WO2021045643A1 - Energy storage system and method for controlling same - Google Patents

Energy storage system and method for controlling same Download PDF

Info

Publication number
WO2021045643A1
WO2021045643A1 PCT/RU2020/000438 RU2020000438W WO2021045643A1 WO 2021045643 A1 WO2021045643 A1 WO 2021045643A1 RU 2020000438 W RU2020000438 W RU 2020000438W WO 2021045643 A1 WO2021045643 A1 WO 2021045643A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
power
terminal
bridge
capacitor bank
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000438
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович ШВЕД
Даниил Андреевич ШВЕД
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Смартер"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Смартер"
Publication of WO2021045643A1 publication Critical patent/WO2021045643A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/13Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P4/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of electric motors that can be connected to two or more different electric power supplies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical engineering, in particular - to electrical power plants of transport vehicles, mainly unmanned vehicles.
  • Electrically powered vehicles such as hybrid vehicles with combustion engines or fuel cells, electric vehicles and electric buses are increasingly being used. They include rechargeable batteries, the efficiency of which largely determines the cost and technical characteristics of transport vehicles.
  • Known energy storage systems for electrical power plants of transport vehicles which include a combination of two energy storage devices: the first is a storage battery (secondary chemical current source) with high specific energy, the second is a capacitor bank (a battery of capacitors with a double electric layer, also referred to as supercapacitors), which has a high power density.
  • various means and methods are used. energy distribution between storage and capacitor banks (US Pat. W 5,373,195; US Pat. W 7,258,183 B2; US Pat. W 7,780,562 B2; US Pat. J ° 7,791,216 B2; US Pat. J "7,936,083 B2; US Pat. W 8,434,578 B2 ; US Pat. W 8,860,359 B2; US Pat. W 9,162,669 B2; US Pat. W 9,895,983 B2; US Pat. W 10,050,439 B2; US Pat. W 10,293,702 B2).
  • the output / reception of energy by the capacitor bank occurs as a reaction to the current demand arising during the acceleration or regenerative braking of the transport vehicle, and the amount of energy stored in the capacitor bank deviates from the preset initial level E 0 to a smaller or larger side, and then returns to him;
  • the control in the prototype is carried out so that the ratio of the powers P ab , P cb and P c is determined by the amount of energy E stored in the capacitor bank, in particular, when P out > 0:
  • the process of giving / receiving energy includes the stages at which the entire output electrical power of the energy storage system is provided exclusively by capacitor or rechargeable batteries - energy losses on the internal resistances of the batteries are proportional to the square of their output currents and can be minimized due to uniform distribution of these currents, which is not performed in this case.
  • the objectives of the claimed invention are to reduce the weight and cost of the energy storage system, increase its resource.
  • Technical results that allow solving the task: reducing the energy consumption of the capacitor bank, improving the operating modes of the converter, storage and capacitor banks by minimizing energy losses in them.
  • the system consisting of a power section, means for assessing the states of the power section and controls equipped with an information interface, and the power section contains the power terminals of the system, a storage battery, a capacitor bank and a converter with control input of the converter, which are connected so that p
  • the array of input data has the ability to fill through the information interface and contains a forecast P f power P out ;
  • the optimal control program is connected with an array of input data, means for assessing the states of the power unit and the control input of the converter and serves to form the setpoint Ref, which minimizes the value of the function W from the energy losses expected during the forecast lead time P f .
  • the system can be implemented in such a way that the formation of the Ref setpoint consists in choosing one of the many predictive options for its changes based on dynamic programming methods, and the selection criterion is the minimum value of the function
  • W W ab + k j -W cb + k 2 -W c , where k l5 k 2 are weight factors, W ab is the amount of energy loss on the internal resistance of the battery, W cb is the amount of energy loss on the internal resistance of the capacitor bank, W c - the amount of energy losses in the converter.
  • half-bridges can be used, each of which has a half-bridge control input, a first switch, a second switch, a positive terminal, a negative terminal and a switched terminal, the positive terminal is connected to the switched terminal through the first switch, the negative terminal is connected to the switched terminal through the second switch.
  • the switched output has the ability to connect to the positive or negative output by a signal at the control input of the half-bridge.
  • the first version of the converter contains two half-bridges, a choke with a choke current sensor and a regulator, moreover:
  • the positive and negative terminals of the first half-bridge are connected in parallel to the battery, the negative terminal of the first half-bridge is connected to the negative terminal of the second half-bridge, the switchable terminal of the first half-bridge is connected through a choke to the switchable terminal of the second half-bridge, the positive and negative terminals of which are connected in parallel to the capacitor bank;
  • the regulator has three inputs and two outputs, a general feedback signal is applied to the first input of the regulator from the means for assessing the states of the power section of the open circuit of the capacitor bank, the second input of the regulator is the control input of the converter, a local feedback signal from the sensor is applied to the third input of the regulator choke current, the outputs of the regulator are connected to the control inputs of the half-bridges.
  • the power terminals of the system can be the plus and minus terminals of either of the two half-bridges.
  • the second version of the converter contains a half-bridge, a choke with a choke current sensor and a regulator, moreover:
  • the plus and minus terminals of the half-bridge are power terminals of the energy storage system
  • the negative terminal of the half-bridge is connected to the negative terminal of the battery
  • the switchable terminal of the half-bridge is connected through the choke to the positive terminal of the battery and the negative terminal of the capacitor bank, the positive terminal of which is connected to the positive terminal of the half-bridge;
  • the regulator has three inputs and an output, to the first input of the regulator from the means for evaluating the states of the power unit, a general feedback signal is applied to the voltage of the open circuit of the capacitor bank, the second input of the regulator is the control input of the converter, to the third input of the regulator a local feedback signal from the current sensor is applied choke, the output of the regulator is connected to the control input of the half-bridge.
  • the regulator in both converter versions is designed so that the general feedback signal at the first regulator input tends to the Ref setpoint at the second regulator input.
  • the system can be placed on an electric vehicle with navigation and traffic assessment tools, and a program for the cyclic formation of a forecast P f , built on the basis of data analysis of navigation aids and an assessment of the traffic situation, is included in the control facilities.
  • the specified electric vehicle may contain a heat-insulating compartment, while:
  • the battery has a capacity that provides no more than 100 kilometers of run of an electric vehicle without recharging, and is placed in a heat-insulating compartment so that it is possible prompt replacement;
  • a network of stations is located for the rapid replacement of batteries and their charging, combined with heating or cooling of batteries to optimal operating temperatures.
  • a set of predictive options for changing the voltage of the open circuit of the capacitor bank is formed so that at the boundaries of the time interval the value of this voltage belongs to a given finite set U, and for each option, the loss w is calculated, corresponding to the execution of the prediction P f , according to the formula where k b k 2 are weight factors, w ab is the amount of energy loss on the internal resistance of the battery, w cb is the amount of losses energy on the internal resistance of the capacitor bank, w c - the amount of energy loss in the converter;
  • a sequence is selected that forms a continuous function uf (t) with a minimum amount of losses w, then a setting Ref is supplied to the control input of the converter such that the value of the open circuit voltage of the capacitor bank tends to ut (t).
  • the inventive control method can be applied so that the cyclical execution of these actions is carried out with a repetition period that is many times less than the prediction period P f .
  • the inventive control method can be applied to an electric vehicle with navigation aids, the data of which is used to draw up a route, and means for assessing the traffic situation, the data of which is used to predict the schedule of movement of an electric vehicle along a route, and the forecast P f is generated according to the formula
  • P f (m-vdv / dt + mg-dh / dt + P w ) / h, where m is the mass of the electric vehicle, v, h are the predicted speed and altitude of the electric vehicle, g is the acceleration due to gravity, P w is the predicted power losses due to rolling friction and aerodynamic resistance of an electric vehicle, h is the efficiency of the electric drive of the driving wheels of an electric vehicle, and the prediction period P f is set so that it exceeds the value
  • E max - E ttUR av> E max , E min are the maximum and minimum possible energy reserves of the capacitor bank, P av is the average power P out when an electric vehicle moves along a highway with a high-quality surface.
  • the storage battery has a high specific energy
  • the capacitor bank has a high specific power.
  • the system with high specific indicators of energy and power consists of a power section, means for assessing the states of the power section and control means, and the power section contains the power terminals of the system, a storage battery, a capacitor bank and a converter with a control input of the converter, which are connected in a certain way.
  • the array of input data ... contains the forecast P f power P out allows you to plan the output or reception of energy by the capacitor bank not only as a response to the current demand arising from surges in the output electrical power of the system, but also to prepare the capacitor bank for such surges , namely, to discharge it before receiving energy, or to charge it before releasing energy.
  • the capacitor bank will be used as efficiently as possible, since its operational energy capacity will not be excessive in relation to the potential demand for the energy supplied or received.
  • the formation algorithm is disclosed in the attribute: "the formation of the Ref setting consists in choosing one of the many predictive options for its changes based on dynamic programming techniques. " The latter are widely known (Bellman R. // Dynamic programming. - Moscow: Foreign Literature Publishing House, I960; Cormen T., Leiserson C., Rivest R, Stein K. // Algorithms: construction and analysis. - Moscow: Williams , 2005.).
  • W W ab + k, -W cb + k 2 -W c , where k 1 k 2 are weight factors , W ab is the amount of energy loss on the internal resistance of the battery, W cb is the amount of energy loss on the internal resistance of the capacitor bank , W c - the amount of energy losses in the converter ”reveals one of the possible selection criteria.
  • the weighting factors are set depending on the specific parameters of the system, in particular, these factors can be set to zero if the operating temperatures of the capacitor bank and converter do not exceed a safe level. In this case, the operating mode of the battery will be maximally improved by minimizing energy losses on its internal resistance. Since the storage battery is the most heavy, expensive and short-lived element of the system, the set objectives of reducing the weight, cost, and increasing the resource of the system will be solved.
  • the battery ... is housed in a heat-insulating compartment
  • the thermal capacity of the battery is sufficient to prevent overheating, which eliminates the need for forced cooling.
  • the impact of harmful factors such as low or high ambient temperatures is reduced.
  • the storage battery has a capacity that provides no more than 100 kilometers of run of an electric vehicle without recharging" was made possible by reducing the power requirements of the storage battery (due to the presence of a capacitor battery).
  • the low capacity of the rechargeable battery makes it light and small, that is, to implement the sign: "the rechargeable battery ... is placed ... so that it can be quickly replaced.”
  • a new feature “... charging combined with heating or cooling batteries to optimal operating temperatures” allows (in conjunction with placing the battery in a heat-insulating compartment) to improve the operating mode of the battery.
  • a new set of features of the control method “set a finite set U of voltage values ... split the lead period predicting P f for multiple time intervals;
  • a set of predictive options for changing the voltage of the open circuit of the capacitor bank is formed so that at the boundaries of the time interval the value of this voltage belongs to a given finite set U, and for each option, the loss w ... is calculated;
  • a sequence is selected that forms a continuous function u f (t) with a minimum amount of losses w "allows you to reduce the problem of finding optimal control to the well-known problem of finding the shortest path in a directed acyclic graph (see p. 197 in the book. Christofides N. // Graph Theory. Algorithmic Approach. - M .: Mir, 1978.).
  • the method for generating a forecast P f is disclosed in the features characterizing the claimed solution in relation to an electric vehicle, mainly an unmanned vehicle - in this case, the method is the simplest and is given as an illustrative example.
  • the scope of the proposed solution is not limited to the given example.
  • the formation of forecasts of the electric power output of systems intended for hybrid transport vehicles, industrial drives, autonomous electric power devices, etc. refers to separate tasks that are not the subject of this application. Achievement of the technical result in the claimed solution is ensured regardless of the method for generating the forecast of the system's electrical output power.
  • the claimed technical solution contains features, unknown from the prior art and influencing the achievement of the technical result, that is, it meets the criteria of "novelty” and "inventive step”.
  • FIG. 1 contains a block diagram of the system.
  • FIG. 2, 3, 4 contain options for circuits of the power part of the system.
  • FIG. 5 illustrates the optimal control process
  • FIG. 6 illustrates a path in a directed acyclic graph.
  • FIG. 7 illustrates an example of the implementation of the control method.
