智能無人車輛混合儲能系統選配與參數優化

何強, 劉后剛, 鄒波, 呂布, 陳續麟, 段昱

(重慶鐵馬工業集團有限公司, 重慶 400050)

0 引言

伴隨裝備技術的不斷革新和強烈的軍事需要,智能無人車輛快速發展,其裝載的儲能系統被寄予具有高功率特性以滿足急加速與再生制動的需求,同時具有高能量特性以滿足長續航的要求[1]。然而,車輛的動態性能需求與電池儲能技術的矛盾阻礙了整體性能的進一步提升。受限于目前的電池材料水平,盡管電池技術發展迅猛,現有電池儲能系統依然不能完全滿足整車的性能要求,特別是智能無人車輛多樣化的用電載荷與極限工況的大功率充放電需求,對儲能系統的供電性能提出了更高的挑戰[2-4]。為了解決這個問題,將動力電池與具有高功率密度的超級電容器相結合的混合儲能系統(HESS)受到廣泛關注,被認為是最佳方案之一,其兼有較高的比功率與比能量,可以有效提升儲能系統的功率輸出能力,更好地滿足車輛瞬時啟動、加速、爬坡等大功率需求[5-6]。然而,兩種類型的能源元件也意味著更多的組合結構及可調參數,直接影響著系統的動力性、經濟性和使用壽命等特性。因此,研究HESS的結構選型與參數優化,對充分發揮兩種儲能元件的優勢和提升整車性能有著重要意義。

為了最大程度地發揮HESS的效能,很多學者進行了研究,主要集中在系統參數辨識與估計、結構設計與優化、配電與能量管理策略等方面,取得了豐碩的成果[7]。其中,系統的拓撲結構設計及優化對HESS性能有很大影響,不僅直接關系著系統的成本與能耗,還決定了系統的基本性能以及后續優化的可提升性[2],因此被學者廣泛研究。

一方面,一些學者基于整車的性能需求對HESS配置進行分析優化。文獻[8]針對電動汽車復雜路況的功率需求,設計了基于雙向DC/DC能量調節器的HESS結構,并提出了通過控制DC/DC輸出值來實現系統功率分配的控制策略,測試結果驗證了方案的有效性。文獻[9]基于城市道路工況數據,利用整車能量和功率兩方面的需求對動力電池與超級電容進行參數匹配,并針對充放電電流過大等問題制定了能量控制策略,測試結果驗證了HESS的優勢:可以提高車輛的動力性、減小大電流對動力電池的沖擊等。文獻[10]基于儲能系統典型功率需求等數據,以最小化年度運行成本為目標,優化得到HESS的最佳配置,包括系統的最大功率及動力電池與超級電容的最大功率和容量,與單一電池儲能系統相比,優化得到的HESS使系統的經濟性提高了37.8%。文獻[11]針對動力電池在大負荷工況頻繁充放電時導致效率下降等問題,以車輛動力性、續駛里程等為約束條件,以提升整車經濟性為主要目標,對HESS進行參數匹配,并設計了能量控制策略,通過仿真驗證了可行性。文獻[12]根據多種典型循環工況的功率需求及能量需求,以電池容量和超級電容容量為優化對象,以HESS的質量和成本為目標函數,得到了不同加權系數下系統的最佳參數匹配方案。文獻[13]根據選定的電池、電容型號,以車輛最短續駛里程及循環工況中連續最高功率需求等為約束條件,匹配優化了HESS儲能元件單體參數。另外,為了分析系統相關參數對HESS的影響,文獻[1]選擇行駛里程、拓撲結構、總線電壓等8個參數進行了系統最優尺寸與成本的敏感性分析,發現行駛里程對HESS成本的影響最大,為混合系統的參數設計提供了有益參考。

