光伏双通道太阳能空气加热器中交错夹层相变材料圆柱体双冷却与潜热存储的性能分析

研究人员针对电动汽车混合储能系统(HESS)成本高、灵活性不足的问题，开发了基于PLC的低成本测试平台，集成电池(BAT)与超级电容(SC)，采用分数比例谐振(FPR)控制策略，验证了该平台能有效降低15%-30%的电池峰值负载，提升22%功率密度，为电动汽车能量管理提供了经济高效的实验方案。

　　

在碳中和背景下，电动汽车的能源系统优化成为研究热点。传统电池系统面临功率密度低、循环寿命短等问题，而混合储能系统(HESS)结合电池的高能量密度和超级电容(SC)的高功率密度特性，能有效缓解电池衰减。但现有HESS测试平台普遍存在成本高昂、缺乏实时车辆模型集成等问题，制约了技术验证效率。

国内某高校研究人员在《Journal of Energy Storage》发表研究，构建了基于可编程逻辑控制器(PLC)的低成本HESS测试平台。该平台创新性地采用分数比例谐振(FPR)控制算法，通过笔记本电脑运行电动汽车实时模型，与物理硬件形成闭环测试系统。研究团队重点解决了三个核心问题：多能源协调控制、动态功率分配精度以及系统成本控制。

关键技术包括：1) 搭建包含电池、SC、双向DC/DC转换器的硬件平台；2) 开发基于Energetic Macroscopic Representation(EMR)的车辆动力学模型；3) 实现FPR控制器在DSP上的离散化部署，其传递函数包含分数阶导数项(s^α)，通过Chareff近似法解决实时计算难题；4) 设计DC-link电压双环控制策略，维持800V母线电压稳定。

【HESS技术验证】
通过WLTP驾驶循环测试，平台成功验证SC可吸收加速时80%的峰值电流。实验数据显示，相较于纯电池系统，HESS方案使电池电流波动降低62%，证实了"电池保能量、SC保功率"的协同优势。

【FPR控制性能】
对比传统比例谐振(PR)控制器，FPR在高频段(400-1000Hz)的谐波抑制能力提升3倍，第11次谐波衰减达5倍。测试中电流跟踪稳态误差仅0.83%，满足ISO 17409标准对电动汽车动力响应的要求。

【成本效益分析】
该平台总成本约9000欧元，仅为商用OPAL-RT系统的1/10。关键创新在于用普通PLC替代专用实时仿真器，通过"电池模拟器+物理SC"的混合架构，在保证精度的同时大幅降低成本。

研究结论表明，该平台为HESS能量管理策略验证提供了标准化工具，特别适合学术机构进行电动汽车动力系统研究。提出的FPR控制算法展现出优异的动态响应特性，其分数阶微积分设计为电力电子控制提供了新思路。未来可扩展应用于燃料电池混合动力系统，推动交通领域碳中和技术创新。