  • FIG. 8 illustrates a variant of an unmanned electric vehicle.
  • the block diagram (Fig. 1) shows:
  • the storage battery 7 is connected to the capacitor bank 8 through the converter 9, these elements, together with the terminals 5, 6, form a power section 1, which is controlled by the control input 10 of the converter; the power section 1 is connected with the means 2 for assessing the states of the power section.
  • Means 2 for assessing the states of the power section contain, at least: - means for evaluating the voltage of the open circuit and the internal resistance of the storage battery 7;
  • the control means 3 include an array of 11 input data, an optimal control program 12, a program 13 for the cyclical formation of a forecast of the output electric power of the system; the program 13 has the ability to receive data from the means 14 of navigation and assess the traffic situation, as well as write data to the array 11 through the information interface 4; the program 12 has the ability to receive data from the array 11 and from the means 2 for assessing the states of the power unit, as well as transmitting data to the control input 10 of the converter.
  • FIG. 2, 3 show the power section 1 with the first version of the converter 9, which includes:
  • the second input of the regulator is the master input 10 of the converter
  • the third input 26 of the regulator a signal of local feedback from the sensor 23 of the choke current is applied, the outputs 27, 28 of the regulator are connected to half-bridge control inputs; positive and negative conclusions of the first half-bridge 20 connected in parallel to the battery 7, the negative terminal of the first half-bridge 20 is connected to the negative terminal of the second half-bridge 21, the switchable terminal of the first half-bridge 20 is connected through the choke 22 to the switched terminal of the second half-bridge 21, the positive and negative terminals of which are connected in parallel to the capacitor bank 8.
  • the power terminals 5, 6 of the system can be: positive and negative terminals of the second half-bridge 21 (as shown in Fig. 2), or positive and negative terminals of the first half-bridge 20 (as shown in Fig. 3 ).
  • the diagram shows the power section 1 with the second version of the converter 9, which includes:
  • - half-bridge 30 which has a control input, a positive terminal, a negative terminal and a switchable terminal;
  • the first input 34 of the regulator is fed with a common feedback signal for the voltage and the open circuit of the capacitor bank
  • the second input of the regulator is the control input 10 of the converter
  • the third input 36 of the regulator is fed with a local feedback signal from the sensor 32 of the choke current
  • the output 36 of the regulator is connected to the control input half-bridge 30;
  • the positive and negative terminals of the half-bridge 30 are power terminals 5, 6 of the system, the negative terminal of the half-bridge 30 is connected to the negative terminal of the battery 7, the switchable terminal of the half-bridge 30 is connected through the throttle 31 to the positive terminal of the battery 7 and the negative terminal of the capacitor bank 8, the positive terminal of which connected to the positive terminal of the half-bridge 30.
  • the choice of power unit option 1 is determined by the specific parameters of the system: - in cases where the output power of the capacitor bank 8 is significantly (more than 3 times) higher than the power of the battery 7 (for example, in a hybrid car), the circuit shown in FIG. 2;
  • the switchable output of the half-bridge 30 is periodically connected to its positive or negative terminals.
  • the average voltage at the switched output of the half-bridge 30 depends on the duty cycle of the pulses at the output 36 of the regulator.
  • the change in the current of the choke 31 is determined by the voltage difference at its terminals and, therefore, also depends on the duty cycle of the pulses at the output 36 of the regulator.
  • the choke current affects the distribution of the output electrical power of the system between the storage battery 7 and the capacitor battery 8.
  • the voltage and open circuit of the capacitor bank 8 varies depending on its output electrical power.
  • the regulator 33 is designed so that the voltage at input 34 also tends to the Ref setpoint at input 10. The principle of operation of the regulator is known and does not require additional explanations.
  • Program 12 receives from means 2 data on the state of the power unit (open circuit voltage and internal resistance accumulator 7 and capacitor 8 batteries), and from array 11 forecast Pf of the output electric power of the system. Note that the internal resistance of the capacitor bank 8, as well as the open-circuit voltage and the internal resistance of the battery 7 change rather slowly, and during the prediction period Pf they can be considered constant. Program 12 solves the problem of finding the optimal control using the following algorithm:
  • the loss w ijk is calculated (for example, the amount of energy loss on the internal resistance of the battery) corresponding to the implementation of the forecast Pf, using data on the state of the power unit and its mathematical model.
  • W (i, j) min [W (il, j ') + w ijk ], (1)
  • (i, j, k) runs through the set of all arcs directed to the vertex (i, j)
  • W (i- 1, j ') are the marks previously assigned to the vertices from which the arcs (1, j, k) are directed
  • W (0, 0) 0 is the mark assigned to the beginning of the graph.
  • One (N, M) with the smallest mark is selected from all vertices (N, j).
  • the arc (N, M, L) lies on the path with the least amount of losses.
  • the cycle shown in FIG. 5, should be carried out as often as possible - in order to avoid significant discrepancies between the output electrical power Pout and its forecast P f .
  • FIG. 7 shows an example of the system operation when an electric vehicle is moving.
  • the route is divided into sections by points 40, 41, 42, 43, 44, 45.
  • the forecast is updated at each point. Forecast lead periods intersect (each of them corresponds to two sections of the route).
  • - fragment 50 corresponds to the section up to point 41; - fragment 51 corresponds to section 40 + 42;
  • the Ref setpoint at the control input of the converter is formed based on the most recent forecast, while the E graph is updated, which may differ from the previous one (dashed line):
  • the forecast generated in paragraph 40 takes into account the descent of the electric vehicle in the section 41 + 42, therefore, in the section 40 + 41, the updated fragment 51 is below the previous fragment 50, which ensures the preparation of the capacitor bank to receive energy on the descent;
  • section 42 43 does not contain significant changes in the relief, and also does not imply acceleration / deceleration of an electric vehicle, therefore, in section 41 + 42, the updated fragment 52 differs little from the previous fragment 51;
  • the forecast generated in paragraph 42 takes into account the rise of the electric vehicle in the section 43 + 44, therefore, in the section 42 + 43, the updated fragment 53 is higher than the previous fragment 52, which ensures the preparation of the capacitor bank for energy release on the rise;
  • the forecast generated in paragraph 43 takes into account the braking of the electric vehicle before the intersection 45, therefore, in section 43 + 44, the updated fragment 54 is higher than the previous fragment 53.
  • the optimal control program takes into account not only the current requirements for the output electrical power of the system, but also those needs that may arise in the near future.
  • the variant of the unmanned electric vehicle 60 (FIG. 8) has drive wheels 61 mechanically connected to the electric machines 62.
  • the electric machines 62 are connected to AC / DC converters 63, which are powered by an energy storage system with the power section variant shown in FIG. 4.
  • Electric vehicle 60 contains a heat-insulating compartment 64 in which a storage battery 7 is located.
  • the network of stations 65 is used for prompt robotic replacement of discharged batteries with fresh ones.
  • a fresh (charged) storage battery has an electrolyte temperature close to optimal.
  • the temperature of the electrolyte of the battery 5, placed in the heat-insulating compartment 61 does not have time to change significantly, which increases the reliability of the battery in winter, and in summer eliminates the need for its forced cooling.
  • the proposed version of the electric vehicle 60 provides storage of not only electrical, but also thermal energy.
  • the unmanned electric car 60 is preferable to use as a city taxi, the route of which is compiled automatically and provides for visits to robotic points to quickly replace batteries.

Abstract

The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electric propulsion systems for vehicles. The aims of the invention are to reduce the weight and cost of an energy storage system and to increase the service life thereof. The energy storage system consists of a power section (1), means (2) for assessing states of the power section, and control means (3). The power section comprises power terminals (5, 6), a storage battery (7), a capacitor bank (8) and a converter (9) with a converter control input (10). The control means (3) comprise an information interface (4), an input data set (11), an optimal control program (12) for generating a setpoint for the converter control input (10), and a program (13) for generating a prediction of the output electrical power of the system on the basis of data from navigation and traffic assessment means (14). The optimal control program (12) takes into account not only the current requirements for the output electric power of the system, but also the requirements that may arise in the near future, which improves the operating conditions of the storage battery and capacitor bank.

Description

СИСТЕМА АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕЮ ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD OF ITS CONTROL
Изобретение относится к области электротехники, в частности — к электрическим силовым установкам транспортных машин, преимущественно беспилотных. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular - to electrical power plants of transport vehicles, mainly unmanned vehicles.
Транспортные машины с электрическими силовыми установками, такие как гибридные автомобили с двигателями внутреннего сгорания или топливными элементами, электромобили и электробусы, находят всё более широкое применение. В их состав входят аккумуляторные батареи, эффективность использования которых в значительной мере определяет стоимостные и технические характеристики транспортных машин. Electrically powered vehicles such as hybrid vehicles with combustion engines or fuel cells, electric vehicles and electric buses are increasingly being used. They include rechargeable batteries, the efficiency of which largely determines the cost and technical characteristics of transport vehicles.
Известны способы управления энергопотреблением в гибридных транспортных машинах (WO 2013/131735 АЗ; U.S. Pat. N° 8,606,513 В2; U.S. Pat. Ко 10,131,341 В2) основанные на учете особенностей движения машин в различных дорожных условиях. Указанные способы позволяют повысить эффективность использования аккумуляторных батарей, однако в недостаточной мере. Это связано с тем, что аккумуляторные батареи обладают относительно невысокой удельной мощностью, и необходимо увеличивать их массу чтобы обеспечить достаточно интенсивный разгон или рекуперативное торможение транспортной машины. Known methods for managing energy consumption in hybrid vehicles (WO 2013/131735 AZ; U.S. Pat. N ° 8,606,513 B2; U.S. Pat. Ko 10,131,341 B2) based on taking into account the peculiarities of the movement of cars in various road conditions. These methods can improve the efficiency of using batteries, but not enough. This is due to the fact that storage batteries have a relatively low specific power, and it is necessary to increase their mass in order to provide a sufficiently intensive acceleration or regenerative braking of a transport vehicle.
Известны системы аккумулирования энергии для электрических силовых установок транспортных машин, включающие в себя комбинацию двух накопителей электроэнергии: первый представляет собой аккумуляторную батарею (вторичный химический источник тока), обладающую высокой удельной энергией, второй — конденсаторную батарею (батарею конденсаторов с двойным электрическим слоем, именуемых также суперконденсаторами), обладающую высокой удельной мощностью. При этом используются различные средства и способы распределения энергии между аккумуляторной и конденсаторной батареями (U.S. Pat. Ж 5,373,195; U.S. Pat. Ж 7,258,183 B2; U.S. Pat. Ж 7,780,562 B2; U.S. Pat. J ° 7,791,216 B2; U.S. Pat. J « 7,936,083 B2; U.S. Pat. Ж 8,434,578 B2; U.S. Pat. Ж 8,860,359 B2; U.S. Pat. Ж 9,162,669 B2; U.S. Pat. Ж 9,895,983 B2; U.S. Pat. Ж 10,050,439 B2; U.S. Pat. Ж 10,293,702 B2). Known energy storage systems for electrical power plants of transport vehicles, which include a combination of two energy storage devices: the first is a storage battery (secondary chemical current source) with high specific energy, the second is a capacitor bank (a battery of capacitors with a double electric layer, also referred to as supercapacitors), which has a high power density. In this case, various means and methods are used. energy distribution between storage and capacitor banks (US Pat. W 5,373,195; US Pat. W 7,258,183 B2; US Pat. W 7,780,562 B2; US Pat. J ° 7,791,216 B2; US Pat. J "7,936,083 B2; US Pat. W 8,434,578 B2 ; US Pat. W 8,860,359 B2; US Pat. W 9,162,669 B2; US Pat. W 9,895,983 B2; US Pat. W 10,050,439 B2; US Pat. W 10,293,702 B2).
