基于新能源低碳背景的汽车电热相变储能系统的动态储热性能分析

闫 培 泽

（濮阳职业技术学院机电与汽车工程学院，河南 濮阳 457000）

随着汽车电热相变储能系统运行时间的延长，车辆实时储热功率的控制能力会出现一定程度的下降，故而无法保障该项物理量的取值始终低于预设功率值，有可能造成能源浪费的问题。为解决上述问题，基于新能源低碳背景分析汽车电热相变储能系统的动态储热性能[1]。新能源低碳机制的应用，极为关注对电容器功率水平的控制，而这也与动态化协调汽车电热相变储能系统实时储热功率的需求相符合[2]。

1 汽车电热相变储能系统储热性能动态优化

新能源低碳背景下，汽车电热相变储能系统相关变量的定义直接影响目标协调函数的求解结果，为避免出现电力资源过度转化的情况，构建目标协调函数时，还需考虑电力供能与储热性能之间匹配关系、能源转化率等约束条件[3]。

电热相变储能系统储热模式下，汽车电热相变储能系统运行速率较快，供电终端、储热终端同时做功，可被转化的能源信号较多，动态储热有功功率也就相对较高。设Y表示目标协调函数，η表示汽车电热相变储能系统做功效率，P0表示标准做功情况下相变储能系统的额定功率，Rˉ表示相变储能系统的内阻均值，P1表示动态储热过程中的实时功率，λ表示只考虑有功功率时的热量转化参数，联立上述物理量，可将电热相变储能系统有功功率阈值计算式表示为：

调节相变型变压器和电加热器组的连接关系，是为了约束电力信号的单位转化量，从而避免实时储热功率数值不断上升[4]。相变型变压器和电加热器组完整连接电路如图1所示。

图1 相变型变压器和电加热器组连接电路Fig.1 Connection circuit of phase transformer and electric heater group

对于相变型变压器和电加热器组间电力配合关系的求解，参考公式(2)。

A0、A2、…、An分别表示n个不同电加热器元件的实时储热转化量，μ表示有功功率负荷向量，κ表示热力值，f表示额定变电参数。

新能源低碳背景下，汽车蓄热转化可以在电加热器组件的作用下，直接将电能转化为热能，因此在计算储热功率数学期望值时，不需考虑由能量多次转化造成的资源消耗问题[5]。

设g表示汽车电热相变储能系统供电参数，h͂表示电力谐波，L̇表示蓄热参数，D表示汽车行驶距离。在上述物理量的支持下，联立公式(2)，可将储热功率数学期望计算式表示为：

电加热器发热强度是指电加热器元件的动态发热能力，作为一项属性参量，其取值不受任何外界因素的影响。若电力调压值为b′、电加热器发热强度为C͂，联立公式(3)，可以推导汽车电热相变储能系统动态储热约束条件的计算式为：

ϖ表示热力资源的动态转换系数，θ表示变热比参数。基于新能源低碳背景实施对汽车电热相变储能系统储热性能的动态优化，可以有效控制储热功率，避免其超过储能系统的额定功率水平。

2 实验

本次实验的执行流程如下：选择汽车电热相变储能系统储热性能动态优化方法(实验组)、考虑充热动态特性的容积配置方法[观察(一)组]、考虑动态荷储策略的双层规划模型[观察(二)组]进行实验，记录调节过程中的功率变化情况。

加热器组件储热功率远高于预设功率时，表示汽车电热相变储能系统所输出电力资源过多，存在能源浪费的情况；若加热器组件储热功率与预设功率持平，或明显低于预设功率时，表示汽车电热相变储能系统所输出电力资源可供加热器组件的有效转化，不存在能源浪费的情况。

图2反映了不同方法作用下，加热器组件实时储热功率的数值变化情况。

图2 加热器组件实时储热功率Fig.2 Real-time heat storage power of heater assembly

由图2可知，第10～20 min时，实验组加热器组件实时储热功率达到最大值149 W，没有达到150 W 的预设功率水平；第30～40 min 时，观察(一)组加热器组件实时储热功率达到最大值178 W，与实验组最大值相比，提高了29 W，超过预设功率28 W；第70～80 min 时，观察(二)组加热器组件实时储热功率达到最大值186 W，与实验组最大值相比，上升了37 W，超过预设功率36 W。

3 结论

上述研究所提出的储热性能动态优化方法可以有效解决能源浪费问题，在电动汽车行驶过程中，加热器组件的实时储热功率始终能够得到有效控制，相较于考虑充热动态特性的容积配置方法、考虑动态荷储策略的双层规划模型，本方法更贴合新能源低碳制度的发展目标。本工作通过实验分析，得出以下结论：

（1）考虑充热动态特性的容积配置方法、考虑动态荷储策略的双层规划模型不能确保对加热器组件实时储热功率的有效控制，也就无法解决储热功率超过预设功率值的问题。

（2）应用基于新能源低碳背景的汽车电热相变储能系统储热性能动态优化方法，可以有效控制加热器组件实时储热功率能够避免储热功率超过预设功率值，更符合实际应用需求。