混合动力CAT蓄电池储能系统在轻型电动车中的应用——从实验室到实际运行测试

本文旨在前进铅酸电池的运用寿数电池该系统广泛运用于低速电动车或特种车辆，由于铅酸电池的循环寿数与放电深度和电解液温度呈非线性相关。本研讨提出的处理方案是将铅酸电池与小型磷酸铁锂电池仅运用一个二极管。该联接方法简略，且无需选用自动控制的变流器。这一理念通过实验的各个阶段进行了验证——从循环寿数改善的初始核算与模仿，到实验室实验，直至实践运转环境测试。所得效果证明了研讨的首要假定：在...（注：原文末尾不完整，此处保存未完成句式）放电深度铅酸蓄电池的跋涉旅程前进约17%——根据制造商供给的特性数据，这意味着循环寿数可前进30%——一起下降了...均方根铅酸电池的均方根电流和最大电流值别离下降约40-50%和26%。车辆续航旅程亦得到前进。该处理方案已成功推向市场，现在运用于少数轻型电动汽车。

导语

胶体和吸收性玻璃纤维隔板（AGM）铅酸（LA）蓄电池仍是低速小型电动车辆（EV）最常用的技术方案。比较锂离子电池，其本钱更低、易于回收，且在恶劣工况下具有相对较好的耐久性。可是该类电池存在显着缺陷：无法耐受低荷电状况（SoC）、欠充电、过电流以及不频频充电等工况，这些要素会加速硫酸盐化进程并导致电池功用加速衰减[[1], [2], [3]]。这些影响关于依托铅酸电池的轻型电动车辆尤为显着——这类车辆通常仅运用约30%的满电续航旅程，且运用后往往不及时充电。
在此类运用中，将铅酸蓄电池（LA）与锂离子电池以混合储能系统（HBES）形式联接具有显着优势。锂离子电池因其在低荷电状况（SoC）作业条件下的耐久性，被优先配置为高优先级放电单元，并在峰值功率需求（如加速工况）时与铅酸蓄电池协同承当负载电流。此外，比较无法接受大电流充电的铅酸蓄电池[4]，锂离子电池在再生制动过程中的充电功率也更具优势。如前所述，在跋涉过程中锂离子电池将优先放电；因此这将下降铅酸电池的放电深度（DoD）。由于铅酸电池的循环寿数（CL）与其DoD呈非线性依托联系，相较于仅运用铅酸电池的储能系统，混合电池储能系统（HBES）可获得更优异的CL表现，且在车辆长期处于欠充状况时能防止硫化现象。文献[5]已证明铅酸-锂离子混合电池作为独立运用方案的可行性。该研讨的作者提出选用一种由超级电容器和锂离子电池组成的智能插件模块，二者均通过直流/直流转换器与铅酸蓄电池相连。该模块旨在通过下降电流和电流纹波来延伸铅酸蓄电池的运用寿数。%%另一项研讨[6]也报道了选用混合储能系统的独立运用案例，其中作者对由光伏板、风力涡轮机和混合储能系统构成的复合系统进行了优化。%%文献[7]提出了一种相似系统，旨在下降农村地区柴油发电机的环境影响。
文献[8]的作者评论了LA电池与锂离子电池混合联接在车辆运用中的可行性，提出将LA电池与镍锰钴(NMC)电池被迫联接用于微混动车型的方案。研讨标明，得益于锂离子电池更优的充电接受能力，该混合系统可实现再生制动效能前进7%，并下降燃油消耗。Chung与Trescases[9]进一步在轻型电动车上验证了该混合方案，其研讨中心在于前进车辆续航旅程与能效表现。实验数据显现，在48V系统中选用自动控制转换器为每块12V LA电池匹配NMC锂离子电池的方案，可使车辆续航前进17%，能效前进22.5%。但该处理方案的本钱要素或许限制其大规模运用推行。
虽然已有许多研讨集合于电动汽车的锂离子电池-超级电容器、两种不同锂离子电池或燃料电池-超级电容器混合储能系统[[10], [11], [12], [13]]，但关于铅酸电池与锂离子电池构成的混合储能系统的研讨却极为匮乏，且未有研讨针对轻型电动车中铅酸电池寿数的优化问题打开评论。混合储能领域的大多数研讨集中于电池-超级电容器系统的容量配置与能量办理[12,[14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21]]。部分文献仅呈现模仿效果[14,[19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]]，另一些则包含实验室测试数据[17,22,26,27]，但这些方案均未在实践工况下进行验证。本论文通过多项实车测试，对配备新式混合电池的轻型电动车展开了根据实践工况的研讨。
显着，现在关于通过将铅酸电池与锂离子电池联接以前进轻型电动车中铅酸储能系统循环寿数或许性的研讨尚属空白。为此，我们提出选用磷酸铁锂（LiFePO4）电池的处理方案。4系统中选用的磷酸铁锂(LFP)电池，我们的处理方案首要方针之一在于下降最终本钱。在混合电池储能系统(HBES)中，锂离子电池的储能容量仅为铅酸电池的1/3至1/6，因此系统本钱不会因锂离子电池价格而显着增加。关于低本钱电动车而言，选用自动控制功率变换器联接铅酸电池与锂离子电池并非抱负方案。另一方面，由于内阻差异，电池的被迫联接或许导致较高的均衡电流。