动态规划法优化电动汽车混合动力储能系统

能源管理策略和能源储存系统(ESS)的组件在混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力电动汽车(PHEV)和全电动汽车(EV)中起着关键作用，因为上述所有车辆类型都要求其电池有较长的周期寿命，以避免电池组的经常更换带来的不便和经济成本。其中，纯电动汽车的电池面临着频繁的充电和放电操作，这对电池寿命有不利影响。因此，将超级电容器(SCs)和电池功能结合起来的混合储能系统(HESS)可以成为延长电池寿命的有效解决方案。本文阐述了HESS的动态模型、优化策略，也为优化策略进行了进一步讨论。

半主动HESS拓扑原理图和控制流程图

如上图所示，半主动HESS控制系统由几个子系统组成：驱动程序、电池组、超级电容器、DC/DC变换器、电机、控制器和汽车底盘。在能量管理算法中，双向DC/DC转换器对直流母线总线进行电压变换，这是我们所在系统的唯一优化执行器。高优先级控制器负责收集超级电容器、电池和功率链的信息，计算超级电容器的功率需求，并通过DC/DC转换器控制超级电容器的功率。混合能源储存系统的特点在于电池被动地连接到直流母线上，根据不同的能量链储能放能。而系统中的监控器实现了电池和SC包之间的功率分配。

超级电容器量化过程

对以半主动HESS作为能源供应系统的混合能源电动汽车，我们采用动态程序（Dynamic Programm）方法作为最优控制策略来寻找全局最优解。主要的理念是将HESS的循环周期成本基于UDDSO（城市驾驶功率日程)来最小化能源消耗。值得指出的是，CBDC对这项研究具有重要意义，因为主要研究的对象是针对在中国使用的公交车系统。

优化策略的流程图

从优化策略流程图中可以看出，电动汽车中电池状态（SOC）应该控制在0.5以上。若超级电容器电压小于0.5的最大值时，电池将对超级电容器充电。该优化策略可以很容易实现且计算成本较低。

然而，在实际应用中，并不是所有的特征都能被考虑到，因为关于真实驾驶情况的信息很难预测。与只使用电池的配置相比，由基于规则策略所控制的HESS，基本可以减少60%ESS生命周期成本。这验证了在ESS中采用超级电容的有效性和基于规则的策略的有效性。此外，我们也可以通过增加超级电容器数量来改进基于规则策略的性能。

英文原文作者：

Ziyou Song, Heath Hofmann, Jianqiu Li, Xuebing Han, Minggao Ouyang

英文原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261914011696?via%3Dihub