配置飛輪電池之油電混合車之最佳能量管理策略

Translated title of the thesis: Optimal Energy Management for HEVs Equipped by Flywheel Cells
  • 林 祺翔

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本論文針對配置飛輪電池(Flywheel Cell)之油電混合車(Hybrid Electric Vehicle HEV),提出一能量管理策略(Energy Management Strategy EMS),使用適應性等效油耗最小策略(Adaptive Equivalent Consumption Minimization Strategy A-ECMS),將引擎之燃油、飛輪儲存之動能與鉛酸電池(Lead-acid Battery LAB)儲存之化學能皆視為等效油耗,合併成一成本函數(Cost Function),接著使用遺傳基因演算法(Genetic Algorithm GA),藉由最佳化此成本函數,以求出最佳動力分配比例(Power Split Ratio)。 本論文之研究目標在於: (i) 降低燃油消耗; (ii) 維持鉛酸電池電量; (iii) 延長鉛酸電池壽命。 為了達到上述目標,本論文考量電池之壽命模型,額外添加“電池充放電電流”與“電池溫度”之限制於最佳化求解之限制式(Constraints)中,以避免電池長期處於加速老化之使用區間,同時持續地更新適應性等效油耗最小策略中的等效因子,使其能於電量低時,提高使用鉛酸電池之化學能的成本,反之則降低其成本以避免電量過高。 此外,由於本論文選用自手排變速箱(Automated Manual Transmission AMT)作為調整內燃機引擎(Internal Combustion Engine ICE)操作點之變速系統,每當變換檔位時皆會造成引擎操作點大幅度地改變,使得動力輸出中斷,因而影響乘客舒適度。 因此,本論文導入了二維換檔地圖(2-dimensional Shift Map 2DGSM),選擇“輪軸轉速”與“引擎輸出扭矩”作為升檔/降檔/維持當前檔位之依據,最後加入速度緩衝區間(Buffer Zone),藉此避免過度換檔之情況發生。 本論文使用由車輛模擬軟體ADVISOR(ADvanced VehIcle SimulatOR)與MATLAB/Simulink建立之基於後視法(Backward-facing Method)之油電車模型,將提出之控制器整合於其中作為初步模擬分析。 由Simulink模擬之結果得知,配置飛輪電池之HEV搭配本論文提出之能量管理策略與未配置飛輪電池之傳統燃油車相比,於油耗方面,在市區行車型態最高可達到16 10 %之降幅,於郊區行車型態最高可達到10 24 %之降幅,於高速公路行車型態則可達到5 97 %之降幅。 此外,鉛酸電池電量(LAB SOC)亦可維持於[0 45 0 55]之安全區間中,且其充放電電流與電池溫度均可維持於正常使用區間中。 為了進一步驗證此控制器可應用於實務上,本論文建立一硬體迴路(Hardware-in-the-Loop HIL)實驗平台,且由實驗結果可知: 雖然整體性能因訊息傳遞產生之時間延遲而有所影響,造成實際換檔延後且油耗改善些微變差,但整體趨勢相當符合電腦模擬之結果,驗證了本論文提出之能量管理策略在理論與實務中均有卓越的成效。
Date of Award2018 Aug 14
Original languageChinese
SupervisorNan-Chyuan Tsai (Supervisor)

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