دوره 13، شماره 4 - ( مجله کنترل، جلد 13، شماره 4، زمستان 1398 )
جلد 13 شماره 4,1398 صفحات 14-1 |
برگشت به فهرست نسخه ها
مجتبی حسن زاده1 
، زهرا رحمانی* 1
، زهرا رحمانی* 1
1- دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
چکیده: (6613 مشاهده)
در این مقاله، روشی برای مدیریت انرژی آفلاین در خودروهای هیبرید الکتریکی با ساختار موازی پیشنهاد شده است. داشتن یک سیستم مدیریت انرژی مناسب برای تقسیم گشتاور موردنیاز بین موتورهای الکتریکی و درونسوز برای این خودروها ضروری است. باتری خودروهای هیبرید الکتریکی یکی از اساسی‌ترین اجزای این خودروها است. سلامت باتری تأثیر زیادی بر عملکرد کلی خودرو دارد، و میزان شارژ و دمای بالای باتری مهمترین عوامل تشدید فرسودگی آن می‌باشند. در اکثر مطالعات در بحث مدیریت انرژی، حالت شارژ باتری مهمترین متغیر آن و معمولاً تنها متغیر دینامیک سیستم است و دمای باتری برای سادگی ثابت در نظر گرفته می‌شود. در این مقاله ابتدا با استفاده از برنامه‌ریزی پویا و بدون در نظر گرفتن تغییرات دمای باتری، مدیریت انرژی یک خودوری هیبرید الکتریکی موازی انجام می‌شود. سپس با مدل‌سازی سیستم خنک کننده باتری خودرو، مدل خودرو به منظور مشاهده تغییرات دما بهبود داده شده و نشان داده می‌شود که ثابت در نظر گرفتن دمای باتری غیر عملی است. سپس با افزودن دمای باتری به عنوان متغیر حالت دوم به مسئله بهینه‌سازی، روشی برای مدیریت انرژی خودروهای هیبرید الکتریکی با کنترل محدوده تغییرات دمای باتری به همراه کنترل تغییرات حالت شارژ پیشنهاد میگردد. نتایج شبیهسازی بر روی مدل خودروی مورد مطالعه نشان می‌دهند که در روش پیشنهادی شارژ و دمای باتری بصورت همزمان کنترل شده و به این ترتیب در روش مدیریت انرژی پیشنهادی از افزایش کنترل‌نشده دمای باتری جلوگیری می‌شود و سرعت فرسودگی آن کاهش می‌یابد.
فهرست منابع
1. [1] L. Guzzella and A. Sciarretta, Vehicle Propulsion Systems, Introduction to Modeling and Optimization, Springer, 2013. [DOI:10.1007/978-3-642-35913-2]
2. [2] A. A. Malikopoulos, "Supervisory Power Management Control Algorithms for Hybrid Electric Vehicles: A Survey," IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 15, no. 5, pp. 1869-1885, 2014. [DOI:10.1109/TITS.2014.2309674]
3. [3] M. P. O'Keefe and T. Markel, "Dynamic Programming Applied to Investigate Energy Management Strategies for a Plug-in HEV," National Renewable Energy Laboratory, 2006.
4. [4] K. Namwook, C. Sukwonand P. Huei, "Optimal Control of Hybrid Electric Vehicles Based on Pontryagin's Minimum Principle," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 19, no. 5,pp. 1279-1287, 2011. [DOI:10.1109/TCST.2010.2061232]
5. [5] L. Serrao et al., "Open Issues in Supervisory Control of Hybrid Electric Vehicles: A Unified Approach Using Optimal Control Methods," Oil & Gas Science and Technology-Revue d'IFP Energies nouvelles, vol. 68, no. 1,pp. 23-33, 2013. [DOI:10.2516/ogst/2012080]
6. [6] G. Paganelli et al.,"Equivalent Consumption Minimization Strategy for Parallel Hybrid Powertrains," in IEEE 55th Vehicular Technology Conference, VTC Spring 2002.