В вышеперечисленных технических решениях отдача/прием энергии конденсаторной батареей происходят как реакция на текущую потребность, возникающую при разгоне либо рекуперативном торможении транспортной машины, причем количество запасенной в конденсаторной батарее энергии отклоняется от заранее установленного исходного уровня Е0 в меньшую либо большую сторону, а затем возвращается к нему; эксплуатационная энергоемкость конденсаторной батареи составляет
Figure imgf000004_0001
где Emax, Emin — соответственно максимально и минимально допустимые уровни запасаемой конденсаторной батареей энергии, Eret = Е0 — Emin — потенциальная потребность в отдаваемой конденсаторной батареей энергии, Erec = Етах — Е0 — потенциальная потребность в принимаемой конденсаторной батареей энергии. Общий недостаток этих решений заключается в неэффективном использовании конденсаторной батареи, которая должна обладать существенным (до двукратного при Eret = Егес) избытком эксплуатационной энергоемкости по отношению к потенциальной потребности в отдаваемой или принимаемой ею энергии.
In the above technical solutions, the output / reception of energy by the capacitor bank occurs as a reaction to the current demand arising during the acceleration or regenerative braking of the transport vehicle, and the amount of energy stored in the capacitor bank deviates from the preset initial level E 0 to a smaller or larger side, and then returns to him; the operating energy capacity of the capacitor bank is
Figure imgf000004_0001
where E max , E min - respectively the maximum and minimum permissible levels of energy stored by the capacitor bank, E ret = E 0 - E min - the potential demand for the energy supplied by the capacitor bank, E rec = E max - E 0 - the potential demand for the received capacitor bank energy. The general disadvantage of these solutions is the ineffective use of the capacitor bank, which must have a significant (up to two times at E ret = E ges ) excess of operational energy capacity in relation to the potential demand for the energy it receives or receives.
Из числа вышеперечисленных технических решений в качестве прототипа заявляемого изобретения выбраны способ и система аккумулирования энергии транспортной машины (U.S. Pat. N° 7,791,216 В2). Данная система входит в состав электрической силовой установки транспортной машины и состоит из силовой части и контроллера, содержащего средства оценки состояний силовой части, средства управления и информационный интерфейс, причем силовая часть содержит силовые клеммы системы (шину для подключения к электроприводу ведущих колес), аккумуляторную батарею, конденсаторную батарею и конвертер с управляющим входом конвертера, которые связаны так, что р = р + р _ р А out А ab 1 cb А с ’ где Pout — выходная электрическая мощность системы аккумулирования энергии, измеренная на её силовых клеммах, РаЬ — выходная электрическая мощность аккумуляторной батареи, РсЬ — выходная электрическая мощность конденсаторной батареи, Рс — мощность потерь в конвертере, а соотношение мощностей РаЬ, РсЬ и Рс зависит от уставки на управляющем входе конвертера. From among the above technical solutions, the method and system of energy storage of a transport machine (US Pat. N ° 7,791,216 B2) were selected as a prototype of the claimed invention. This system is a part of the electric power plant of a transport machine and consists of a power unit and a controller containing means for assessing the states of the power unit, means control and information interface, and the power section contains the power terminals of the system (a bus for connecting to the electric drive of the drive wheels), a storage battery, a capacitor bank and a converter with a control input of the converter, which are connected so that p = p + p _ p A out A ab 1 cb А с 'where P out is the output electric power of the energy storage system, measured at its power terminals, P ab is the output electric power of the storage battery, P cb is the output electric power of the capacitor bank, P c is the power losses in the converter, and the ratio powers P ab , P cb and P c depends on the setting at the control input of the converter.
Управление в прототипе осуществляют так, что соотношение мощностей РаЬ, РсЬ и Рс определяется количеством энергии Е, запасенной в конденсаторной батарее, в частности, при Pout > 0: The control in the prototype is carried out so that the ratio of the powers P ab , P cb and P c is determined by the amount of energy E stored in the capacitor bank, in particular, when P out > 0:
- если
Figure imgf000005_0001
- if a
Figure imgf000005_0001
- если Е2 < Е < Еь то РаЬ > 0, РсЬ > 0, Рс > 0; - if E 2 <E <E b then P ab > 0, P cb > 0, P c >0;
- если Е < Е2 , то РаЬ > 0, РсЬ = 0, Рс > 0, где Е1 Е2 — пороговые уровни. - if E <E 2 , then P ab > 0, P cb = 0, P c > 0, where E 1 E 2 are threshold levels.
Таким образом, в прототипе процесс отдачи/приема энергии включает в себя этапы, на которых вся выходная электрическая мощность системы аккумулирования энергии обеспечивается исключительно конденсаторной, либо аккумуляторной батареями — потери энергии на внутренних сопротивлениях батарей пропорциональны квадрату их выходных токов и могут быть минимизированы за счет равномерного распределения этих токов, что не выполняется в данном случае. Thus, in the prototype, the process of giving / receiving energy includes the stages at which the entire output electrical power of the energy storage system is provided exclusively by capacitor or rechargeable batteries - energy losses on the internal resistances of the batteries are proportional to the square of their output currents and can be minimized due to uniform distribution of these currents, which is not performed in this case.
Задачами заявляемого изобретения являются уменьшение веса и стоимости системы аккумулирования энергии, увеличение её ресурса. Технические результаты, позволяющие решить поставленную задачу: снижение энергоемкости конденсаторной батареи, улучшение режимов работы конвертера, аккумуляторной и конденсаторной батарей за счет минимизации потерь энергии в них. The objectives of the claimed invention are to reduce the weight and cost of the energy storage system, increase its resource. Technical results that allow solving the task: reducing the energy consumption of the capacitor bank, improving the operating modes of the converter, storage and capacitor banks by minimizing energy losses in them.
Технические результаты достигаются тем, что в системе аккумулирования энергии (именуемой далее система), состоящей из силовой части, средств оценки состояний силовой части и средств управления, оснащенных информационным интерфейсом, причем силовая часть содержит силовые клеммы системы, аккумуляторную батарею, конденсаторную батарею и конвертер с управляющим входом конвертера, которые связаны так, что р The technical results are achieved by the fact that in the energy storage system (hereinafter referred to as the system), consisting of a power section, means for assessing the states of the power section and controls equipped with an information interface, and the power section contains the power terminals of the system, a storage battery, a capacitor bank and a converter with control input of the converter, which are connected so that p
1 out
Figure imgf000006_0001
где Pout — выходная электрическая мощность системы, измеренная на её силовых клеммах, РаЬ — выходная электрическая мощность аккумуляторной батареи, РсЬ — выходная электрическая мощность конденсаторной батареи, Рс — мощность потерь в конвертере, а соотношение мощностей РаЬ, РсЬ и Рс зависит от уставки Ref на управляющем входе конвертера, согласно заявляемому изобретению в состав средств управления введены массив входных данных и программа оптимального управления, причем:
1 out
Figure imgf000006_0001
where P out is the output electric power of the system, measured at its power terminals, P ab is the output electric power of the storage battery, P cb is the output electric power of the capacitor bank, P c is the power losses in the converter, and the ratio of the powers P ab , P cb and P s depends on the setpoint Ref at the control input of the converter, according to the claimed invention, an array of input data and an optimal control program are introduced into the control means, and:
- массив входных данных имеет возможность заполнения через информационный интерфейс и содержит прогноз Pf мощности Pout; - the array of input data has the ability to fill through the information interface and contains a forecast P f power P out ;
- программа оптимального управления связана с массивом входных данных, средствами оценки состояний силовой части и управляющем входом конвертера и служит для формирования уставки Ref, минимизирующей значение функции W от потерь энергии, ожидаемых в период упреждения прогноза Pf . - the optimal control program is connected with an array of input data, means for assessing the states of the power unit and the control input of the converter and serves to form the setpoint Ref, which minimizes the value of the function W from the energy losses expected during the forecast lead time P f .
Система может быть реализована так, что формирование уставки Ref заключается в выборе одного из множества прогнозных вариантов её изменения, основанном на методах динамического программирования, причем критерием выбора является минимум значения функции The system can be implemented in such a way that the formation of the Ref setpoint consists in choosing one of the many predictive options for its changes based on dynamic programming methods, and the selection criterion is the minimum value of the function
W = Wab + kj-Wcb + k2-Wc , где kl5 k2 — весовые коэффициенты, Wab — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи, Wcb — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении конденсаторной батареи, Wc — величина потерь энергии в конвертере. W = W ab + k j -W cb + k 2 -W c , where k l5 k 2 are weight factors, W ab is the amount of energy loss on the internal resistance of the battery, W cb is the amount of energy loss on the internal resistance of the capacitor bank, W c - the amount of energy losses in the converter.
В схеме конвертера могут использоваться полумосты, каждый из которых имеет управляющий вход полумоста, первый ключ, второй ключ, плюсовой вывод, минусовой вывод и переключаемый вывод, плюсовой вывод связан с переключаемым выводом через первый ключ, минусовой вывод связан с переключаемым выводом через второй ключ, переключаемый вывод имеет возможность подключения к плюсовому либо минусовому выводу по сигналу на управляющем входе полумоста. In the converter circuit, half-bridges can be used, each of which has a half-bridge control input, a first switch, a second switch, a positive terminal, a negative terminal and a switched terminal, the positive terminal is connected to the switched terminal through the first switch, the negative terminal is connected to the switched terminal through the second switch. the switched output has the ability to connect to the positive or negative output by a signal at the control input of the half-bridge.
Первый вариант конвертера содержит два полумоста, дроссель с датчиком тока дросселя и регулятор, причем: The first version of the converter contains two half-bridges, a choke with a choke current sensor and a regulator, moreover:
- плюсовой и минусовой выводы первого полумоста подключены параллельно к аккумуляторной батарее, минусовой вывод первого полумоста соединен с минусовым выводом второго полумоста, переключаемый вывод первого полумоста через дроссель соединен с переключаемым выводом второго полумоста, плюсовой и минусовой выводы которого подключены параллельно к конденсаторной батарее; - the positive and negative terminals of the first half-bridge are connected in parallel to the battery, the negative terminal of the first half-bridge is connected to the negative terminal of the second half-bridge, the switchable terminal of the first half-bridge is connected through a choke to the switchable terminal of the second half-bridge, the positive and negative terminals of which are connected in parallel to the capacitor bank;
- регулятор имеет три входа и два выхода, на первый вход регулятора от средств оценки состояний силовой части подан сигнал общей обратной связи по напряжению разомкнутой цепи конденсаторной батареи, второй вход регулятора является управляющим входом конвертера, на третий вход регулятора подан сигнал местной обратной связи от датчика тока дросселя, выходы регулятора подключены к управляющим входам полумостов. В первом варианте конвертера силовыми клеммами системы могут являться плюсовой и минусовой выводы любого из двух полумостов. - the regulator has three inputs and two outputs, a general feedback signal is applied to the first input of the regulator from the means for assessing the states of the power section of the open circuit of the capacitor bank, the second input of the regulator is the control input of the converter, a local feedback signal from the sensor is applied to the third input of the regulator choke current, the outputs of the regulator are connected to the control inputs of the half-bridges. In the first version of the converter, the power terminals of the system can be the plus and minus terminals of either of the two half-bridges.
Второй вариант конвертера содержит полумост, дроссель с датчиком тока дросселя и регулятор, причем: The second version of the converter contains a half-bridge, a choke with a choke current sensor and a regulator, moreover:
- плюсовой и минусовой выводы полумоста являются силовыми клеммами системы аккумулирования энергии, минусовой вывод полумоста соединен с минусовым выводом аккумуляторной батареи, переключаемый вывод полумоста через дроссель соединен с плюсовым выводом аккумуляторной батареи и минусовым выводом конденсаторной батареи, плюсовой вывод которой соединен с плюсовым выводом полумоста; - the plus and minus terminals of the half-bridge are power terminals of the energy storage system, the negative terminal of the half-bridge is connected to the negative terminal of the battery, the switchable terminal of the half-bridge is connected through the choke to the positive terminal of the battery and the negative terminal of the capacitor bank, the positive terminal of which is connected to the positive terminal of the half-bridge;
- регулятор имеет три входа и выход, на первый вход регулятора от средств оценки состояний силовой части подан сигнал общей обратной связи по напряжению разомкнутой цепи конденсаторной батареи, второй вход регулятора является управляющим входом конвертера, на третий вход регулятора подан сигнал местной обратной связи от датчика тока дросселя, выход регулятора подключен к управляющему входу полумоста. - the regulator has three inputs and an output, to the first input of the regulator from the means for evaluating the states of the power unit, a general feedback signal is applied to the voltage of the open circuit of the capacitor bank, the second input of the regulator is the control input of the converter, to the third input of the regulator a local feedback signal from the current sensor is applied choke, the output of the regulator is connected to the control input of the half-bridge.
