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基于迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃的動(dòng)力電池組熱管理優(yōu)化策略
《汽車工程》2022年第5期發(fā)表了吉林大學(xué)馬彥教授團(tuán)隊(duì)研究成果“基于迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃的動(dòng)力電池組熱管理優(yōu)化策略”一文。論文針對(duì)目前動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中電池溫度過高會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能量過度損耗的問題，采用迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法(IDP)，以能耗最小為目標(biāo)，使動(dòng)力電池工作在最適合的溫度范圍。結(jié)果表明，IDP優(yōu)化策略在具有高效性的同時(shí)，可降低冷卻系統(tǒng)的能量損耗。以下為文章的主要內(nèi)容。研究背景針對(duì)電池冷卻系統(tǒng)的高度非線性、參數(shù)時(shí)變和遲滯等特點(diǎn)，為了快速降低電池的溫度，使電池工作在理想溫度范圍，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，論文采用迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法優(yōu)化電池的冷卻系統(tǒng)，以最小的能量損耗使電池組的溫度穩(wěn)定在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。研究內(nèi)容1. 基于電池的生熱特性和牛頓冷卻定律，建立電池組集中質(zhì)量熱模型，并與AMESim中建立的電池液冷系統(tǒng)模型進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。
圖1 電池液冷系統(tǒng)示意圖
圖2 AMESim電池組冷卻系統(tǒng)模型
2. 針對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的高度非線性與時(shí)變性，提出一種在多維搜索空間迭代逼近最優(yōu)值的IDP策略。
圖3 迭代動(dòng)態(tài)算法邊界收斂圖
圖4 迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法流程圖
3. 通過MATLAB-AMESim聯(lián)合仿真對(duì)比，以驗(yàn)證IDP優(yōu)化策略的高效性與節(jié)能性。
圖5 IDP冷卻優(yōu)化策略設(shè)計(jì)框圖
研究結(jié)果1. 基于論文提出的優(yōu)化策略，終端電池的溫度穩(wěn)定時(shí)間提高了76.49%，最大溫度誤差減小了52.79%，超調(diào)量減小了53%。同時(shí)，在不同循環(huán)測試下電池組最大溫差始終保持在2K以內(nèi)。故基于IDP的優(yōu)化策略，動(dòng)力電池組的冷卻速率更快，終值更接近目標(biāo)溫度。
表1 U_N_N工況溫度曲線的響應(yīng)參數(shù)
圖6 U_N_U工況下溫度結(jié)果對(duì)比
圖7 恒流3C和U_N_N工況下溫度不一致性與偏差
2. 在整個(gè)測試周期，基于IDP方法的能量損耗為433.98kJ，比PID方法下的594.53kJ降低了27%，比基于DP方法下的能耗降低了22%，減小了能耗。
圖8 U_N_U工況冷卻液流速與能量消耗對(duì)比
圖9 U_N_U工況冷卻系統(tǒng)瞬時(shí)能耗
圖10 冷卻系統(tǒng)總能耗
創(chuàng)新點(diǎn)和意義針對(duì)目前動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中能量過度損耗的問題，論文提出了IDP優(yōu)化策略，仿真結(jié)果表明該策略以最小的能耗對(duì)電池組溫度進(jìn)行快速冷卻，冷卻液流速穩(wěn)定，驗(yàn)證了IDP優(yōu)化策略的高效性與節(jié)能性。具有重要的理論指導(dǎo)意義與工程應(yīng)用價(jià)值。
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