7. [7] L. Serrao et al., "Optimal Energy Management of Hybrid Electric Vehicles Including Battery Aging," in American Control Conference (ACC), IEEE 2011. [DOI:10.1109/ACC.2011.5991576]
8. [8] C. H.Zheng et al., "TheEffect of Battery Temperature on Total Fuel Consumption of Fuel Cell Hybrid Vehicles," International Journal of Hydrogen Energy,vol. 38, no. 13, pp. 5192-5200, 2013. [DOI:10.1016/j.ijhydene.2013.02.048]
9. [9] D.E. Kirk, Optimal Control Theory: An Introduction, Courier Corporation,2012
10. [10] X. Lin et al., "Online Parameterization of Lumped Thermal Dynamics in Cylindrical Lithium Ion Batteries for CoreTemperature Estimation and Health Monitoring," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 21, no. 5, pp. 1745-1755, 2013. [DOI:10.1109/TCST.2012.2217143]
11. [11] Y. Hu et al., "Electro-Thermal Battery Model Identification for Automotive Applications," Journal of Power Sources, vol. 196, no. 1, pp. 449-457, 2011. [DOI:10.1016/j.jpowsour.2010.06.037]
12. [12] A. Cordoba-Arenas, S. Onori and G. Rizzoni, "A Control-Oriented Lithium-ion Battery Pack Model for Plug-in Hybrid Electric Vehicle Cycle-Life Studies and System Design withConsideration of Health Management," Journal of Power Sources, vol. 279,pp. 791-808, 2015. [DOI:10.1016/j.jpowsour.2014.12.048]
13. [13] G.Suri and S. Onori, "A Control-Oriented Cycle-Life Model for Hybrid Electric Vehicle Lithium-ion Batteries," Energy, vol. 96,pp. 644-653,2016. [DOI:10.1016/j.energy.2015.11.075]
14. [14] A. Cordoba-Arenas et al., "Capacity and Power Fade Cycle-Life Model for Plug-in Hybrid Electric Vehicle Lithium-ion Battery Cells Containing Blended Spinel and Layered-Oxide Positive Electrodes," Journal of Power Sources, vol. 278,pp. 473-483,2015. [DOI:10.1016/j.jpowsour.2014.12.047]
15. [15] R.Mahamudand C. Park, "Reciprocating Air Flow for Li-ion Battery Thermal Management to Improve Temperature Uniformity," Journal of Power Sources, vol. 196, no. 13,pp. 5685-5696, 2011. [DOI:10.1016/j.jpowsour.2011.02.076]
16. [16] H.Park, , "A Design of Air Flow Configuration for Cooling Lithium-ion Battery in Hybrid Electric Vehicles," Journal Of Power Sources, vol. 239(Supplement C), pp. 30-36,2013. [DOI:10.1016/j.jpowsour.2013.03.102]
17. [17] D. Di Domenico, E. Prada and Y. Creff, "An Adaptive Strategy for Li-ion Battery Internal State Estimation," Control Engineering Practice, vol. 21, no. 12, pp. 1851-1859, 2013. [DOI:10.1016/j.conengprac.2013.08.004]
18. [18] J. Kalawoun et al., "From a Novel Classification of the Battery State of Charge Estimators Toward a Conception of an Ideal One," Journal of Power Sources, vol. 279,pp. 694-706,2015. [DOI:10.1016/j.jpowsour.2015.01.038]
19. [19] J. Sun et al., "LiFePO4 Optimal Operation Temperature Range Analysis for EV/HEV," International Conference on Life System Modeling and Simulation and International Conference on Intelligent Computing for Sustainable Energy and Environment, pp. 476-485, Springer, Berlin, Heidelberg, 2014. [DOI:10.1007/978-3-662-45286-8_50]
20. [20] L. Serrao et al., Optimal Energy Management of Hybrid Electric Vehicles Including Battery Aging. In: Proceedings Of The IEEE American Control Conference (ACC), San Francisco, Ca, Jun 29-Jul 1, 2011. [DOI:10.1109/ACC.2011.5991576]
21. [21] S. Ebbesen, P. Elbert, and L. Guzzella, "Battery State-of-Health Perceptive Energy Management for Hybrid Electric Vehicles," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 61, no. 7, pp. 2893-2900, Sep., 2012. [DOI:10.1109/TVT.2012.2203836]