Регулятор в обоих вариантах конвертера выполнен так, чтобы сигнал общей обратной связи на первом входе регулятора стремился к уставке Ref на втором входе регулятора. The regulator in both converter versions is designed so that the general feedback signal at the first regulator input tends to the Ref setpoint at the second regulator input.
Система может быть размещена на электромобиле, имеющем средства навигации и оценки дорожной обстановки, причем в состав средств управления введена программа циклического формирования прогноза Pf, построенная на основе анализа данных средств навигации и оценки дорожной обстановки. The system can be placed on an electric vehicle with navigation and traffic assessment tools, and a program for the cyclic formation of a forecast P f , built on the basis of data analysis of navigation aids and an assessment of the traffic situation, is included in the control facilities.
Указанный электромобиль, может содержать теплоизоляционный отсек, при этом: The specified electric vehicle may contain a heat-insulating compartment, while:
- аккумуляторная батарея имеет емкость, обеспечивающую не более 100 километров пробега электромобиля без подзарядки, и размещена в теплоизоляционном отсеке так, чтобы обеспечивалась возможность её оперативной замены; - the battery has a capacity that provides no more than 100 kilometers of run of an electric vehicle without recharging, and is placed in a heat-insulating compartment so that it is possible prompt replacement;
- на территории предполагаемой эксплуатации электромобиля размещена сеть станций для оперативной замены аккумуляторных батарей и их зарядки, совмещенной с подогревом либо охлаждением аккумуляторных батарей до оптимальных рабочих температур. - on the territory of the intended operation of the electric vehicle, a network of stations is located for the rapid replacement of batteries and their charging, combined with heating or cooling of batteries to optimal operating temperatures.
При управлении системой, содержащей аккумуляторную батарею, конденсаторную батарею и конвертер с управляющим входом конвертера, которые связаны так, что р r = Р 4 Р р out ab rcb гс > где Pout — выходная электрическая мощность системы, РаЬ — выходная электрическая мощность аккумуляторной батареи, РсЬ — выходная электрическая мощность конденсаторной батареи, Рс — мощность потерь в конвертере, а соотношение мощностей РаЬ, РсЬ и Рс зависит от уставки Ref на управляющем входе конвертера, согласно заявляемому способу задают конечное множество U значений напряжения и затем циклически выполняют следующие действия: When controlling a system containing a storage battery, a capacitor bank and a converter with a control input of the converter, which are connected in such a way that p r = P 4 P p out ab r cb g c> where P out is the output electrical power of the system, P ab is the output electrical the power of the storage battery, P cb is the output electric power of the capacitor bank, P c is the power losses in the converter, and the ratio of the powers P ab , P cb and P c depends on the setting Ref at the control input of the converter, according to the claimed method, a finite set U of voltage values is set and then cyclically perform the following actions:
- формируют прогноз Pf мощности Pout и разбивают период упреждения прогноза Pf на множество интервалов времени; - form a forecast P f of power P out and divide the forecast lead period P f into a plurality of time intervals;
- на каждом интервале времени формируют множество прогнозных вариантов изменения напряжения разомкнутой цепи конденсаторной батареи так, чтобы на границах интервала времени величина этого напряжения принадлежала заданному конечному множеству U, причем для каждого варианта вычисляют потерю w, соответствующую выполнению прогноза Pf , по формуле
Figure imgf000009_0001
где kb k2 — весовые коэффициенты, wab — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи, wcb — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении конденсаторной батареи, wc — величина потерь энергии в конвертере;
- at each time interval, a set of predictive options for changing the voltage of the open circuit of the capacitor bank is formed so that at the boundaries of the time interval the value of this voltage belongs to a given finite set U, and for each option, the loss w is calculated, corresponding to the execution of the prediction P f , according to the formula
Figure imgf000009_0001
where k b k 2 are weight factors, w ab is the amount of energy loss on the internal resistance of the battery, w cb is the amount of losses energy on the internal resistance of the capacitor bank, w c - the amount of energy loss in the converter;
- из множества сформированных прогнозных вариантов выбирают последовательность, которая образует непрерывную функцию uf(t) при минимальной сумме потерь w, затем подают на управляющий вход конвертера такую уставку Ref, что величина напряжения разомкнутой цепи конденсаторной батареи стремится к ut(t). - from the set of generated predictive options, a sequence is selected that forms a continuous function uf (t) with a minimum amount of losses w, then a setting Ref is supplied to the control input of the converter such that the value of the open circuit voltage of the capacitor bank tends to ut (t).
Заявляемый способ управления может применяться так, что циклическое выполнение указанных действий осуществляют с периодом повторения, многократно меньшим, чем период упреждения прогноза Pf. The inventive control method can be applied so that the cyclical execution of these actions is carried out with a repetition period that is many times less than the prediction period P f .
Заявляемый способ управления может применяться на электромобиле со средствами навигации, данные которых используют для составления маршрута, и средствами оценки дорожной обстановки, данные которых используют для прогнозирования графика движения электромобиля по маршруту, а формирование прогноза Pf осуществляют по формуле The inventive control method can be applied to an electric vehicle with navigation aids, the data of which is used to draw up a route, and means for assessing the traffic situation, the data of which is used to predict the schedule of movement of an electric vehicle along a route, and the forecast P f is generated according to the formula
Pf = (m-vdv/dt + m-g-dh/dt + Pw )/h, где m — масса электромобиля, v, h — прогнозируемые скорость и высота положения электромобиля, g — ускорение свободного падения, Pw — прогнозируемая мощность потерь, обусловленных трением качения и аэродинамическим сопротивлением электромобиля, h — коэффициент полезного действия электропривода ведущих колес электромобиля, причем период упреждения прогноза Pf задают так, чтобы он превышал величинуP f = (m-vdv / dt + mg-dh / dt + P w ) / h, where m is the mass of the electric vehicle, v, h are the predicted speed and altitude of the electric vehicle, g is the acceleration due to gravity, P w is the predicted power losses due to rolling friction and aerodynamic resistance of an electric vehicle, h is the efficiency of the electric drive of the driving wheels of an electric vehicle, and the prediction period P f is set so that it exceeds the value
(Етах - ЕттУР av > где Emax, Emin — максимально и минимально возможный запасы энергии конденсаторной батареи, Pav — средняя мощность Pout при движении электромобиля по магистральной дороге с качественным покрытием. ( E max - E ttUR av> where E max , E min are the maximum and minimum possible energy reserves of the capacitor bank, P av is the average power P out when an electric vehicle moves along a highway with a high-quality surface.
Существенные признаки заявляемого решения влияют на достижение технического результата следующим образом: The essential features of the proposed solution affect the achievement technical result as follows:
Аккумуляторная батарея имеет высокую удельную энергию, а конденсаторная батарея — высокую удельную мощность. Система, обладающая высокими удельными показателями энергии и мощности, состоит из силовой части, средств оценки состояний силовой части и средств управления, причем силовая часть содержит силовые клеммы системы, аккумуляторную батарею, конденсаторную батарею и конвертер с управляющим входом конвертера, которые связаны определенным образом. Перечисленные признаки известны из существующего уровня техники и открывают потенциальную возможность для оптимизации процесса распределения выходной электрической мощности системы между аккумуляторной и конденсаторной батареями. The storage battery has a high specific energy, and the capacitor bank has a high specific power. The system with high specific indicators of energy and power consists of a power section, means for assessing the states of the power section and control means, and the power section contains the power terminals of the system, a storage battery, a capacitor bank and a converter with a control input of the converter, which are connected in a certain way. These features are known from the state of the art and offer the potential for optimizing the distribution of the electrical power output of the system between the storage battery and the capacitor bank.
Новый признак: «массив входных данных... содержит прогноз Pf мощности Pout » позволяет планировать отдачу или прием энергии конденсаторной батареей не только как реакцию на текущую потребность, возникающую при всплесках выходной электрической мощности системы, но и подготавливать конденсаторную батарею к таким всплескам, а именно — разряжать её перед приемом энергии, либо заряжать перед отдачей энергии. При этом конденсаторная батарея будет использоваться максимально эффективно, так как ее эксплуатационная энергоемкость не будет избыточной по отношению к потенциальной потребности в отдаваемой или принимаемой энергии. A new feature: "the array of input data ... contains the forecast P f power P out " allows you to plan the output or reception of energy by the capacitor bank not only as a response to the current demand arising from surges in the output electrical power of the system, but also to prepare the capacitor bank for such surges , namely, to discharge it before receiving energy, or to charge it before releasing energy. In this case, the capacitor bank will be used as efficiently as possible, since its operational energy capacity will not be excessive in relation to the potential demand for the energy supplied or received.
Реализация вышеуказанной возможности обеспечивается новым признаком: «программа оптимального управления... для формирования уставки Ref, минимизирующей значение функции W от потерь энергии, ожидаемых в период упреждения прогноза Pf ». The implementation of the above possibility is provided by a new feature: "the optimal control program ... for the formation of the setpoint Ref, which minimizes the value of the function W from the energy losses expected during the forecast lead time P f ".
Алгоритм формирования раскрыт в признаке: «формирование уставки Ref заключается в выборе одного из множества прогнозных вариантов её изменения, основанном на методах динамического программирования». Последние широко известны (Беллман Р. // Динамическое программирование.- М.: Издательство иностранной литературы, I960.; Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест R, Штайн К. // Алгоритмы: построение и анализ.- М.: Вильямс, 2005.). The formation algorithm is disclosed in the attribute: "the formation of the Ref setting consists in choosing one of the many predictive options for its changes based on dynamic programming techniques. " The latter are widely known (Bellman R. // Dynamic programming. - Moscow: Foreign Literature Publishing House, I960; Cormen T., Leiserson C., Rivest R, Stein K. // Algorithms: construction and analysis. - Moscow: Williams , 2005.).
Признак: «минимум значения функции Sign: "the minimum value of the function
W = Wab + k,-Wcb + k2-Wc , где k1 k2 — весовые коэффициенты,, Wab — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи, Wcb — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении конденсаторной батареи, Wc — величина потерь энергии в конвертере» раскрывает один из возможных критериев выбора. Для специалиста в данной области техники должно быть понятно, что весовые коэффициенты задаются в зависимости от конкретных параметров системы, в частности, указанные коэффициенты могут быть приравнены к нулю если рабочие температуры конденсаторной батареи и конвертера не превышают безопасного уровня. В этом случае будет максимально улучшен режим работы аккумуляторной батареи за счет минимизации потерь энергии на её внутреннем сопротивлении. Так как аккумуляторная батарея является наиболее тяжелым, дорогостоящим и недолговечным элементом системы, будут решены поставленные задачи уменьшения веса, стоимости, и увеличения ресурса системы. W = W ab + k, -W cb + k 2 -W c , where k 1 k 2 are weight factors ,, W ab is the amount of energy loss on the internal resistance of the battery, W cb is the amount of energy loss on the internal resistance of the capacitor bank , W c - the amount of energy losses in the converter ”reveals one of the possible selection criteria. For a person skilled in the art it should be clear that the weighting factors are set depending on the specific parameters of the system, in particular, these factors can be set to zero if the operating temperatures of the capacitor bank and converter do not exceed a safe level. In this case, the operating mode of the battery will be maximally improved by minimizing energy losses on its internal resistance. Since the storage battery is the most heavy, expensive and short-lived element of the system, the set objectives of reducing the weight, cost, and increasing the resource of the system will be solved.
Признаки, раскрывающие варианты построения конвертера известны из существующего уровня техники и являются поясняющими. Features revealing options for constructing a converter are known from the state of the art and are illustrative.
Признаки: «Система... размещена на электромобиле, имеющем средства навигации и оценки дорожной обстановки, причем в состав средств управления введена программа циклического формирования прогноза Pf, построенная на основе анализа данных средств навигации и оценки дорожной обстановки» очевидны для специалиста в данной области техники и являются поясняющими. Signs: "The system ... is located on an electric vehicle that has navigation and traffic conditions assessment tools, and a program for cyclic forecasting P f , built on the basis of data analysis of navigation aids and traffic situation assessment, has been introduced into the control tools" are obvious for a specialist in this field techniques and are explanatory.
