一、基本信息：

清华大学·清华大学机械系，研究方向：精密机电控制

发表于Journal of Energy Storage

影响因子：9.4

二、论文内容简介

本文参考汽车大功率混合能源系统的发展思路，提出了一种电池-超级电容器混合储能系统(BSHESS)及其能量管理策略。电机在低转矩工况下由电池供电，而电池的额外输出功率用于给超级电容器充电。在转矩过载的情况下，超级电容器的快速放电为电机提供了大电流，保证了瞬时的高输出功率。此外，利用所提出的能量管理策略对超级电容器的充放电过程进行控制，保证超级电容器的充电过程不干扰电池对电机的供电，并保持放电过程中电流的可控性和稳定性。通过仿真验证了该原理的可行性，并设计了完整的BSHESS样机，并在电机上进行了实验。结果表明，在相同的最大输出电流下，与纯电池供电系统相比，电机的最大输出电流增加了150%，重量减轻了64.7%。此外，与非管理状态相比，能量管理策略可以实现更稳定的充放电过程。

三、研究背景

在移动机器人等领域，对具有大输出扭矩的小尺寸电机的需求正在增加，因此需要在特定体积和重量内具有更大输出功率和电流的移动电源系统。然而，由于材料等因素的限制，锂电池等传统移动电源在克服重量和输出功率的双重限制方面面临挑战。

因此需要全新的电源能量管理模式实现电源系统重量和输出功率之间的兼顾。

 四、创新内容与工程应用价值

在本文中，我们提出了一种新的专为伺服电机设计的BSHESS。BSHESS通过集成电池和超级电容器，在供电系统中结合了体积小、重量轻、输出功率高的优点。此外，我们提出了一种针对BSHESS的能量管理策略，确保超级电容器在电机正常转矩条件下利用电池的剩余功率充电，而不影响其正常运行。此外，该策略有效地控制了超级电容器的放电过程，保证了精确可控的高输出电流。此外，我们还提出了一个完整的BSHESS原型，并利用该电机系统进行了各种充放电实验。结果表明，与单电源模式相比，最大输出电流显著增加了150%。此外，与具有同等最大输出电流能力的商用纯电池系统相比，重量减轻了64.7%。提出的BSHESS和能量管理策略为移动电源系统提供了一种新的实现方法，并为伺服驱动系统提供了即时高扭矩输出的可能性，特别是在涉及移动机器人的场景中。本研究具有重要的应用潜力。

五、基于灵思创奇设备

灵思创奇的Links-C3U半实物仿真机作为本项目中的控制和采样单元，发挥了重要作用。主要用于配合实验室自主开发的功率板及控制板，对超级电容及电枢的电流、电压等进行实时采样检测和控制。半实物仿真机能够以0.01s的高实时性准确完成既定程序指令，实现了对能量管理系统的精准采样和高性能闭环控制，是本课题实验设计环节的重要保障。