22. [22] T. M. Padovani et al., "Optimal Energy Management Strategy Including Battery Health Through Thermal Management for Hybrid Vehicles," IFAC Proceedings Volumes, vol. 46, no. 21, pp. 384-389, 2013. [DOI:10.3182/20130904-4-JP-2042.00137]
23. [23] L. Tang, G. Rizzoni, and S. Onori, "Energy Management Strategy for HEVs Including Battery Life Optimization," IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 1, no. 3, October 2016. [DOI:10.1109/TTE.2015.2471180]
24. [24] T. Yuksel et al., "Plug-in Hybrid Electric Vehicle LiFePO4 Battery Life Implications of Thermal Management, Driving Conditions, and Regional Climate." Journal of Power Sources, vol. 338, pp. 49-64, 2017. [DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.10.104]
25. [25] M. Jafari et al., "Electric Vehicle Battery Cycle Aging Evaluation in Real-World Daily Driving and Vehicle-To-Grid Services." IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 4, no .1, pp. 122-134, 2018. [DOI:10.1109/TTE.2017.2764320]
26. [26] T. Nüesch et al., "Equivalent Consumption Minimization Strategy for the Control of Real Driving NOx Emissions of a Diesel Hybrid Electric Vehicle," Energies, vol. 7, no. 5,pp. 3148-3178, 2014. [DOI:10.3390/en7053148]
27. [27] A. Pesaran, M. Keyser and S. Burch,"An Approach for Designing Thermal Management Systems for Electric and Hybrid Vehicle Battery Packs," National Renewable EnergyLaboratory, Golden, CO (US), 1999.
28. [28] D. Bernardi, E. Pawlikowski and J. Newman, "A General Energy Balance for Battery Systems," Journal Of the Electrochemical Society, vol. 132, no. 1, pp. 5-12, 1985. [DOI:10.1149/1.2113792]
29. [29] K. B. Wipke et al., "ADVISOR 2.1: A User-Friendly Advanced Powertrain Simulation Using a Combined Backward/Forward Approach." IEEE transactions on vehicular technology, vol. 48, no. 6, pp. 1751-1761, 1999. [DOI:10.1109/25.806767]
30. [30] T. Markel et al., " ADVISOR: a Systems Analysis Tool for Advanced Vehicle Modeling." Journal of power sources, vol. 110, no. 2, pp. 255-266, 2002. [DOI:10.1016/S0378-7753(02)00189-1]
31. [31] T. Barlow et al., "A Reference Book of Driving Cycles for Use in The Measurement of Road Vehicle Emissions," TRL Published Project Report, 2009.
32. [32] A.Sciarrettaand L. Guzzella, "Control of Hybrid Electric Vehicles," Control systems, IEEE,vol. 27, no. 2,pp. 60-70, 2007. [DOI:10.1109/MCS.2007.338280]
33. [33] R.E.Bellman and S.E. Dreyfus, Applied Dynamic Programming, Princeton University Press, 2015.
34. [34] D. P. Bertsekas, Dynamic Programming and Optimal Control. vol. 1, Belmont, MA: Athena scientific, 1995.
35. [35] X. Wang et al., "Application Study on the Dynamic ProgrammingAlgorithm for Energy Management of Plug-in Hybrid Electric Vehicles," Energies,vol. 8, no. 4, pp. 3225-3244, 2015. [DOI:10.3390/en8043225]
36. [36] O.Sundstrom and L. Guzzella. "A Generic Dynamic Programming Matlab Function," In 2009 IEEE Control Applications, (CCA) &Intelligent Control, (ISIC), 2009. [DOI:10.1109/CCA.2009.5281131]
37. [37] P. Elbert, S. Ebbesen and L. Guzzella, "Implementation of Dynamic Programming for n-Dimensional Optimal Control Problems With Final State Constraints," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 21, no. 3, pp. 924-931, 2017. [DOI:10.1109/TCST.2012.2190935]
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |