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电动汽车驱动 ★ 5.0

基于速度预测与庞特里亚金最小值原理的电池-超级电容电动车最优在线能量管理系统

Optimal Online Energy Management System for Battery-Supercapacitor Electric Vehicles Using Velocity Prediction and Pontryagin's Minimum Principle

作者
期刊 IEEE Transactions on Vehicular Technology
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电动汽车 能量管理系统 庞特里亚金最小原理 自适应策略 超级电容器
语言:

中文摘要

电动汽车(EV)的能量管理系统(EMS)设计因不确定的驾驶和道路条件而变得复杂。为提高基于电池/超级电容器(SC)的电动汽车的性能,本文提出了一种基于庞特里亚金极小值原理(PMP)的自适应能量管理系统,该系统通过基于人工神经网络(ANN)的方法考虑实际道路坡度和速度预测。基于从基于PMP的能量管理系统获得的解,设计了一种自适应能量管理系统。PMP得到的解基于一个恒定的协态变量,该变量无法应用于不确定的驾驶条件。为解决这一问题,采用一种新颖的自适应法则实时调整协态变量,该法则考虑了车辆未来的功率需求、实际道路坡度和电池状态。将基于ANN的速度预测模型与能量管理系统相结合,形成了一种增强技术,该技术能够自动适应不断变化的道路和车辆条件,从而提高电动汽车的效率。整个系统在三种实际道路坡度条件和不同驾驶循环下进行了测试。还研究了基于规则的策略(RBS)和不进行速度预测的基于PMP的技术,以比较和分析所提出的基于PMP的自适应能量管理系统(APMP)的性能。仿真结果表明,所提出的基于PMP的自适应能量管理系统增加了超级电容器在能量管理系统中的参与度,从而改善了电池健康状况。

English Abstract

The uncertain driving and road conditions complicate the design of Energy Management System (EMS) of Electric vehicles (EVs). To improve the performance of Battery/Supercapacitor (SC) based EV, an adaptive EMS based on Pontryagin's Minimum Principle (PMP) considering actual road slope and velocity prediction through Artificial Neural Network (ANN) based method is proposed. An adaptive EMS is designed by considering the solution obtained from PMP based EMS. The solution obtained by PMP is based on a constant costate variable which cannot be applied to uncertain driving conditions. To solve this problem, the costate variable is adjusted in real time using a novel adaptation law which considers the future power demand of the vehicle, actual road slope and battery conditions. The integration of ANN based velocity prediction model with EMS results in an enhanced technique that can adapt automatically to changing road and vehicle conditions and thus improves the efficiency of the EV. The entire system is tested on three actual road slope conditions and different driving cycles. A Rule Based Strategy (RBS) and PMP based technique without velocity prediction are also studied to compare and analyse the performance of the proposed Adaptive EMS based on PMP (APMP). Simulation results show that the proposed Adaptive EMS based on PMP increases the participation of SC in the EMS and thereby improves battery health.
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SunView 深度解读

从阳光电源储能系统和新能源车载解决方案的业务视角来看,这项基于庞特里亚金最小值原理(PMP)的自适应能量管理技术具有重要的借鉴价值。该研究针对电池-超级电容混合储能系统的优化控制,与我司在储能领域的核心技术方向高度契合。

该技术的核心创新在于通过人工神经网络预测车辆速度,结合实时路况坡度动态调整协态变量,实现了对不确定驾驶工况的自适应响应。这种预测性控制思路可直接应用于我司的储能系统产品中。特别是在工商业储能和微电网场景下,通过负荷预测与实时调度相结合,能够优化电池与超级电容的功率分配策略,延长电池循环寿命,提升系统响应速度。论文验证显示该方法显著增加了超级电容的参与度,这对改善电池健康状态具有实质性意义,可降低我司储能系统的全生命周期成本。

从技术成熟度评估,PMP理论基础扎实,ANN预测模型已较为成熟,但工程化应用仍需解决计算实时性和模型泛化能力问题。对阳光电源而言,关键机遇在于将此技术移植到光储充一体化系统中,通过光伏发电预测、负荷预测与储能优化控制的深度融合,构建更智能的能量管理平台。技术挑战主要集中在多能源耦合场景下的算法复杂度控制,以及不同应用场景下神经网络模型的训练与验证。

建议我司技术团队重点关注其自适应协态变量调整策略,结合我司现有的储能EMS平台进行算法验证,探索在电化学储能与功率型储能混合系统中的应用潜力,为下一代智能储能产品开发提供技术储备。