Controle preditivo não linear para o gerenciamento de energia de um veículo elétrico híbrido a célula a combustível
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRJ |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/11422/23223 |
Resumo: | This work proposes an energy management system (EMS) for a fuel cell hybrid electric vehicle (FCHEV). This system is based on nonlinear model predictive control (NMPC) and employs a recurrent neural network (RNN) to model a proton exchange membrane (PEM) fuel cell (FC). With NMPC, it is possible to formulate control objectives that would not be possible with linear model predictive control (MPC), such as maximum e ciency point tracking (MEPT) of the FC. In addition, compared to traditional electrochemical models, the RNN can predict the FC's nonlinear dynamics with better accuracy. The EMS was implemented on a low-cost single board computer, and the experiments for controller validation were performed on a hardware-in-the-loop (HiL) test bench equipped with a real 3 kW FC stack. The experimental results demonstrate that the proposed EMS can meet the vehicle's energy demand, where it performs the battery's charge sustaining battery, and can operate the FC in its most e cient region. In addition, a comparative study was also carried out between the proposed NMPC, a linear MPC and a hysteresis band control. The results of this comparative study demonstrate that the NMPC provides a better fuel economy and can reduce the FC degradation. |
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Controle preditivo não linear para o gerenciamento de energia de um veículo elétrico híbrido a célula a combustívelControle preditivo não linearVeículos elétricos híbridosCélulas a combustívelEngenharia ElétricaThis work proposes an energy management system (EMS) for a fuel cell hybrid electric vehicle (FCHEV). This system is based on nonlinear model predictive control (NMPC) and employs a recurrent neural network (RNN) to model a proton exchange membrane (PEM) fuel cell (FC). With NMPC, it is possible to formulate control objectives that would not be possible with linear model predictive control (MPC), such as maximum e ciency point tracking (MEPT) of the FC. In addition, compared to traditional electrochemical models, the RNN can predict the FC's nonlinear dynamics with better accuracy. The EMS was implemented on a low-cost single board computer, and the experiments for controller validation were performed on a hardware-in-the-loop (HiL) test bench equipped with a real 3 kW FC stack. The experimental results demonstrate that the proposed EMS can meet the vehicle's energy demand, where it performs the battery's charge sustaining battery, and can operate the FC in its most e cient region. In addition, a comparative study was also carried out between the proposed NMPC, a linear MPC and a hysteresis band control. The results of this comparative study demonstrate that the NMPC provides a better fuel economy and can reduce the FC degradation.Este trabalho propõe um sistema de gerenciamento de energia (SGE) para um veículo elétrico híbrido a célula a combustível (VEHCC). Este sistema é baseado no controle preditivo baseado em modelo (CPBM) não linear e emprega uma rede neural recorrente (RNR) para modelar uma célula a combustível (CaC) do tipo PEM (Proton Exchange Membrane). O CPBM não linear possibilita a formulação de objetivos de controle que não seriam possíveis com o CPBM linear, como o rastreamento do ponto de e ciência máxima da CaC. Adicionalmente, em comparação com os modelos eletroquímicos tradicionais, a RNR prevê com maior precisão a dinâmica não linear da CaC. O SGE foi implementado em um computador de placa única de baixo custo, e os experimentos para validação do controlador foram realizados em uma bancada de testes hardware-in-the-loop (HiL) equipada com uma CaC real de 3 kW. Os resultados experimentais demonstram que o SGE proposto é capaz de atender à demanda de energia do veículo, onde faz a sustentação de carga da bateria, e é capaz operar a CaC em sua região mais e ciente. Além disso, também foi realizado um estudo comparativo entre o CPBM não linear proposto, um CPBM linear e um controle por banda de histerese. Os resultados desta comparação demonstram que o controle preditivo não linear oferece uma economia maior de combustível e contribui para redução da degradação da CaC.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFRJWatanabe, Edson Hirokazuhttp://lattes.cnpq.br/7413196292223230Lopes, Francisco da CostaRolim, Luis Guilherme BarbosaMiranda, Paulo Emílio Valadão deSalles, Mauricio Barbosa de CamargoRico, Júlio Elias NormeyPereira, Derick Furquim2024-07-17T20:02:03Z2024-07-19T03:00:21Z2020-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://hdl.handle.net/11422/23223porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2024-07-19T03:00:21Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/23223Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2024-07-19T03:00:21Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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