Введение признака: «аккумуляторная батарея... размещена в теплоизоляционном отсеке» стало возможным благодаря минимизации потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи. При минимальных потерях энергии теплоемкость аккумуляторной батареи достаточна для предотвращения её перегрева, что исключает потребность в принудительном охлаждении. За счет размещения аккумуляторной батареи в теплоизоляционном отсеке уменьшается воздействие таких вредных факторов, как пониженная или повышенная температура окружающего воздуха. The introduction of the feature: "the battery ... is housed in a heat-insulating compartment" was made possible by minimizing energy losses on the internal resistance of the battery. With minimal energy losses, the thermal capacity of the battery is sufficient to prevent overheating, which eliminates the need for forced cooling. By placing the battery in a heat-insulating compartment, the impact of harmful factors such as low or high ambient temperatures is reduced.
Введение признака: «аккумуляторная батарея имеет емкость, обеспечивающую не более 100 километров пробега электромобиля без подзарядки» стало возможным за счет снижения требований к мощности аккумуляторной батареи (благодаря наличию конденсаторной батареи). Низкая емкость аккумуляторной батареи позволяет сделать её легкой и небольшой, то есть реализовать признак: «аккумуляторная батарея... размещена... так, чтобы обеспечивалась возможность её оперативной замены». The introduction of the feature: "the storage battery has a capacity that provides no more than 100 kilometers of run of an electric vehicle without recharging" was made possible by reducing the power requirements of the storage battery (due to the presence of a capacitor battery). The low capacity of the rechargeable battery makes it light and small, that is, to implement the sign: "the rechargeable battery ... is placed ... so that it can be quickly replaced."
Признак: «на территории предполагаемой эксплуатации электромобиля размещена сеть станций для оперативной замены аккумуляторных батарей и их зарядки...» очевиден для специалиста в данной области техники и является поясняющим. The sign: "on the territory of the intended operation of the electric vehicle, a network of stations is located for the rapid replacement of batteries and their charging ..." is obvious to a person skilled in the art and is explanatory.
Новый признак: «...зарядки, совмещенной с подогревом либо охлаждением аккумуляторных батарей до оптимальных рабочих температур» позволяет (в совокупности с размещением аккумуляторной батареи в теплоизоляционном отсеке) улучшить режим работы аккумуляторной батареи. A new feature: "... charging combined with heating or cooling batteries to optimal operating temperatures" allows (in conjunction with placing the battery in a heat-insulating compartment) to improve the operating mode of the battery.
Новая совокупность признаков способа управления: «задают конечное множество U значений напряжения... разбивают период упреждения прогноза Pf на множество интервалов времени; A new set of features of the control method: “set a finite set U of voltage values ... split the lead period predicting P f for multiple time intervals;
- на каждом интервале времени формируют множество прогнозных вариантов изменения напряжения разомкнутой цепи конденсаторной батареи так, чтобы на границах интервала времени величина этого напряжения принадлежала заданному конечному множеству U, причем для каждого варианта вычисляют потерю w...; - at each time interval, a set of predictive options for changing the voltage of the open circuit of the capacitor bank is formed so that at the boundaries of the time interval the value of this voltage belongs to a given finite set U, and for each option, the loss w ... is calculated;
- из множества сформированных прогнозных вариантов выбирают последовательность, которая образует непрерывную функцию uf(t) при минимальной сумме потерь w» позволяет свести задачу поиска оптимального управления к известной задаче поиска кратчайшего пути в ориентированном ациклическом графе (см. стр. 197 в кн. Кристофидес Н. // Теория графов. Алгоритмический подход.- М.: Мир, 1978.). - from the set of generated predictive options, a sequence is selected that forms a continuous function u f (t) with a minimum amount of losses w "allows you to reduce the problem of finding optimal control to the well-known problem of finding the shortest path in a directed acyclic graph (see p. 197 in the book. Christofides N. // Graph Theory. Algorithmic Approach. - M .: Mir, 1978.).
Признак: «циклическое выполнение указанных действий осуществляют с периодом повторения, многократно меньшим, чем период упреждения прогноза Pf» позволяет вносить своевременные корректировки в процесс распределения мощности при изменении прогноза Pf. Sign: "the cyclical execution of these actions is carried out with a repetition period that is many times smaller than the prediction period P f " allows you to make timely adjustments to the power distribution process when the forecast P f changes.
Способ формирования прогноза Pf раскрыт в признаках, характеризующих заявляемое решение применительно к электромобилю, преимущественно беспилотному — в данном случае способ наиболее прост и приведен в качестве поясняющего примера. Область применения заявляемого решения не исчерпывается приведенным примером. В частности, формирование прогнозов выходной электрической мощности систем, предназначенных для гибридных транспортных машин, промышленных приводов, устройств автономной электроэнергетики и др. относится к отдельным задачам, которые не являются предметом данной заявки. Достижение технического результата в заявляемом решении обеспечивается независимо от способа формирования прогноза выходной электрической мощности системы. The method for generating a forecast P f is disclosed in the features characterizing the claimed solution in relation to an electric vehicle, mainly an unmanned vehicle - in this case, the method is the simplest and is given as an illustrative example. The scope of the proposed solution is not limited to the given example. In particular, the formation of forecasts of the electric power output of systems intended for hybrid transport vehicles, industrial drives, autonomous electric power devices, etc. refers to separate tasks that are not the subject of this application. Achievement of the technical result in the claimed solution is ensured regardless of the method for generating the forecast of the system's electrical output power.
Таким образом, заявляемое техническое решение содержит признаки, неизвестные из уровня техники и влияющие на достижение технического результата, то есть, соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень». Thus, the claimed technical solution contains features, unknown from the prior art and influencing the achievement of the technical result, that is, it meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами. The claimed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг. 1 содержит структурную схему системы. FIG. 1 contains a block diagram of the system.
Фиг. 2, 3, 4 содержат варианты схем силовой части системы. FIG. 2, 3, 4 contain options for circuits of the power part of the system.
Фиг. 5 иллюстрирует процесс оптимального управления. FIG. 5 illustrates the optimal control process.
Фиг. 6 иллюстрирует путь в ориентированном ациклическом графе. Фиг. 7 иллюстрирует пример реализации способа управления. FIG. 6 illustrates a path in a directed acyclic graph. FIG. 7 illustrates an example of the implementation of the control method.
Фиг. 8 иллюстрирует вариант беспилотного электромобиля. FIG. 8 illustrates a variant of an unmanned electric vehicle.
На структурной схеме (фиг. 1) представлены: The block diagram (Fig. 1) shows:
- силовая часть 1 ; - power unit 1;
- средства 2 оценки состояний силовой части; - means 2 for assessing the states of the power unit;
- средства 3 управления с информационным интерфейсом 4; - control means 3 with information interface 4;
- плюсовая 5 и минусовая 6 силовые клеммы системы; - plus 5 and minus 6 power terminals of the system;
- аккумуляторная батарея 7; - storage battery 7;
- конденсаторная батарея 8; - capacitor bank 8;
- конвертер 9 с управляющим входом 10 конвертера; - converter 9 with converter control input 10;
- массив 11 входных данных; - array of 11 input data;
- программа 12 оптимального управления; - program 12 optimal control;
- программа 13 циклического формирования прогноза выходной электрической мощности системы; - the program 13 of the cyclical formation of the forecast of the output electrical power of the system;
- средства 14 навигации и оценки дорожной обстановки. - means 14 for navigation and traffic assessment.
Аккумуляторная батарея 7 связана с конденсаторной батареей 8 через конвертер 9, указанные элементы в совокупности с клеммами 5, 6 образуют силовую часть 1, для управления которой служит управляющий вход 10 конвертера; силовая часть 1 связана со средствами 2 оценки состояний силовой части. The storage battery 7 is connected to the capacitor bank 8 through the converter 9, these elements, together with the terminals 5, 6, form a power section 1, which is controlled by the control input 10 of the converter; the power section 1 is connected with the means 2 for assessing the states of the power section.
Средства 2 оценки состояний силовой части содержат, по меньше мере: - средства оценки напряжения разомкнутой цепи и внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи 7 ; Means 2 for assessing the states of the power section contain, at least: - means for evaluating the voltage of the open circuit and the internal resistance of the storage battery 7;
- средства оценки напряжения разомкнутой цепи и внутреннего сопротивления конденсаторной батареи 8. - means for evaluating the voltage of the open circuit and the internal resistance of the capacitor bank 8.
Для оценки состояний могут использоваться известные алгоритмы, такие как фильтр Калмана или наблюдатель Люенбергера (Андреев Ю. Н. // Управление конечномерными линейными объектами - М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1976.). To assess the states, well-known algorithms can be used, such as the Kalman filter or the Luenberger observer (Andreev Yu. N. // Control of finite-dimensional linear objects - M .: Main edition of physical and mathematical literature of the publishing house "Nauka", 1976.).
В состав средств 3 управления входят массив 11 входных данных, программа 12 оптимального управления, программа 13 циклического формирования прогноза выходной электрической мощности системы; программа 13 имеет возможность получения данных от средств 14 навигации и оценки дорожной обстановки, а также записи данных в массив 11 через информационный интерфейс 4; программа 12 имеет возможность получения данных из массива 11 и от средств 2 оценки состояний силовой части, а также передачи данных на управляющий вход 10 конвертера. The control means 3 include an array of 11 input data, an optimal control program 12, a program 13 for the cyclical formation of a forecast of the output electric power of the system; the program 13 has the ability to receive data from the means 14 of navigation and assess the traffic situation, as well as write data to the array 11 through the information interface 4; the program 12 has the ability to receive data from the array 11 and from the means 2 for assessing the states of the power unit, as well as transmitting data to the control input 10 of the converter.
На схемах (фиг. 2, 3) представлена силовая часть 1 с первым вариантом конвертера 9, в состав которого входят: The diagrams (Fig. 2, 3) show the power section 1 with the first version of the converter 9, which includes:
- первый и второй полумосты 20, 21, каждый их которых имеет вход управления, плюсовой вывод, минусовой вывод и переключаемый вывод;- the first and second half-bridges 20, 21, each of which has a control input, a positive terminal, a negative terminal and a switchable terminal;
- дроссель 22 с датчиком 23 тока дросселя; - a choke 22 with a choke current sensor 23;
- регулятор 24 с тремя входами 25, 10, 26 и выходами 27, 28. - regulator 24 with three inputs 25, 10, 26 and outputs 27, 28.
На первый вход 25 регулятора подан сигнал общей обратной связи по напряжению и разомкнутой цепи конденсаторной батареи, второй вход регулятора является задающим входом 10 конвертера, на третий вход 26 регулятора подан сигнал местной обратной связи от датчика 23 тока дросселя, выходы 27, 28 регулятора подключены ко входам управления полумостов; плюсовой и минусовой выводы первого полумоста 20 подключены параллельно к аккумуляторной батарее 7, минусовой вывод первого полумоста 20 соединен с минусовым выводом второго полумоста 21, переключаемый вывод первого полумоста 20 через дроссель 22 соединен с переключаемым выводом второго полумоста 21, плюсовой и минусовой выводы которого подключены параллельно к конденсаторной батарее 8. To the first input 25 of the regulator a signal of the general feedback on voltage and an open circuit of the capacitor bank is applied, the second input of the regulator is the master input 10 of the converter, to the third input 26 of the regulator a signal of local feedback from the sensor 23 of the choke current is applied, the outputs 27, 28 of the regulator are connected to half-bridge control inputs; positive and negative conclusions of the first half-bridge 20 connected in parallel to the battery 7, the negative terminal of the first half-bridge 20 is connected to the negative terminal of the second half-bridge 21, the switchable terminal of the first half-bridge 20 is connected through the choke 22 to the switched terminal of the second half-bridge 21, the positive and negative terminals of which are connected in parallel to the capacitor bank 8.
В силовой части 1 , содержащей первый вариант конвертера, силовыми клеммами 5, 6 системы могут являться: плюсовой и минусовой выводы второго полумоста 21 (как показано на фиг. 2), либо плюсовой и минусовой выводы первого полумоста 20 (как показано на фиг. 3). In the power section 1, containing the first version of the converter, the power terminals 5, 6 of the system can be: positive and negative terminals of the second half-bridge 21 (as shown in Fig. 2), or positive and negative terminals of the first half-bridge 20 (as shown in Fig. 3 ).
На схеме (фиг. 4) представлена силовая часть 1 со вторым вариантом конвертера 9, в состав которого входят: The diagram (Fig. 4) shows the power section 1 with the second version of the converter 9, which includes:
- полумост 30, который имеет вход управления, плюсовой вывод, минусовой вывод и переключаемый вывод; - half-bridge 30, which has a control input, a positive terminal, a negative terminal and a switchable terminal;
- дроссель 31 с датчиком 32 тока дросселя; - a choke 31 with a choke current sensor 32;
- регулятор 33 с тремя входами 34, 10, 35 и выходом 36. - regulator 33 with three inputs 34, 10, 35 and output 36.
На первый вход 34 регулятора подан сигнал общей обратной связи по напряжению и разомкнутой цепи конденсаторной батареи, второй вход регулятора является управляющим входом 10 конвертера, на третий вход 36 регулятора подан сигнал местной обратной связи от датчика 32 тока дросселя, выход 36 регулятора подключен ко входу управления полумоста 30; плюсовой и минусовой выводы полумоста 30 являются силовыми клеммами 5, 6 системы, минусовой вывод полумоста 30 соединен с минусовым выводом аккумуляторной батареи 7, переключаемый вывод полумоста 30 через дроссель 31 соединен с плюсовым выводом аккумуляторной батареи 7 и минусовым выводом конденсаторной батареи 8, плюсовой вывод которой соединен с плюсовым выводом полумоста 30. The first input 34 of the regulator is fed with a common feedback signal for the voltage and the open circuit of the capacitor bank, the second input of the regulator is the control input 10 of the converter, the third input 36 of the regulator is fed with a local feedback signal from the sensor 32 of the choke current, the output 36 of the regulator is connected to the control input half-bridge 30; the positive and negative terminals of the half-bridge 30 are power terminals 5, 6 of the system, the negative terminal of the half-bridge 30 is connected to the negative terminal of the battery 7, the switchable terminal of the half-bridge 30 is connected through the throttle 31 to the positive terminal of the battery 7 and the negative terminal of the capacitor bank 8, the positive terminal of which connected to the positive terminal of the half-bridge 30.
Выбор варианта силовой части 1 определяется конкретными параметрами системы: - в тех случаях, когда выходная мощность конденсаторной батареи 8 существенно (более чем в 3 раза) превышает мощность аккумуляторной батареи 7 (например в гибридном автомобиле) предпочтительнее схема, представленная на фиг. 2; The choice of power unit option 1 is determined by the specific parameters of the system: - in cases where the output power of the capacitor bank 8 is significantly (more than 3 times) higher than the power of the battery 7 (for example, in a hybrid car), the circuit shown in FIG. 2;
- в тех случаях, когда выходная мощность конденсаторной батареи 8 приблизительно равна мощности аккумуляторной батареи 7 (например в электробусе) предпочтительнее схема, представленная на фиг. 3; - in cases where the output power of the capacitor bank 8 is approximately equal to the power of the battery 7 (for example, in an electric bus), the circuit shown in FIG. 3;
- в остальных случаях (например в электромобиле) предпочтительнее схема, представленная на фиг. 4. - in other cases (for example, in an electric vehicle), the circuit shown in FIG. four.
Во всех указанных вариантах принцип работы конвертера 9 одинаков, и поясняется на примере схемы фиг. 4: In all these variants, the principle of operation of the converter 9 is the same, and is illustrated by the example of the diagram of FIG. four:
При подаче с выхода 36 регулятора на вход управления полумоста 30 периодических прямоугольных импульсов, переключаемый вывод полумоста 30 периодически подключается к его плюсовому либо минусовому выводам. При этом среднее напряжение на переключаемом выводе полумоста 30 зависит от скважности импульсов на выходе 36 регулятора. Изменение тока дросселя 31 определяется разностью напряжений на его выводах и, следовательно, также зависит от скважности импульсов на выходе 36 регулятора. Ток дросселя влияет на распределение выходной электрической мощности системы между аккумуляторной 7 и конденсаторной 8 батареями. Напряжение и разомкнутой цепи конденсаторной батареи 8 изменяется в зависимости от её выходной электрической мощности. Регулятор 33, выполнен так, что напряжение и на входе 34 стремится к уставке Ref на входе 10. Принцип работы регулятора известен и не требует дополнительных пояснений. When periodic rectangular pulses are fed from the output 36 of the regulator to the control input of the half-bridge 30, the switchable output of the half-bridge 30 is periodically connected to its positive or negative terminals. In this case, the average voltage at the switched output of the half-bridge 30 depends on the duty cycle of the pulses at the output 36 of the regulator. The change in the current of the choke 31 is determined by the voltage difference at its terminals and, therefore, also depends on the duty cycle of the pulses at the output 36 of the regulator. The choke current affects the distribution of the output electrical power of the system between the storage battery 7 and the capacitor battery 8. The voltage and open circuit of the capacitor bank 8 varies depending on its output electrical power. The regulator 33 is designed so that the voltage at input 34 also tends to the Ref setpoint at input 10. The principle of operation of the regulator is known and does not require additional explanations.
Пример осуществления заявляемого способа управления проиллюстрирован на фиг. 5, 6 и описан ниже. An example of the implementation of the proposed control method is illustrated in Fig. 5, 6 and described below.
Программа 12 получает от средств 2 данные о состоянии силовой части (напряжение разомкнутой цепи и внутреннее сопротивление аккумуляторной 7 и конденсаторной 8 батарей), а из массива 11 прогноз Pf выходной электрической мощности системы. Отметим, что внутреннее сопротивление конденсаторной батареи 8, а также напряжение разомкнутой цепи и внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи 7 изменяются достаточно медленно, и в период упреждения прогноза Pf их можно считать постоянными. Программа 12 решает задачу поиска оптимального управления, используя следующий алгоритм: Program 12 receives from means 2 data on the state of the power unit (open circuit voltage and internal resistance accumulator 7 and capacitor 8 batteries), and from array 11 forecast Pf of the output electric power of the system. Note that the internal resistance of the capacitor bank 8, as well as the open-circuit voltage and the internal resistance of the battery 7 change rather slowly, and during the prediction period Pf they can be considered constant. Program 12 solves the problem of finding the optimal control using the following algorithm:
1) Внутри рабочего диапазона (umin, Umax) задают конечное множество U значений напряжения разомкнутой цепи конденсаторной батареи. 1) Within the operating range (u m in, Umax), a finite set U of values of the open circuit voltage of the capacitor bank is set.
2) Разбивают период упреждения прогноза Pf на интервалы времени (ί , tj), где i — номер интервала от 1 до N. 2) Divide the forecast lead period P f into time intervals (ί, t j ), where i is the number of the interval from 1 to N.
3) На каждом интервале времени формируют множество прогнозных вариантов Refijk изменения уставки Ref. В соответствии с принципом работы конвертера, напряжение разомкнутой цепи конденсаторной батареи должно стремиться к уставке Ref — формирование прогнозных вариантов осуществляют так, чтобы каждому моменту времени f соответствовали значения Uy напряжения разомкнутой цепи конденсаторной батареи из заданного конечного множества U. 3) At each time interval, a set of predictive options Ref ijk of the setpoint change Ref. In accordance with the principle of operation of the converter, the open-circuit voltage of the capacitor bank should tend to the setting Ref - the formation of predictive options is carried out so that each moment of time f corresponds to the values Uy of the open-circuit voltage of the capacitor bank from a given finite set U.
4) Для каждого прогнозного варианта Refijk вычисляют потерю wijk (например — величину потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи) соответствующую выполнению прогноза Pf, используя данные о состоянии силовой части и её математическую модель. 4) For each forecast option Refi jk, the loss w ijk is calculated (for example, the amount of energy loss on the internal resistance of the battery) corresponding to the implementation of the forecast Pf, using data on the state of the power unit and its mathematical model.
5) Представляют прогнозные варианты в виде ориентированного ациклического графа (фиг. 6) с множеством вершин (i, j) и множеством flyr (i, j, k). Дуги (1Д, к) направлены к вершине (i, j) из вершин (i— 1, j'), индекс к принимает значения от 1 до К, где К — количество дуг, направленных к вершине (i, j). Вершинам соответствуют значения ii^, дугам — Refijk и wijk. 6) Последовательно увеличивая i от 1 до N, присваивают вершинам (i, j) пометки W(i, j), равные минимальной сумме потерь на пути к ним: 5) Present forecast options in the form of a directed acyclic graph (Fig. 6) with a set of vertices (i, j) and a set of flyr (i, j, k). The arcs (1D, k) are directed to the vertex (i, j) from the vertices (i - 1, j '), the index k takes values from 1 to K, where K is the number of arcs directed to the vertex (i, j). The values ii ^ correspond to the vertices, and Refi jk and w ijk to the arcs . 6) Sequentially increasing i from 1 to N, assign to the vertices (i, j) marks W (i, j), equal to the minimum amount of losses on the way to them:
W(i,j) = min[W(i-l,j') + wijk], (1) где (i, j, к) пробегает множество всех дуг, направленных к вершине (i, j), W(i-1, j') — пометки, ранее присвоенные вершинам, из которых направлены дуги(1, j, k), W(0, 0) = 0 — пометка, присвоенная началу графа. Из всех вершин (N, j) выбирают одну (N, М) с наименьшей пометкой. Из всех дуг (N, М, к), выбирают одну (N, М, L), удовлетворяющую формуле (1). Дуга (N, М, L) лежит на пути с наименьшей суммой потерь. W (i, j) = min [W (il, j ') + w ijk ], (1) where (i, j, k) runs through the set of all arcs directed to the vertex (i, j), W (i- 1, j ') are the marks previously assigned to the vertices from which the arcs (1, j, k) are directed, W (0, 0) = 0 is the mark assigned to the beginning of the graph. One (N, M) with the smallest mark is selected from all vertices (N, j). Of all arcs (N, M, k), choose one (N, M, L) that satisfies formula (1). The arc (N, M, L) lies on the path with the least amount of losses.
7) Последовательно продвигаясь от вершины (N, М) к вершине (0, 0) по дугам, удовлетворяющим формуле (1) получают путь с наименьшей суммой потерь (отмечен на фиг. 6 стрелками). Данному пути соответствует последовательность уставок Refjk, которая обеспечивает оптимальное управление, и передается программой 12 на управляющий вход 10 конвертера. 7) Sequentially moving from the vertex (N, M) to the vertex (0, 0) along the arcs satisfying formula (1), a path with the least amount of losses is obtained (marked in Fig. 6 by arrows). This path corresponds to the sequence of settings Ref jk , which provides optimal control, and is transmitted by the program 12 to the control input 10 of the converter.
В связи с возможными непрогнозируемыми изменениями дорожной обстановки цикл, представленный на фиг. 5, должен осуществляться как можно чаще — во избежание существенных расхождений между выходной электрической мощностью Pout и её прогнозом Pf . Due to possible unpredictable changes in traffic conditions, the cycle shown in FIG. 5, should be carried out as often as possible - in order to avoid significant discrepancies between the output electrical power Pout and its forecast P f .
На фиг. 7 представлен пример работы системы при движении электромобиля. Маршрут движения разделен на участки пунктами 40, 41, 42, 43, 44, 45. В каждом пункте производится обновление прогноза. Периоды упреждения прогнозов пересекаются (каждому из них соответствует по два участка маршрута). График энергии (Е = Счг/2), запасенной в конденсаторной батарее (сплошная утолщенная линия) образован множеством пересекающихся фрагментов, соответствующих различным участкам маршрута: FIG. 7 shows an example of the system operation when an electric vehicle is moving. The route is divided into sections by points 40, 41, 42, 43, 44, 45. The forecast is updated at each point. Forecast lead periods intersect (each of them corresponds to two sections of the route). The graph of energy (E = Cchg / 2) stored in the capacitor bank (solid thickened line) is formed by many intersecting fragments corresponding to different sections of the route:
- фрагмент 50 соответствует участку до пункта 41; - фрагмент 51 соответствует участку 40 + 42; - fragment 50 corresponds to the section up to point 41; - fragment 51 corresponds to section 40 + 42;
- фрагмент 52 соответствует участку 41 + 43; - fragment 52 corresponds to section 41 + 43;
- фрагмент 53 соответствует участку 42 + 44; - fragment 53 corresponds to section 42 + 44;
- фрагмент 54 соответствует участку 43 + 45. - fragment 54 corresponds to section 43 + 45.
