自動維持超級電容高利用率之電池-超級電容混合系統設計

Abstract

本文論文提出了一種電池-超級電容混合能源儲存系統控制方法，使超級電容更有效率的被利用，隨著電池能源的使用越來越被重視，混合式能源儲存系統在電動車(EV)、混合動力電動汽車(HEV)廣泛的被使用及研究。在這些混合系統中，兩個（或多個）能量源共同工作並且有效的去溝通，比具有單一能源的儲存系統更優秀。 進一步的說法，電池和超級電容器具有互補特點，電池的能量密度高，超級電容的功率密度高， 超級電容組可以提供或吸收瞬間的高功率輸出及輸入，因為超級電容的特性能夠承受高C-rate充電/放電。而電池可以彌補超級電容在能量密度上的不足，使之可以滿足單獨電池系統不足以負擔混合電動車系統的高輸出需求。而面臨的問題為，電池與超級電容之間如何溝通和控制，如何兼顧超級電容及電池的優點。在本論文中提出一些現有的方法，並且提出新的控制策略，超級電容當作一個電池的緩衝器，讓電池電流平緩輸出，使得超級電容的利用率提升14%同時也延長了電池的使用壽命，並且可以降低整個系統的成本。在這邊使用PSIM及Simulink模擬升壓型直流-直流轉換器並且利用電動車輸出功率波型UDDS (Urban Dynamometer Driving Schedule)於Matlab模擬電池、超級電容放電結果。

In this thesis, a new control Strategy of battery-ultracapacitor hybrid energy storage system (HESS) is proposed for hybrid electric drive vehicles (HEVs). Compared to the stand alone battery system may not be sufficient to satisfy peak demand periods during transients in HEVs, the ultracapacitor pack can supply or recover the peak power and it can be used in high C-rates. However, the problem of battery-ultracapacitor hybrid energy storage system (HESS) is how to interconnect the battery and ultracapacitor and how to control the power distribution. This thesis reviews some battery-ultracapacitor hybrid energy storage system topology and investigates the advantages and disadvantages then propose a new control strategy. The proposed control strategy can improve the system performance and ultracapacitor utilization, while also decrease the battery pack size to avoid the thermal runaway problems and increase the life of the battery. The experiment results show the proposed control strategy can improve 14% ultracapacitor utilization.

Keyword: Battery, ultracapacitor, control, dc/dc converters, hybrid electric vehicles (HEVs), power electronics