另一方面,針對HESS參數配置與系統的質量、成本、電池壽命等多個因素的關聯關系,一些學者利用多種算法進行參數優化,以獲得最佳結果。文獻[14]提出一種多目標優化方法,同時將HESS的質量、成本、電池健康狀態等作為優化目標,將整車最高速度、續駛里程、加速時間等作為約束條件,以獲得混合系統動力電池與超級電容單體最佳數量。文獻[15]針對插電式電動汽車HESS的配置進行多目標優化,以最大限度地降低系統成本、質量和體積,并盡可能延長電池使用壽命,仿真結果表明優化后的混合系統經濟性與質量都更優。文獻[16]針對HESS參數配置提出了一種基于DIRECT(DIviding RECTangles)算法的多目標優化方法,以減輕HESS的質量、延長電池的使用壽命,仿真結果表明在城市工況中優化后的HESS能顯著延長蓄電池使用壽命。文獻[17]開發了一種多目標混合優化算法,對HESS的尺寸與功率分配進行了優化,結果顯示HESS在質量、電池壽命等方面可以得到最佳結果。文獻[18]針對鏟運機負載變化劇烈的特點,提出了一種基于動態規劃算法和帕累托最優解集的多目標優化方法,解決了HESS的參數優化和能量管理策略優化問題。文獻[19]以全壽命行駛里程和折算百公里成本為雙重優化目標,并運用NSGA-II算法對HESS的配置參數與功率分配參數開展聯合優化,在各目標性能之間取得了合理的平衡。另外,文獻[20-21]也采用粒子群優化算法等對HESS參數進行相關優化,取得了一定成果。

HESS拓撲結構對于整車性能的提升有著重要意義,然而目前的研究主要集中于HESS的能量管理與狀態估計等方面,對HESS的結構選型與參數匹配進行的優化較少,且現有優化方案較為復雜,可能陷入局部最優解。

為了盡可能消除智能無人車輛動態性能與儲能技術的矛盾,本文提出一種HESS快速選型與匹配優化方法,主要貢獻如下:1)針對智能無人車輛對HESS的基本要求及其運行特性,綜合對比系統拓撲結構及能源元件,選配最優系統構型;2)基于車輛動力性、靜音續駛里程等約束條件,以輕量化為目標對系統儲能元件參數進行匹配優化,實現HESS輸入輸出能力與系統質量的平衡,從而提高車輛綜合性能。

1 HESS拓撲結構及儲能元件選型

隨著新能源電機、電控等技術的不斷發展,電傳動系統逐步應用于智能無人車輛,一方面提升了車輛的綜合性能,另一方面也對車輛儲能系統的設計帶來了挑戰;同時,面對智能無人車輛搭載的各種武器系統、信息系統等用電需求,對車載儲能系統提出了更高的要求,主要包括:

1)具有高比能量與比功率,以滿足智能無人車輛續航、加速、載荷用電等需求。

2)工作溫度范圍寬,以保證智能無人車輛在惡劣環境條件下正常使用。

3)充放電效率高、自放電率低,以降低系統損耗,提升綜合性能。

4)安全可靠、壽命長、成本低等,以降低車輛生產與后期維護成本。

面對采用電傳動構型的智能無人車輛對儲能系統的要求,本文結合儲能技術現狀,選擇HESS作為車載儲能系統,并選取具有高能量密度的動力電池與高功率密度的超級電容作為HESS的基本元件[22],以提升車輛綜合性能。

1.1 HESS拓撲結構對比

目前,HESS的構型研究主要集中在三類:主動式構型、被動式構型及半主動式構型,其中半主動式構型又可分為動力電池主動式構型與超級電容主動式構型,如圖1所示。

圖1 HESS典型構型

其中,被動式構型如圖1(a)所示,此時超級電容組相當于濾波器,僅當動力電池組電壓發生較大變化時,其可以減小電池組電流波動[23]。該構型結構簡單,但各分系統的功率不能主動控制,同時超級電容的作用受到限制,不能充分發揮其功率密度高的優勢。

動力電池半主動式構型如圖1(b)所示,動力電池組與雙向直流轉直流(DC/DC)變換器連接,因此該結構易于對動力電池組的充放電電流進行控制,以延長動力電池壽命。但其工作時易使負載端電壓產生較大變化,影響電壓的穩定性,提高了對負載設備性能的要求。另外,一般電池作為主能量源,能量頻繁經過變換器,會增加系統的能量損耗[24]。

超級電容半主動式構型如圖1(c)所示,超級電容組先與DC/DC變換器連接再與動力電池組并聯,可以充分發揮超級電容的優勢,承擔瞬時大電流充放電工作,保護動力電池組。同時,由于動力電池組的端電壓特性較硬,對負載設備性能要求較低,且動力電池組端沒有連接DC/DC變換器,因此充放電效率較高。但由于超級電容主要承擔瞬時功率輸入輸出,則該構型對于DC/DC變換器的響應速度有較高要求[1]。

主動式構型如圖1(d)所示,動力電池組與超級電容組分別通過一個DC/DC變換器與負載連接,使得負載電壓較為穩定,降低了對驅動系統及用電負載的性能要求;同時可利用DC/DC分別對動力電池組與超級電容組進行控制,實現能量的最優分配。但該連接方式結構復雜,兩個DC/DC變換器不僅增加了系統的損耗,而且混合系統的控制難度、體積、質量與成本等都相應增加[22]。

綜上分析,4種拓撲結構的對比如表1所示,考慮無人車輛對儲能系統高效率的要求、其激烈的行駛工況對瞬時充放的需求及用電負載設備對電壓穩定性的要求,最終選擇超級電容半主動式構型為基本構型。相比被動式構型,其不僅可以充分發揮超級電容的優勢,延長電池使用壽命,還降低了對電機驅動系統的性能要求;相比主動式構型,其質量、成本、控制難度、系統損耗都有優勢;相比于電池半主動構型,其具有母線電壓穩定性更好等優勢。

表1 典型拓撲結構對比

1.2 HESS關鍵部件分析

1.2.1 動力電池分析

目前應用于車載動力電池的種類主要包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等,3種電池性能對比如表2所示。相比于鉛酸動力電池、鎳氫動力電池,鋰離子動力電池具有高比能量、高比功率、循環壽命長等優點,非常貼合混合儲能裝置的需求[25-26],因此選擇鋰離子動力電池作為HESS的儲能元件。

表2 動力電池性能對比

1.2.2 DC/DC變換器分析

根據超級電容半主動式儲能系統的工作特性,DC/DC變換器必須具備雙向工作的能力,以實現電能雙向流動。限于成本、體積等因素,目前車載DC/DC變換器大多選用非隔離型變換器[27],其主要分為4種拓撲結構:雙向半橋型變換器、雙向全橋型變換器、雙向Cuk變換器及雙向SEPIC變換器,如圖2所示。圖2中,S1～S4為功率開關管,C1～C3為電容,L1、L2為儲能電感,D1～D4為反向并聯二極管。

圖2 DC/DC變換器拓撲結構

圖2中,雙向半橋型DC/DC變換器不需要傳遞電容,結構簡單,且工作效率高,相比于Cuk變換器、SEPIC變換器對電感有較高的要求、全橋變換器復雜的結構、控制邏輯及較高的成本[28],很貼合混合儲能裝置的要求,因此選擇半橋式結構為HESS的變換器。

1.2.3 超級電容分析

超級電容具有功率密度高、循環壽命長、高充放電效率等優點,但其比能量低,因此一般與能量型儲能系統混合使用,以實現優勢互補[29-30]。根據表3中的法拉第準超級電容、雙電層超級電容以及混合型超級電容的性能對比,綜合考慮,選擇高功率密度的雙電層超級電容作為HESS的儲能元件。

表3 超級電容性能對比

超級電容存儲的能量E可以用下式表示:

(1)

式中:C為超級電容的電容量;U為超級電容的電壓。

超級電容能量狀態(SOE)如下式:

(2)

式中:Umax為超級電容最大工作電壓。

選取的超級電容SOE與電壓的關系如圖3所示。

圖3 超級電容SOE與單體電壓關系

當超級電容電壓降低至最高電壓的一半時,其存儲容量下降為標準容量的四分之一,若繼續放電,則超級電容性能變差,可能造成不利影響,因此為了保護超級電容,設置超級電容的截止工作電壓Umin為0.5Umax。則超級電容的荷電狀態(SOC)定義[31]為

(3)

2 HESS工作模式分析及系統參數匹配

2.1 HESS工作模式分析

結合不同儲能元件的工作特性,混合儲能裝置中動力電池為主能源,為車輛行駛提供主要能量,超級電容為輔助能源,負責供給或回收智能無人車輛急加速或減速等惡劣工況過程中的部分能量。則HESS的工作模式主要包括動力電池單獨供電、混合電源聯合供電、制動能量回收等,各工作模式能量流如圖4所示。

圖4 HESS工作模式

其中,動力電池單獨供電模式是指當車輛處于勻速工況等狀態時需求功率較為平穩,依靠動力電池組便能滿足需求,則以鋰離子電池組作為能量源,為整車提供電能,同時根據需要可對超級電容組進行充電。聯合供電模式是指當車輛處于急加速、爬坡等惡劣工況時,短時需求功率較大,僅靠動力電池組難以滿足電能需求,則依靠超級電容優異的瞬時輸出能力,由動力電池組與超級電容組共同輸出電能,避免動力電池組大功率輸出,以延長動力電池壽命。制動能量回收模式是指當車輛處于制動、滑行等工況時,此時電機變為發電機模式,可將車輛動能轉為電能,反饋于儲能系統,由于超級電容良好的充電性能,優先由其回收電能,同時根據車輛運行及儲能元件狀態,可反饋一部分給動力電池組。

2.2 HESS參數匹配

智能無人車輛的儲能系統需要滿足整車動力性及純電續駛里程等要求。其中車輛動力性要求主要是指儲能系統需滿足驅動系統的功率需求,以完成越野機動等任務,常用的計算方法為通用動力性計算方法與循環工況匹配法。而純電續駛里程要求是指儲能系統滿足智能無人車輛靜音行駛的能量要求,以完成隱蔽機動等任務,包括指標直接匹配與工況匹配法[32]。整車性能指標如表4所示,整車主要部件參數如表5所示。

表4 整車性能指標要求

表5 整車主要參數

2.2.1 基于動力性約束參數匹配

2.2.1.1 基于動力性指標參數匹配

1)最大速度需求功率

車輛在平直路面上行駛的最高車速要求大于90 km/h,此時車輛僅受滾動阻力和空氣阻力[33],則此時需求功率為

(4)

式中:ηT為傳動系效率;m為車輛質量;g為重力加速度;f為滾動阻力系數;umax為最高車速;CD為空氣阻力系數;A為迎風面積。

2)加速需求功率

加速時不要求車輛爬坡,不受爬坡阻力,則需求功率為

(5)

式中:ua為加速末速度;δ為車輛旋轉質量轉換系數;t為加速時間。

3)最大爬坡需求功率

車輛爬坡時,不要求此時加速,功率如下所示:

(6)

式中:ub為爬坡時速度;a為爬坡角度。

4)平均越野需求功率

智能無人車輛越野時,平均需求功率如下所示:

(7)

綜上,輸出功率至少為

P≥max(Pv,Pa,Pc,Pc-c)

(8)

則P≥176.79 kW。

2.2.1.2 基于循環工況參數匹配

循環工況選擇國家標準的中國典型貨車行駛工況(CHTC-HT)(來自GB/T 38146.2—2019),根據工況的車速等信息計算出其功率需求,如圖5所示。車輛需求最大功率約為178.77 kW,不計制動時車輛需求功率,可得出驅動平均功率為34.31 kW。

圖5 典型工況需求驅動功率

結合指標匹配法和工況匹配法,選擇驅動電機總峰值功率約為179 kW。考慮車載附件損耗,在此基礎上擴大一定倍數[33];同時,為滿足智能無人車輛上裝載的激光雷達、相機及毫米波雷達等感知器件及其他部件的用電功率需求,綜合考慮,選型電機總峰值功率為210 kW,車載能源系統輸出功率約221 kW。

2.2.2 基于能量約束參數匹配

1)儲能系統能量指標匹配法

儲能系統的能量需要滿足智能無人車輛靜默行駛要求[34],此時車輛僅受滾動阻力和空氣阻力,則車輛驅動力所做的功為

(9)

式中:ud為行駛速度;s為行駛距離。

代入相關參數,得到車輛行駛所需能量約為19.47 kW·h。考慮到驅動電機效率等因素影響,同時車輛的驅動能耗與車載附件如激光雷達等器件的能耗分別占總能耗的50%與13%,則儲能系統最低能量[24]為

(10)

式中:Eu為滿足等速續駛里程要求的最小容量;ηe為驅動電機效率;Sf為附件能耗。計算得出儲能系統最低能量約為26.19 kW·h。

2)儲能系統能量工況匹配法

根據循環工況得到的平均驅動功率可以計算儲能系統輸出功率,同時考慮智能無人車輛激光雷達、攝像頭等感知器件及其他附件消耗等因素,則儲能系統的最低能量為

(11)

式中:Ec為滿足循環工況要求的最小容量;Pave為循環工況平均驅動功率;tc為循環工況下行駛20 km所需時間。由此計算得出儲能系統最低能量為 26.64 kW·h。

結合上述兩種方法,則HESS最低可用能量E為

E≥max(Eu,Ec)

(12)

綜合考慮,儲能系統的最低可用能量為27 kW·h。

2.2.3 基于能量回收參數匹配

由電機驅動的車輛在減速過程中,可以控制電機轉為發電機模式以回收部分能量,從而延長續駛里程,但同時也對車載儲能系統的充電功率及存儲容量提出了要求。為了有效減小頻繁制動對動力電池的沖擊,根據本文的HESS方案,考慮超級電容的容量至少可吸收最高車速剎車時的回收能量[35],即

