 1550; % kg (incl. driver)A_frontal = 2.25; % m^2Cd = 0.27; % -Cr = 0.0125; % rolling resistance coeffwheel_radius = 0.315; % mgear_ratio = 9.2; % single-speed reductiondriveline_eff = 0.97; % gearbox/driveshaft efficiency%% ---------------------------- BATTERY PACK ------------------------------capacity_kWh = 62; % kWhV_nom = 360; % nominal pack voltage (V)V_min = 280; % min allowed pack voltageV_max = 420; % max allowed pack voltageSOC_init = 0.90; % initial SOC (fraction)SOC_min = 0.10; % soft lower boundSOC_max = 0.98; % charge ceiling for regen limiting% Internal resistance & OCV (simple but realistic-ish)R0_ohm = 0.09/100; % base pack resistance (~0.0009 Ohm)R_scale_SOC = [0 0.2 0.5 0.8 1.0];R_mult_SOC = [1.25 1.15 1.0 0.95 0.95]; % lower at mid-SOC
🔗 参考文献
[1]乔亮波,张晓虎,孙现众,等.电池-超级电容器混合储能系统研究进展[J].储能科学与技术, 2022, 11(1):9.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0229.
