Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Оптимизационная стратегия управления гибридным накопителем энергии электромобиля на основе принципа максимума Понтрягина

П. Ю. Шевелина, М. К. Кубасов, Д. К. Гребцов

Аннотация


Рассматривается проблема ускоренной деградации тяговых литий-ионных батарей электромобилей, вызванной пиковыми токами разряда и рекуперации при разгоне и торможении. Применение гибридных накопителей энергии, объединяющих литий-ионные аккумуляторы и суперконденсаторы, позволяет эффективно сглаживать нагрузки. Однако эффективность гибридных накопителей энергии критически зависит от выбранной стратегии управления энергопотоками, которая должна не только минимизировать нагрузку на аккумулятор, но и обеспечивать безопасную эксплуатацию суперконденсатора. Выполнен анализ двух базовых стратегий управления (динамического программирования и низкочастотной фильтрации). Предложена новая стратегия, основанная на принципе максимума Понтрягина, учитывающая напряжение суперконденсатора. Моделирование реализовано в среде MATLAB/Simulink на стандартных ездовых циклах HWFET, WLTC и US06. Результаты показывают, что предложенная стратегия на принципе максимума Понтрягина снижает среднеквадратичный ток батареи до 7 % по сравнению с фильтрацией и уступает глобально-оптимальному динамическому программированию не более чем на 8 %, сохраняя при этом возможность реализации в режиме реального времени.

DOI: 10.71527/EP.EN.2026.10.008

EDN: FZQAKZ


Ключевые слова


гибридный накопитель энергии, электротранспорт, литий-ионная аккумуляторная батарея, суперконденсатор, принцип максимума Понтрягина, MATLAB/Simulink

Полный текст:

PDF

Литература


Veerendra A. S., Mohamed M. R. B., García Márquez F. P. Energy management control strategies for energy storage systems of hybrid electric vehicle: A review. Energy Storage. 2024. Vol. 6. No. 1. P. e573.

Дедов С. И. Повышение энергоэффективности силовой гибридной установки автономного транспортного средства: дисс. … канд. техн. наук: 05.09.03. Новосибирск: НГТУ, 2022. 121 с.

Компан М. Е. Изучение деградации электродов Li-ионных аккумуляторов с металл-оксидным катодом методом рамановского рассеяния света / М. Е. Компан, А. В. Бобыль, О. И. Коньков, Е. И. Теруков, А. Б. Тарасенко, Д. В. Агафонов // Журнал технической физики. 2026. Т. 96. № 6. С. 1210 – 1214.

Zhao R., Lorenz R. D., Jahns T. M., Juang L. Separating key less well-known properties of drive profiles that affect lithium-ion battery aging by applying the statistical design of experiments. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). IEEE, 2016. Р. 1 – 7.

Воденников Д. А. Использования аккумулирующей станции // Энергетик. 2020. № 7. С. 37 – 39.

Илюшин П. В., Шавловский С. В., Пфафенрот Е. В. Особенности и опыт применения системы накопления электроэнергии на базе суперконденсаторов в сети внутреннего электроснабжения промышленного предприятия // Энергетик. 2026. № 2. С. 16 – 26.

Kumaresan N., Rammohan A. A comprehensive review on energy management strategies of hybrid energy storage systems for electric vehicles. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2024. Vol. 46. No. 3. P. 146.

Zhang C., Wang D., Wang B., Tong F.. Battery degradation minimization-oriented hybrid energy storage system for electric vehicles. Energies. 2020. Vol. 13. No. 1. P. 246.

Дубров И. В., Волков Р. О.. Комбинация суперконденсаторов и Li-ion аккумуляторов для питания тяжёлой техники в условиях временного электроснабжения // ФМ-12. 2025. С. 258.

Розкаряка П. И., Мирошник Д. Н. Моделирование системы управления гибридным источником «аккумуляторная батарея — суперконденсатор» // Завалишинские чтения-16. 2016. С. 206 – 211.

Santucci A., Sorniotti A., Lekakou C. Power split strategies for hybrid energy storage systems for vehicular applications. Journal of Power Sources. 2014. Vol. 258. P. 395 – 407.

Kandavelu K., Gunasekaran M., Ashokan A., Rajendran S. Green energy management in electric vehicles with regenerative braking using super capacitors and batteries. Global NEST Journal. 2025. Vol. 27. No. 7. P. 07439.

Liu C., Wang Y., Wang L., Chen Z. Load-adaptive real-time energy management strategy for battery/ultracapacitor hybrid energy storage system using dynamic programming optimization. Journal of Power Sources. 2019. Vol. 438. P. 227024.

Amin, Bambang R. T., Rohman A. S., Dronkers C. J., Ortega R., Sasongko A.. Energy management of fuel cell / battery / supercapacitor hybrid power sources using model predictive control. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2014. Vol. 10. No. 4. P. 1992 – 2002.

Митягин Д. О.. Прогнозирование состояния здоровья системы накопления энергии с использованием машинного обучения на основе определения полезных признаков временных последовательностей // Программные системы и вычислительные методы. 2025. № 4. С. 118 – 129.

Zhang Q., Deng W., Li G. Stochastic control of predictive power management for battery / supercapacitor hybrid energy storage systems of electric vehicles. IEEE Transactions on Industrial Informatic. 2017. Vol. 14. No. 7. P. 3023 – 3030.

Castaings A., Lhomme W., Trigui R., Bouscayrol A. Comparison of energy management strategies of a battery / supercapacitors system for electric vehicle under real-time constraints. Applied Energy. 2016. Vol. 163. P. 190 – 200.

Grebtsov D. K., Druzhinin A. A., Sergeev A. V. Excitation Pulse Influence on the Accuracy and Robustness of Equivalent Circuit Model Parameter Identification for Li-Ion Batteries. World Electric Vehicle Journal. 2026. Vol. 17. No. 1. P. 38.

Коваль А. С., Кондратенко А. Г. Модель в среде Матлаб накопителя энергии на базе суперконденсатора и двухуровнего повышающе-понижающего преобразователя DC/DC // Вестник Белорусско-Российского университета. 2020. № 2 (67). С. 106 – 112.

Давидов А. О., Жмуров Б. В., Степанченко В. П. Механизмы старения и деградации литий-ионных аккумуляторов // Электропитание. 2018. № 3. С. 25 – 45.

Zhu J., Wang Y., Huang Y., Gopaluni R. B., Cao Y., Heere M., Mühlbauer M. J., Mereacre L., Dai H., Liu X., Senyshyn A., Wei X., Knapp M., Ehrenberg H. Data-driven capacity estimation of commercial lithium-ion batteries from voltage relaxation. Nature communications. 2022. Vol. 13. No. 1. P. 2261.

Nguyen H. L. T., Nguyen B. H., Vo-Duy T., Trovгo J. P. F. A comparative study of adaptive filtering strategies for hybrid energy storage systems in electric vehicles. Energies. 2021. Vol. 14. No. 12. P. 3373.

Nguyen B. H., Vo-Duy T., Ta M. C., Trovгo J. P. F. Optimal energy management of hybrid storage systems using an alternative approach of Pontryagin’s minimum principle. IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2021. Vol. 7. No. 4. P. 2224 – 2237.

Сумин М. И. Регуляризованные принцип Лагранжа и принцип максимума Понтрягина в оптимальном управлении и обратных задачах // Труды Института математики и механики УрО РАН. 2019. Т. 25. № 1. С. 279 – 296.

Geslin A., Xu L., Ganapathi D., Moy K., Chueh W. C., Onori S. Dynamic cycling enhances battery lifetime. Nature Energy. 2025. Vol. 10. No. 2. P. 172 – 180.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


  998 – 2025 НТФ «Энергопрогресс»

Адрес редакции:
129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон: +7 495 234-74-21
E-mail: energetick@mail.ru, energetik@energy-journals.ru

 

Наши партнеры

          

Выставки: