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Desenvolvimento e avaliação de uma estratégia de gestão energética em FCHEV

Authors: Reisinho, Carla Alexandra Silva;

Desenvolvimento e avaliação de uma estratégia de gestão energética em FCHEV

Abstract

Devido à crescente preocupação com as alterações climáticas e à consequente mudança de paradigma, gradualmente são utilizados mais veículos elétricos e híbridos, como é o caso dos FCHEV (Fuel cell Hybrid Electric Vehicle). Como é característico nos veículos híbridos, a existência de duas fontes de energia faz com que seja crucial otimizar a distribuição de potência, sendo esta a chave para melhorar o desempenho do veículo. Assim, definiu-se como medida principal de desempenho o consumo equivalente em Gasoline Gallon Equivalent, que efetua um tradeoff entre o consumo de hidrogénio e o consumo ponderado de energia da bateria, em função do seu estado de carga. Tendo como principais objetivos o aumento do tempo de vida dos componentes e a redução do consumo do veículo, construiu-se uma estratégia de gestão energética em tempo real, baseada em programação dinâmica, com extração de regras de controlo pela response surface methodology e implementação de machine learning para a identificação dos tipos de ciclo de condução. A estratégia foi construída e simulada em Matlab, partindo da modelação do sistema e da implementação da função DPM (Dynamic Programming Matrix), desenvolvida pelo instituto ETH Zurich para efetuar a programação dinâmica. Seguidamente, foi utilizada a função stepwiselm e a app Regression Learner para extrair as regras de controlo e, finalmente, recorreu-se à app Classification Learner para identificar os ciclos de condução. Toda a estratégia foi complementada com o Matlab Coder, para fazer a transição do algoritmo para linguagem C, suportada pela ECU. Os resultados foram analisados no final de cada fase de implementação, validando a metodologia proposta. Assim, na fase de otimização demonstrou-se que é possível melhorar o consumo equivalente, relativamente ao algoritmo implementado no veículo, obtendo-se uma redução média superior a 15%, sem se demonstrarem alterações significativas no consumo de H2. A partir destes resultados, efetuou-se a extração de regras de controlo, utilizando duas estratégias distintas: regressões não lineares e árvores de decisão. No caso da primeira, não foi possível demonstrar que efetivamente o consumo equivalente é menor, apesar da percentagem de redução desse consumo ser em média superior a zero. No caso da segunda, a robustez do modelo de machine learning demonstrou que em média o consumo equivalente é menor do que no algoritmo atualmente presente no autocarro, sendo que a percentagem de redução em média ultrapassa os 10%. Com ambas as estratégias, as alterações no consumo de H2 não se mostraram significativas. Na fase de reconhecimento do ciclo de condução, utilizou-se uma árvore de decisão que foi analisada para diferentes tempos de decisão, demonstrando-se que com 600 e 300 segundos a identificação apresentou os melhores resultados de accuracy, sendo percetível que para 300 segundos será reduzido o espaço em memória na ECU para armazenamento dos parâmetros de condução, mostrando-se também ser mais preciso em cenários mais semelhantes com a realidade. Finalmente os testes de estrada demonstraram melhorias de 15.7% no consumo equivalente, 24.4% no consumo de H2 e 6.8% no rendimento, com a estratégia que utiliza regressões não lineares. No entanto, o algoritmo mais adequado seria o construído com árvores de decisão, que devido à sua complexidade não foi possível de implementar na ECU.

Country
Portugal
Related Organizations
Keywords

Estratégia de Gestão Energética, Dynamic Programming, Fuel Cell, Energy Management Strategy, Consumo Equivalente, FCHEV, Programação Dinâmica, Equivalent Consumption

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