Уставка Ref на управляющем входе конвертера формируется на основании самого последнего прогноза, при этом происходит обновление графика Е, который может отличаться от предыдущего (пунктирная линия):The Ref setpoint at the control input of the converter is formed based on the most recent forecast, while the E graph is updated, which may differ from the previous one (dashed line):
- прогноз, сформированный в пункте 40 учитывает спуск электромобиля на участке 41+42, поэтому на участке 40+41 обновленный фрагмент 51 ниже предыдущего фрагмента 50, что обеспечивает подготовку конденсаторной батареи к приему энергии на спуске; - the forecast generated in paragraph 40 takes into account the descent of the electric vehicle in the section 41 + 42, therefore, in the section 40 + 41, the updated fragment 51 is below the previous fragment 50, which ensures the preparation of the capacitor bank to receive energy on the descent;
- участок 42 43 не содержит существенных изменений рельефа, а также не предполагает разгона/торможения электромобиля, поэтому на участке 41+42 обновленный фрагмент 52 мало отличается от предыдущего фрагмента 51;- section 42 43 does not contain significant changes in the relief, and also does not imply acceleration / deceleration of an electric vehicle, therefore, in section 41 + 42, the updated fragment 52 differs little from the previous fragment 51;
- прогноз, сформированный в пункте 42 учитывает подъем электромобиля на участке 43+44, поэтому на участке 42+43 обновленный фрагмент 53 выше предыдущего фрагмента 52, что обеспечивает подготовку конденсаторной батареи к отдаче энергии на подъеме; - the forecast generated in paragraph 42 takes into account the rise of the electric vehicle in the section 43 + 44, therefore, in the section 42 + 43, the updated fragment 53 is higher than the previous fragment 52, which ensures the preparation of the capacitor bank for energy release on the rise;
- прогноз, сформированный в пункте 43 учитывает торможение электромобиля перед перекрестком 45, поэтому на участке 43+44 обновленный фрагмент 54 выше предыдущего фрагмента 53. - the forecast generated in paragraph 43 takes into account the braking of the electric vehicle before the intersection 45, therefore, in section 43 + 44, the updated fragment 54 is higher than the previous fragment 53.
Таким образом, программа оптимального управления учитывает не только текущие потребности в выходной электрической мощности системы, но и те потребности, которые могут возникнуть в ближайшей перспективе. Thus, the optimal control program takes into account not only the current requirements for the output electrical power of the system, but also those needs that may arise in the near future.
Вариант беспилотного электромобиля 60 (фиг. 8) имеет ведущие колеса 61, механически связанные с электрическими машинами 62. Электрические машины 62 подключены к AC/DC преобразователям 63, для питания которых используется система аккумулирования энергии с вариантом силовой части, представленным на фиг. 4. Электромобиль 60 содержит теплоизоляционный отсек 64 в котором размещена аккумуляторная батарея 7. The variant of the unmanned electric vehicle 60 (FIG. 8) has drive wheels 61 mechanically connected to the electric machines 62. The electric machines 62 are connected to AC / DC converters 63, which are powered by an energy storage system with the power section variant shown in FIG. 4. Electric vehicle 60 contains a heat-insulating compartment 64 in which a storage battery 7 is located.
Данный вариант позволяет решить две основные проблемы, присущие электромобилям, — это длительное время зарядки и ненадежная работа при отрицательных температурах окружающего воздуха. Благодаря существенному снижению потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи предлагаемый вариант позволяет, по сравнению с традиционными, сократить вес и размеры аккумуляторной батареи по меньшей мере втрое. При этом уменьшается пробег электромобиля без подзарядки, однако не происходит ухудшения его динамики. После разряда небольшая аккумуляторная батарея может быть легко и оперативно заменена на свежую. This option allows you to solve two main problems inherent in electric vehicles - long charging times and unreliable operation at negative ambient temperatures. Due to a significant reduction in energy losses on the internal resistance of the storage battery, the proposed option allows, in comparison with traditional ones, to reduce the weight and dimensions of the storage battery at least threefold. At the same time, the mileage of an electric vehicle without recharging decreases, but its dynamics does not deteriorate. After discharge, a small rechargeable battery can be easily and quickly replaced with a fresh one.
Сеть станций 65 используется для оперативной роботизированной замены разряженных аккумуляторных батарей на свежие. Свежая (заряженная) аккумуляторная батарея имеет температуру электролита, близкую к оптимальной. За время небольшого пробега (не более 100 км) температура электролита аккумуляторной батареи 5, помещенной в теплоизоляционный отсек 61, не успевает существен по измениться, что повышает надежность работы аккумуляторной батареи зимой, а летом исключает необходимость её принудительного охлаждения. Таким образом, предлагаемый вариант электромобиля 60 обеспечивает ккумулирование не только электрической, но и тепловой энергии. The network of stations 65 is used for prompt robotic replacement of discharged batteries with fresh ones. A fresh (charged) storage battery has an electrolyte temperature close to optimal. During a short run (no more than 100 km), the temperature of the electrolyte of the battery 5, placed in the heat-insulating compartment 61, does not have time to change significantly, which increases the reliability of the battery in winter, and in summer eliminates the need for its forced cooling. Thus, the proposed version of the electric vehicle 60 provides storage of not only electrical, but also thermal energy.
Беспилотный электромобиль 60 предпочтительнее использовать в качестве городского такси, маршрут движения которого составляется автоматически и предусматривает посещение роботизированных пунктов для оперативной замены аккумуляторных батарей. The unmanned electric car 60 is preferable to use as a city taxi, the route of which is compiled automatically and provides for visits to robotic points to quickly replace batteries.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Система аккумулирования энергии, состоящая из силовой части, средств оценки состояний силовой части и средств управления, оснащенных информационным интерфейсом, причем силовая часть содержит силовые клеммы системы аккумулирования энергии, аккумуляторную батарею, конденсаторную батарею и конвертер с управляющим входом конвертера, которые связаны так, что 1. An energy storage system, consisting of a power section, means for assessing the states of the power section and controls equipped with an information interface, and the power section contains the power terminals of the energy storage system, a storage battery, a capacitor bank and a converter with a control input of the converter, which are connected in such a way, what
Р г out = Р r ab + г Р cb — Р г с ’ где Pout — выходная электрическая мощность системы аккумулирования энергии, измеренная на её силовых клеммах, РаЬ — выходная электрическая мощность аккумуляторной батареи, РсЬ — выходная электрическая мощность конденсаторной батареи, Рс — мощность потерь в конвертере, а соотношение мощностей РаЬ, РсЬ и Рс зависит от уставки Ref на управляющем входе конвертера, отличающаяся тем, что в состав средств управления введены массив входных данных и прогр шма оптимального управления, причем: P g out = P r ab + g P cb - P g c 'where P out is the output electric power of the energy storage system, measured at its power terminals, P ab is the output electric power of the storage battery, P cb is the output electric power of the capacitor bank , with P - power losses in the converter and the capacity ratio P ab, P ch and R c depends on Ref setpoint at the control input of the converter, characterized in that the composition controls administered array input data and programmable sh'ma optimal control, wherein:
- массив входных данных имеет возможность заполнения через информационный интерфейс и содержит прогноз Pf моп'чости Pout; - the array of input data has the ability to fill through the information interface and contains the forecast P f of the value P out ;
- программа оптимального управления связана с массивом входных данных, средствами оценки состояний силовой части и управляющим входом конвертера и служит для формирования уставки Ref. минимизирующей значение функции W от потерь энергии, ожидаемых в чериод упреждения прогноза Pf . - the optimal control program is connected with an array of input data, means for assessing the states of the power unit and the control input of the converter and serves to form the setpoint Ref minimizing the value of the function W from the energy losses expected during the forecast lead period P f .
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что формирование уставки Ref заключается в выборе одного из множества прогне пых вариантов её изменения, основанном на методах динамического программирования, причем 2. The system according to claim 1, characterized in that the formation of the Ref setpoint consists in choosing one of the many advanced options for changing it, based on dynamic programming methods, and
W = Wab + kj-Wcb + k2-Wc , где kj, k2 — весовые коэффициенты, Wab — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи, Wcb — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении конденсаторной батареи, Wc — величина потерь энергии в конвертере. W = W ab + k j -W cb + k 2 -W c , where k j , k 2 - weight coefficients, W ab is the amount of energy losses on the internal resistance of the storage battery, W cb is the amount of energy losses on the internal resistance of the capacitor bank, W c is the amount of energy losses in the converter.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что конвертер содержит два полумоста, дроссель с датчиком тока дросселя и регулятоп, причем: 3. The system according to claim 1, characterized in that the converter contains two half-bridges, a choke with a choke current sensor and a regulator, and:
- каждый полумост имеет управляющий вход полумоста, первый ключ, второй ключ, плюсовой вывод, минусовой вывод и переключаемый вывод, плюсовой вывод связан с переключаемым выводом через первый ключ, минусовой вывод связан с переключаемым выводом через второй ключ, переключаемый вывод имеет возможность подключения к плюсовому либо минусовому выводу по сигналу на управляющем входе полумоста; - плюсовой и минусовой выводы первого полу/' оста подключены параллельно к аккумуляторной батарее, минусовой вывод первого полумоста соединен с минусовым выводом второго полумоста, переключаемый вывод первого полумоста через др-юсель соединен с переключаемым выводом второго полумоста, плюсе?, ой и минусовой выводы которого подключены параллельно к конденсато ной батарее; - each half-bridge has a half-bridge control input, a first key, a second key, a positive terminal, a negative terminal and a switched terminal, the positive terminal is connected to the switched terminal through the first switch, the negative terminal is connected to the switched terminal through the second switch, the switched terminal has the ability to connect to the positive or to the minus terminal according to the signal at the control input of the half-bridge; - positive and negative terminals of the first half / 'remain connected in parallel to the battery, the negative terminal of the first half-bridge is connected to a minus terminal of a m orogo half-bridge, half-bridge switching terminal of the first through-Yucel et al is connected to the second terminal of the switchable half-bridge, plus and minus ?, th the leads of which are connected in parallel to the condensate bank;
- плюсовой и минусовой выводы первого или второго по у мостов являются силовыми клеммами системы аккумулирования энергии; - the plus and minus terminals of the first or second bridges are the power terminals of the energy storage system;
- регулятор имеет три входа и два выхода, на первый ’.ход регулятора от средств оценки состояний силовой части подан сиги i общей обратной связи по напряжению разомкнутой цепи конденсатору щ батареи, второй вход регулятора является управляющим входом конвер ера, на третий вход регулятора подан сигнал местной обратной связи от да ника тока дросселя, выходы регулятора подключены к управляющим входам олумостов. - the regulator has three inputs and two outputs, the first input of the regulator from the means for assessing the states of the power section is fed with a general feedback on the voltage of the open circuit to the capacitor u of the battery, the second input of the regulator is the control input of the converter, a signal is applied to the third input of the regulator local feedback from the choke current sensor, the regulator outputs are connected to the control inputs of the olumosts.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что конвертер одержит полумост, дроссель с датчиком тока дросселя и регулятор, причем: - полумост имеет управляющий вход, первый ключ, второй ключ, плюсовой вывод, минусовой вывод и переключаемый вывод, плюсовой вывод связан с с переключаемым выводом через первый ключ, минусовой вывод связан с переключаемым выводом через второй ключ, переключаемый вывод имеет возможность подключения к плюсовому либо минусовому выводу по сигналу на управляющем входе полумоста; 4. The system according to claim 1, characterized in that the converter has a half-bridge, a choke with a choke current sensor and a regulator, and: - the half-bridge has a control input, a first key, a second key, a positive terminal, a negative terminal and a switched terminal, the positive terminal is connected to the switched terminal through the first switch, the negative terminal is connected to the switched terminal through the second switch, the switched terminal can be connected to the positive or minus terminal on the signal at the control input of the half-bridge;
- плюсовой и минусовой выводы полумоста являются силовыми клеммами системы аккумулирования энергии, минусовой вывод полумоста соединен с минусовым выводом аккумуляторной батареи, переключаемый вывод полумоста через дроссель соединен с плюсовым выводом аккумуляторной батареи и минусовым выводом конденсаторной батареи, плюсовой вывод которой соединен с плюсовым выводом полумоста; - the plus and minus terminals of the half-bridge are power terminals of the energy storage system, the negative terminal of the half-bridge is connected to the negative terminal of the battery, the switchable terminal of the half-bridge is connected through the choke to the positive terminal of the battery and the negative terminal of the capacitor bank, the positive terminal of which is connected to the positive terminal of the half-bridge;
- регулятор имеет три входа и выход, на первый вход регулятора от средств оценки состояний силовой части подан сигнал общей обратной связи по напряжению разомкнутой цепи конденсаторной батареи, второй вход регулятора является управляющим входом конвертера, на третий вход регулятора подан сигнал местной обратной связи от датчика тока дросселя, выход регулятора подключен к управляющему входу полумоста. - the regulator has three inputs and an output, to the first input of the regulator from the means for evaluating the states of the power unit, a general feedback signal is applied to the voltage of the open circuit of the capacitor bank, the second input of the regulator is the control input of the converter, to the third input of the regulator a local feedback signal from the current sensor is applied choke, the output of the regulator is connected to the control input of the half-bridge.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она размещена на электромобиле, имеющем средства навигации и оценки дорожной обстановки, причем в состав средств управления введена программа циклического формирования прогноза Pf, построенная на основе анализа данных средств навигации и оценки дорожной обстановки. 5. The system according to claim 1, characterized in that it is located on an electric vehicle having navigation and traffic assessment tools, and the control facilities include a program for cyclic forecasting P f based on the analysis of navigation data and traffic assessment.
6. Система по п. 5 отличающаяся тем, что электромобиль содержит теплоизоляционный отсек, причем: 6. The system according to claim 5, characterized in that the electric vehicle contains an insulating compartment, and:
- аккумуляторная батарея имеет емкость, обеспечивающую не более 100 километров пробега электромобиля без подзарядки, и размещена в теплоизоляционном отсеке так, чтобы обеспечивалась возможность её оперативной замены; - на территории предполагаемой эксплуатации электромобиля размещена сеть станций для оперативной замены аккумуляторных батарей и их зарядки, совмещенной с подогревом либо охлаждением аккумуляторных батарей до оптимальных рабочих температур. - the storage battery has a capacity that provides no more than 100 kilometers of run of an electric vehicle without recharging, and is placed in a heat-insulating compartment so that it can be quickly replaced; - on the territory of the intended operation of the electric vehicle, a network of stations is located for the rapid replacement of batteries and their charging, combined with heating or cooling of batteries to optimal operating temperatures.
7. Способ управления системой аккумулирования энергии, содержащей аккумуляторную батарею, конденсаторную батарею и конвертер с управляющим входом конвертера, которые связаны так, что 7. A method for controlling an energy storage system containing a storage battery, a capacitor bank and a converter with a control input of the converter, which are connected so that
Р = Р J- P _ р А out А ab cb х с ’ где Pout — выходная электрическая мощность системы аккумулирования энергии, РаЬ — выходная электрическая мощность аккумуляторной батареи, РсЬ — выходная электрическая мощность конденсаторной батареи, Рс — мощность потерь в конвертере, а соотношение мощностей РаЬ, РсЬ и Рс зависит от уставки Ref на управляющем входе конвертера, отличающийся тем, что задают конечное множество U значений напряжения и затем циклически выполняют следующие действия: P = P J- P _ p A out A ab cb x c 'where P out is the output electric power of the energy storage system, P ab is the output electric power of the storage battery, P cb is the output electric power of the capacitor bank, P c is the power loss in the converter, and the ratio of the powers P ab , P cb and P c depends on the setting Ref at the control input of the converter, characterized in that they set a finite set U of voltage values and then cyclically perform the following actions:
- формируют прогноз Pf мощности Pout и разбивают период упреждения прогноза Pf на множество интервалов времени; - form a forecast P f of power P out and divide the forecast lead period P f into a plurality of time intervals;
- на каждом интервале времени формируют множество прогнозных вариантов изменения напряжения разомкнутой цепи конденсаторной батареи так, чтобы на границах интервала времени величина этого напряжения принадлежала заданному конечному множеству U, причем для каждого варианта вычисляют потерю w, соответствующую выполнению прогноза Pf , по формуле
Figure imgf000026_0001
где kb k2 — весовые коэффициенты, wab — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи, wcb — величина потерь энергии на внутреннем сопротивлении конденсаторной батареи, wc — величина потерь энергии в конвертере;
- at each time interval, a set of predictive options for changing the voltage of the open circuit of the capacitor bank is formed so that at the boundaries of the time interval the value of this voltage belongs to a given finite set U, and for each option, the loss w is calculated, corresponding to the execution of the prediction P f , according to the formula
Figure imgf000026_0001
where k b k 2 - weight coefficients, w ab - the amount of energy loss on the internal resistance of the battery, w cb - the amount of energy loss on the internal resistance of the capacitor bank, w c is the amount of energy losses in the converter;
- из множества сформированных прогнозных вариантов выбирают последовательность, которая образует непрерывную функцию Uf(t) при минимальной сумме потерь w, затем подают на управляющий вход конвертера такую уставку Ref, что величина напряжения разомкнутой цепи конденсаторной батареи стремится к ut{t). - from the set of generated predictive options, a sequence is selected that forms a continuous function Uf (t) with a minimum amount of losses w, then a setting Ref is supplied to the control input of the converter such that the value of the open circuit voltage of the capacitor bank tends to u t {t).
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что циклическое выполнение указанных действий осуществляют с периодом повторения, многократно меныним, чем период упреждения прогноза Pf. 8. The method according to claim 7, characterized in that the cyclical execution of these actions is carried out with a repetition period that is many times less than the prediction period P f .
9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что его применяют на электромобиле со средствами навигации, данные которых используют для составления маршрута, и средствами оценки дорожной обстановки, данные которых используют для прогнозирования графика движения электромобиля по маршруту, а формирование прогноза Pf осуществляют по формуле 9. The method according to claim 7, characterized in that it is used on an electric vehicle with navigation aids, the data of which is used for planning a route, and means for assessing the traffic situation, the data of which is used to predict the schedule of movement of an electric vehicle along a route, and the formation of a forecast P f is carried out according to the formula
Pf= (m-vdv/dt + m-g-dh/dt + Pw)/p, где m — масса электромобиля, v, h — прогнозируемые скорость и высота положения электромобиля, g — ускорение свободного падения, Pw — прогнозируемая мощность потерь, обусловленных трением качения и аэродинамическим сопротивлением электромобиля, h — коэффициент полезного действия электропривода ведущих колес электромобиля, причем период упреждения прогноза Pf задают так, чтобы он превышал величинуP f = (m-vdv / dt + mg-dh / dt + P w ) / p, where m is the mass of the electric vehicle, v, h are the predicted speed and altitude of the electric vehicle, g is the acceleration due to gravity, P w is the predicted power losses due to rolling friction and aerodynamic resistance of an electric vehicle, h is the efficiency of the electric drive of the driving wheels of an electric vehicle, and the prediction period P f is set so that it exceeds the value
(Е max ЕщтУР av ? где Етах, Emin — максимально и минимально возможный запасы энергии конденсаторной батареи, Pav-— средняя мощность Pout при движении электромобиля по магистральной дороге с качественным покрытием. (E max EshtUR av? Where E max , E min are the maximum and minimum possible reserves of energy of the capacitor bank, P av is the average power P out when an electric vehicle moves on a highway with a high-quality surface.
PCT/RU2020/000438 2019-09-02 2020-08-18 Energy storage system and method for controlling same WO2021045643A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127542 2019-09-02
RU2019127542A RU2721227C1 (en) 2019-09-02 2019-09-02 Energy accumulation system and method of control thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021045643A1 true WO2021045643A1 (en) 2021-03-11

Family

ID=70735243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000438 WO2021045643A1 (en) 2019-09-02 2020-08-18 Energy storage system and method for controlling same

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2721227C1 (en)
WO (1) WO2021045643A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050093370A1 (en) * 2001-04-25 2005-05-05 Hitachi, Ltd. Power supply equipment for motor vehicle
JP2009132176A (en) * 2007-11-28 2009-06-18 Toyota Motor Corp Power supply control device
US7791216B2 (en) * 2004-11-01 2010-09-07 Ford Global Technologies, Llc Method and system for use with a vehicle electric storage system
CN103647274A (en) * 2013-11-26 2014-03-19 中国西电电气股份有限公司 Micro-grid system being capable of grid-connected and off-grid operation, and energy control method
CN204674395U (en) * 2015-04-23 2015-09-30 重庆工商职业学院 Based on the dual energy source electric car energy management system of predictive control

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT505905B1 (en) * 2007-09-21 2009-05-15 Chemiefaser Lenzing Ag CELLULOSE POWDER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050093370A1 (en) * 2001-04-25 2005-05-05 Hitachi, Ltd. Power supply equipment for motor vehicle
US7791216B2 (en) * 2004-11-01 2010-09-07 Ford Global Technologies, Llc Method and system for use with a vehicle electric storage system
JP2009132176A (en) * 2007-11-28 2009-06-18 Toyota Motor Corp Power supply control device
CN103647274A (en) * 2013-11-26 2014-03-19 中国西电电气股份有限公司 Micro-grid system being capable of grid-connected and off-grid operation, and energy control method
CN204674395U (en) * 2015-04-23 2015-09-30 重庆工商职业学院 Based on the dual energy source electric car energy management system of predictive control

Also Published As

Publication number Publication date
RU2721227C1 (en) 2020-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8180512B2 (en) Efficient dual source battery pack system for an electric vehicle
EP2987674B1 (en) Vehicle propulsion system having an energy storage system and optimized method of controlling operation thereof
US10882411B2 (en) Smart charging schedules for battery systems and associated methods for electrified vehicles
US9889752B2 (en) Vehicle propulsion system having an energy storage system and optimized method of controlling operation thereof
EP1953058B1 (en) Hybrid cruising control system
US7360615B2 (en) Predictive energy management system for hybrid electric vehicles
US9914367B2 (en) Energy management for a motor vehicle having coupled energy storage devices
JP5837129B2 (en) Smart grid system
CN109263640A (en) Route energy predicting, amendment and the vehicle of optimization based on model
JP2016047005A (en) Vehicle propulsion system having energy storage system and optimized method of controlling operation thereof
JP7048313B2 (en) Control device and control method for controlling charge / discharge of power storage device installed in railway vehicles
JP7176376B2 (en) vehicle controller
CN115996857A (en) Method and system for controlling powertrain in hybrid vehicle
CN104787029A (en) Hybrid vehicle and method of operation
KR20200075098A (en) System of controlling the high voltage battery output for a eco-friendly vehicle
CN107054124B (en) Hybrid power system and method based on vehicle navigation
Gong et al. Computationally efficient optimal power management for plug-in hybrid electric vehicles based on spatial-domain two-scale dynamic programming
CN106067694A (en) Power storage controller and conveying equipment and electric power storage control method
CN113815437A (en) Predictive energy management method for fuel cell hybrid electric vehicle
Dahmane et al. Stochastic mpc for optimal energy management strategy of hybrid vehicle performing acc with stop&go maneuvers
Ali et al. Intelligent real-time power management of multi-source HEVs based on driving state recognition and offline optimization
WO2021045643A1 (en) Energy storage system and method for controlling same
JP2004178965A (en) Control device of vehicle
Karmakar et al. Trip planning for electric vehicle through optimal driving using genetic algorithm
Naghshtabrizi et al. Distance Until Charge prediction and fuel economy impact for Plug-in Hybrid Vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20861611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20861611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1