插電式混合動力汽車充電與電能管理集成優(yōu)化的框架

插電式混合動力汽車充電與電能管理集成優(yōu)化的框架

開發(fā)了一種動態(tài)規(guī)劃框架，用于同時優(yōu)化插電式混合動力汽車的充電與能量管理。這兩個最優(yōu)控制問題與插電式混合動力汽車在電網(wǎng)（充電）與道路（能量管理）上的行為有關(guān)。提出的框架同時解決了上述兩個問題，避免了分開控制帶來的問題。同時該框架給出了超過24h的一段周期內(nèi)，插電式混合動力汽車的狀態(tài)與控制輸入的最佳軌跡。

首先，介紹了插電式混合動力系統(tǒng)的狀態(tài)變量與輸入以及相關(guān)的約束條件。系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)與電動機(jī)的建模基于靜態(tài)MAP圖。在MAP圖上，每個部件的效率都是該部件轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的函數(shù)。該插電式混合動力系統(tǒng)模型中有3個狀態(tài)變量：車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、電池荷電狀態(tài)，用來控制駕駛員功率需求、發(fā)動機(jī)噴油率及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求。其次，開發(fā)了不同的模型，用于優(yōu)化插電式混合動力汽車用電網(wǎng)充電的方式。該模型有兩層含義：一是能夠捕捉電池充電的動態(tài)過程；二是能夠量化插電式混合動力汽車充電對應(yīng)的CO2排放。

詳細(xì)介紹了最優(yōu)控制框架。提到的兩個最優(yōu)控制問題具有相同的控制目標(biāo)：降低燃油消耗和減少CO2排放。但2個系統(tǒng)的動態(tài)、約束以及時間都不同。為了解決這些分歧并更有效地使用貝爾曼公式，采用了一個完整的優(yōu)化框架，分為7個步驟。①利用價值函數(shù)對每個離散的電池荷電狀態(tài)進(jìn)行初始化；②將貝爾曼公式應(yīng)用于每個時間步長，直到第2個行駛里程結(jié)束；③在每個時間步長內(nèi)將價值函數(shù)由1維修改為2維；④將貝爾曼函數(shù)應(yīng)用于每個時間步長，直到第2個行駛里程開始；⑤在每個時間步長將價值函數(shù)由2維修改為1維；⑥按照第2步～第5步驟進(jìn)行，直到第1個行駛里程開始；⑦按照第2步進(jìn)行，直到得到最初時間步長每個離散電池荷電狀態(tài)的價值函數(shù)。

對提出的優(yōu)化控制進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明同時解決兩個最優(yōu)控制問題能夠說明一個非常有價值的觀點，即日常駕駛、電網(wǎng)充電及優(yōu)化目標(biāo)之間是相互影響的。

RakeshPatiletal.2012 AmericanControlConference,FairmontQueen Elizabeth,Montreal,Canada, June27-29,2012.

編譯：白鴿