低成本灵活型混合储能系统测试平台与电动汽车模型的集成研究

本文针对电动汽车混合储能系统(HESS)测试平台成本高、灵活性不足的问题，开发了一种基于PLC通信的低成本测试平台。研究人员通过集成电池(BAT)和超级电容(SC)，采用分数阶比例谐振(FPR)控制算法，实现了对电动汽车动力需求的精确模拟。该平台验证了多种能量管理策略，为HESS在电动汽车中的应用提供了经济高效的测试方案。

　　

随着全球碳中和进程加速，电动汽车(EV)作为交通领域减排的重要途径，其核心部件混合储能系统(HESS)的研发面临重大挑战。传统测试平台依赖昂贵的OPAL-RT、dSPACE等专业设备，高昂成本严重制约了科研机构对HESS能量管理策略(EMS)的验证效率。更关键的是，现有平台普遍缺乏与实时EV模型的直接集成能力，难以准确模拟真实行驶工况下的动态功率需求。

针对这一技术瓶颈，国内某高校电力电子与电力传动国家重点实验室的研究团队创新性地开发了一套低成本、高灵活性的HESS测试平台。该成果发表在《Journal of Energy Storage》上，通过笔记本电脑运行实时EV模型，配合可编程逻辑控制器(PLC)实现与物理HESS硬件的闭环通信，在保证响应速度的同时大幅降低了系统成本。

研究采用三大关键技术：1）基于Energetic Macroscopic Representation(EMR)的EV-HESS联合建模方法；2）分布式硬件在环(HIL)架构，通过PLC实现EV模型与测试平台的毫秒级数据交互；3）创新的分数阶比例谐振(Fractional Proportional-Resonant, FPR)控制算法，有效抑制了电网谐波干扰。

研究结果部分：

1. 系统架构验证
   平台成功集成锂离子电池和超级电容模块，测试显示DC-link电压控制精度达±2.1%，满足ISO 18300标准要求。通过WLTP驾驶循环测试，证实平台可准确模拟加速/制动工况下的功率波动。

2. 控制性能验证
   FPR控制器在400-1000Hz高频段展现优越性能，与传统PR控制器相比，9次谐波抑制能力提升3倍，11次谐波抑制提升5倍。电流跟踪稳态误差<0.83%，响应时间1.22ms。

3. 成本效益分析
   整套平台成本约9000欧元，仅为商用方案(dSPACE等)的1/10。模块化设计支持电池/超级电容不同配比(30%-70%)的快速切换，满足多样化测试需求。

这项研究的重要意义在于：首次实现了EV-HESS联合仿真与物理测试平台的经济化整合，为学术界提供了可复制的技术方案。平台验证的FPR控制策略为应对电网谐波干扰提供了新思路，其20A/ms的动态响应速度可支持极端工况测试。未来通过扩展通讯协议，该平台还可用于车网互联(V2G)等前沿研究，推动电动汽车储能系统向更高效率、更低成本方向发展。