بهبود مديريت انرژي در خودروي هيبريد الكتريكي موازي به روش برنامه‌ريزي پويا با استفاده از مدل الكتريكي-گرمايي باتري

Improving the Energy Management of Parallel Hybrid Electric Vehicle by Dynamic Programming Using Electro-Thermal Model of Battery

در اين مقاله، روشي براي مديريت انرژي آفلاين در خودروهاي هيبريد الكتريكي با ساختار موازي پيشنهاد شده است. داشتن يك سيستم مديريت انرژي مناسب براي تقسيم گشتاور مورد نياز بين موتورهاي الكتريكي و درونسوز براي اين خودروها ضروري است. باتري خودروهاي هيبريد الكتريكي يكي از اساسي‌ترين اجزاي اين خودروها است. سلامت باتري تأثير زيادي بر عملكرد كلي خودرو دارد، و ميزان شارژ و دماي بالاي باتري مهمترين عوامل تشديد فرسودگي آن مي‌باشند. در اكثر مطالعات در بحث مديريت انرژي، حالت شارژ باتري مهمترين متغير آن و معمولاً تنها متغير ديناميك سيستم است و دماي باتري براي سادگي ثابت در نظر گرفته مي‌شود. در اين مقاله ابتدا با استفاده از برنامه‌ريزي پويا و بدون در نظر گرفتن تغييرات دماي باتري، مديريت انرژي يك خودوري هيبريد الكتريكي موازي انجام مي‌شود. سپس با مدل‌سازي سيستم خنك كننده باتري خودرو، مدل خودرو به منظور مشاهده تغييرات دما بهبود داده شده و نشان داده مي‌شود كه ثابت در نظر گرفتن دماي باتري غير عملي است. سپس با افزودن دماي باتري به عنوان متغير حالت دوم به مسئله بهينه‌سازي، روشي براي مديريت انرژي خودروهاي هيبريد الكتريكي با كنترل محدوده تغييرات دماي باتري به همراه كنترل تغييرات حالت شارژ پيشنهاد مي گردد. نتايج شبيهسازي بر روي مدل خودروي مورد مطالعه نشان مي‌دهند كه در روش پيشنهادي شارژ و دماي باتري بصورت همزمان كنترل شده و به اين ترتيب در روش مديريت انرژي پيشنهادي از افزايش كنترل‌نشده دماي باتري جلوگيري مي‌شود و سرعت فرسودگي آن كاهش مي‌يابد.

In this paper, an offline energy management system (EMS) is proposed for parallel hybrid electric vehicles (HEVs). The proper energy management system is necessary for dividing torque between electrical motor and Internal Combustion Engine (ICE). The battery is a crucial component of hybrid electric vehicles and affects significantly the cost and the performance of the whole vehicle. The primary factors accelerating battery aging are high temperatures and high states of charge (SOC) of the battery. SOC is the most important state variable in EMS, and usually considered as the only dynamic variable in past researches, but the battery temperature is often considered to be constant for simplicity and the effects of EMS on the temperature variations are neglected. In this paper, first, dynamic programming is applied to a parallel HEV without considering variation of the temperature of the battery. Then, the model of battery is improved by modelling the cooling system to take into account temperature variations and show how neglecting thermal dynamics of the battery in EMS is impractical. Finally, by integrating the battery temperature as a state variable in the optimization problem, a new energy management strategy controlling variations of the battery temperature and SOC is proposed. The simulation results on tested vehicle show that in the proposed method charge and temperature of the battery is controlled so that the proposed EMS method prevents uncontrolled variations of the battery temperature and reduces the degradation rate of it.