(13)

式中;Er為滿足能量回收要求的超級電容最小容量;ηb為制動能量回收轉換效率。

“現在的模式不是最終的版本，也并非完美，由于醫院的目標在變，所以要不停地修訂。”施秉銀說，為了醫院的發展，怎么調整目標或完善目標，是非常難的事情。最難的是，有些部門的工作很難考核。如后勤輔助部門，通下水道、修管道、環境巡視及一些外包服務，很難考核。

同時,根據選配的電機,在制動過程中,當電機以滿負荷制動時,考慮附件消耗功率約15%,則儲能系統最大回收功率至少為179 kW。

3 混合系統參數優化

為了確定HESS中儲能元件的最優數值,以動力電池與超級電容器單體數量的極限值為優化邊界條件,基于車輛動力性、靜音續駛里程等約束,以輕量化為目標進行系統參數優化,實現儲能系統輸入輸出能力與系統質量的平衡。

3.1 儲能元件單體數量極限值計算

3.1.1 動力電池數量極限值計算

基于1.2.1節的分析,選擇某能量型鋰離子電池為能量源,標稱容量45.3 A·h,額定電壓3.6 V,具體參數如表6所示。儲能系統中動力電池作為能量元件,是整車能量的主要來源,為避免其大倍率充放電,限制其最大充放電倍率為1 Cb,以延長壽命;同時為避免電池不可逆損傷,設定電池的有效放電系數為0.8,以免電池深度充放電,則此時動力電池可用容量大約為總容量的80%。綜上考慮,為了保證鋰離子電池的有效能量達到27 kW·h,其總能量需達到33.75 kW·h,電池單體數量需要 207塊,而要使其有效輸出功率達到221 kW,則需要1 356塊電池單體。

表6 動力電池參數

3.1.2 超級電容數量極限值計算

表7 超級電容參數

另外,為了防止充電過程中浪涌電壓造成的影響,設置超級電容荷電狀態上限值為95%,同時為使得超級電容盡量工作于高效區域,設置超級電容荷電狀態下限值為10%,則單體超級電容存儲能量如下式:

(14)

式中:USOC_max為超級電容荷電狀態上限值對應電壓;USOC_min為超級電容荷電狀態下限值對應電壓。則當滿足27 kW·h有效能量時,需要11 112塊單體。

為了充分發揮超級電容“削峰填谷”作用,在設計控制策略時,靈活調整超級電容的SOC,在高速時維持較低的SOC狀態,以待回收能量;在車速較低時,維持較高的SOC狀態,以待助力車輛加速。同時為保證一定余量,綜合考慮,本文規定超級電容SOC在低速時維持在0.7～0.9左右,在高速時維持在0.1～0.3左右。則在吸收電能時超級電容可用容量為可用總容量的76%,在輸出電能時超級電容可用容量為可用總容量的70%。

此外,超級電容在使用中不僅需要承擔輸出峰值功率的作用,還需承擔制動回收的作用,根據前文計算,HESS的最大回收功率至少為179 kW。

3.2 儲能元件數量優化

為滿足智能無人車輛快速機動的需要,對整車質量限制較為嚴格,為此本文將HESS的功率與能量需求等作為約束條件,以儲能系統質量最小作為優化目標,對系統參數進行優化。假設儲能系統中超級電容器的數量為x,鋰離子動力電池的數量為y,則x和y的取值范圍分別為0

(15)

由于對部件質量有嚴格限制,在滿足條件的x和y可行域內以質量最小為優化目標,尋找可行域內的最優值,基于動力電池及超級電容的單體質量,則目標函數為0.5x+0.56y,可行域如圖6所示,可得到最優值為x=101,y=206,此時系統質量最小。

圖6 目標函數與可行域

當系統額定電壓為370 V時,若選擇被動式方案,則超級電容需要124塊、鋰電池206塊便滿足要求,根據串并聯規則,確定選取超級電容124塊串聯、鋰電池串聯103塊后再并聯,最終系統單體總質量為177.36 kg。根據1.1節對混合系統拓撲結構的分析,選擇超級電容半主動式構型,同時考慮DC/DC特性,選取超級電容101塊串聯、鋰電池串聯103塊后再并聯。當只采用動力電池方案并以最大輸出功率計算時,需要動力電池678塊。同時,以文獻[35]優化方法為對比方案,綜合考慮附加損耗等能量需求后,得到系統質量對比如圖7所示。

圖7 不同方案對比

由圖7可以發現,采用動力電池單獨供能方案時系統質量最大,不僅會增加驅動系統負擔,還會對車載設備布局產生影響。而采用超級電容半主動方案質量最小,為降低智能無人車輛整體質量提供了良好基礎。且根據前文分析不同拓撲結構優缺點,超級電容半主動式方案可以充分發揮超級電容優勢,承擔瞬時大功率輸入輸出工作,總線電壓也更加穩定,有利于整車性能的進一步提升。同時,與對比方案相比,本文優化結果質量更輕,驗證了優化的有效性。

4 仿真分析

根據第2節與第3節匹配的混合系統參數,建立超級電容半主動式構型仿真模型以驗證可行性,主要包括工況模塊、混合儲能控制模塊、混合儲能模塊及狀態監測模塊等模型,其中混合儲能模塊包括電池系統、超級電容系統及DC/DC系統等,同時也建立了單獨電池儲能模型,以便進行對比。以CHTC-HT工況前半部分為例,對比HESS與動力電池單獨供能方案的充放電電流與SOC,結果如圖8、圖9所示。

圖8 動力電池系統方案仿真結果

圖9 HESS方案仿真結果

動力電池單獨供能方案中,動力電池獨自承擔車輛運行過程中的輸入輸出功率,如圖8(a)所示,可以發現在620 s附近,由于需求瞬時功率大,動力電池功率難以滿足需求,車輛的動態性能受到影響;同時根據圖8(b)電流變化可知,系統電流變化范圍大且峰值電流高,因此對動力電池的性能提出了較高的要求,對動力電池壽命有不利影響。

在混合儲能方案中,超級電容由于其高功率密度及較高的充放電效率,能夠很好地滿足車輛激烈工況中的瞬時大功率需求,系統輸出功率變化如圖9(a)所示,為了保護動力電池組,其輸入輸出能力受到一定限制,由超級電容組進行動態補充,以滿足車輛實時需求;同時可以發現,在制動階段,基于實時狀態,超級電容介入非常頻繁,不僅可以及時回收能量,還可減少電池介入的次數,延長其使用壽命。根據圖9(b)所示電流曲線,在整個過程中,動力電池組電流均在一定范圍內平穩變化,沒有峰值電流,通過超級電容實時補足,可以有效避免大電流對電池造成的損害,減緩其老化。系統SOC變化如圖9(c)所示,動力電池作為能量的主要提供者,其SOC隨著無人車的運行而逐漸降低,但變化較為平緩,而超級電容由于能量存儲容量較小,在車輛運行過程中不斷進行充電與放電,SOC狀態起伏較大,同時其SOC變化在0.3～0.9之間變化,根據前文分析,此時超級電容擁有較高的充放電效率,可以充分發揮其“削峰填谷”作用。

綜上分析,匹配優化的超級電容半主動式儲能系統可以很好地滿足無人車輛整車功率需求,為其進行高速越野機動提供良好支撐,同時通過利用超級電容的高效工作區間可以有效降低動力電池峰值電流,減少其充放電介入次數,延緩其老化過程,從而延長其服役壽命。

5 結論

為提升智能無人車輛儲能系統的綜合性能,本文基于車輛動力性指標、靜音行駛里程和典型循環工況等性能約束,提出了一種以輕量化為目標的HESS參數匹配優化方法,以實現儲能系統輸入輸出能力與系統質量的平衡。得到主要結論如下:

1)由鋰離子電池組與雙電層超級電容組成的超級電容半主動式儲能系統非常貼合智能無人車輛的運行特性及使用需求,可以充分發揮超級電容“削峰填谷”的優勢,仿真結果顯示該方案能夠有效降低動力電池大電流沖擊,延長動力電池使用壽命。

2)匹配優化方法可以有效降低系統質量,相比于被動式方案、動力電池單獨供能方案及對比方案,優化后的超級電容半主動式方案質量更輕,在系統輸入輸出能力與系統質量之間找到了平衡,提升了車輛綜合性能。

綜上所述,本文提出的智能無人車輛HESS的構型選取及參數匹配優化方法有效可行。下一步將結合混合系統能量管理優化策略進一步提升HESS性能,并進行實車試驗。