ترجمه مقاله بهینه سازی منحنی شارژ خودروی برقی به منظور کاهش هزینه انرژی و بهبود عمر باتری

ترجمه مقاله بهینه سازی منحنی شارژ خودروی برقی به منظور کاهش هزینه انرژی و بهبود عمر باتری 

چکیده 

این مقاله مساله بهینه­سازی منحنی شارژ خودروی الکتریکی هیبریدی با اتصال برق  (PHEV) را بررسی می کند، که در آن، منحنی شارژ با زمان و سرعتی که PHEV  از شبکه قدرت، برق دریافت می کند تعریف می شود. دو هدف در این بهینه­سازی در نظر گرفته شده است. اولا، کل هزینه مربوط به سوخت و برق مصرفی توسط PHEV باید در یک سیکل حرکتی[1] 24 ساعته به حداقل برسد. این هزینه با استفاده از روش مدیریت توان تصادفیPHEV   بهینه که قبلا توسعه یافته است پیش بینی می شود. دوما، کل تخریب سلامت باتری در سیکل 24 ساعت را هم به حداقل می رسانیم. این تخریب با استفاده از یک مدل تشکیل نوار مقاومتی در سمت-آند که مبتنی بر الکتروشیمی است در باتری های لیتیوم-یون پیش بینی می شود. این مقاله نشان می دهد که این دو هدف مخالف هم هستند و با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه با مرتب سازی نامغلوب NSGA-II مصالحه ای[2] بین آن­ها ایجاد می کند. در نتیجه، جبهه پارتو مسیرهای شارژ PHEV بهینه به دست می آید. اثر قیمت برق و برنامه ریزی سفر[3] در جبهه پارتو مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

1. 1.      مقدمه

این مقاله، خودروهای الکتریکی هیبریدی با اتصال برق (PHEV) که هم از سوخت و هم از برق باتری استفاده می کنند را بررسی می کند، که برق را می تواند هم از طریق دستگاه تولید برق در خود ماشین و یا از طریق اتصال به پریز برق بدست بیاورد. هدف کلی این مقاله بهینه­سازی منحنی شارژ چنین PHEV هایی است که از طریق زمان بندی و سرعتی که با آن از شبکه برق می گیرند تعریف می شوند این بهینه سازی را با دو هدف انجام می دهیم، (1) به حداقل رساندن هزینه های کل مصرف انرژی روزانه PHEV و (2) به حداقل رساندن همزمان تخریب باتری های PHEV. این بهینه سازی گام مهمی برای دستیابی به مزایای اقتصادی و زیست محیطی بالقوه از PHEV است که جامعه علمی انتظار دارند[1-5]. علاوه بر این، مسیرهای شارژ بهینه را می توان برای ایجاد یک مدل پیش­بینی فضایی-زمانی برای مدل بار PHEV بر روی شبکه استفاده کرد، با فرض اینکه مصرف­کنندگان از این استراتژی بهینه شارژ استفاده خواهند کرد.

در منابع به بررسی منحنی های شارژ PHEV از نقطه نظرهای مختلف پرداخته شده است. معمول­ترین روش در این زمینه، طرح شارژ شبانه است، که فرض می کند شارژ PHEVها در اواخر نیمه شب یعنی 10 شب یا 12 شب شروع می شود. شارژ کردن در عصر طرح دیگری است که مورد بررسی قرار گرفته است [5]. طرح­های پیچیده تر که وابسته به هزینه و یا سفر هستند همانند "بلافاصله بعد از سفر" و "بهینه شده به خارج از پیک" و "شارژ فرصتی" برای پیش بینی بار PHEV فرض شده و مورد استفاده قرار گرفته است [6]. این مقاله، شارژ PHEV را در حالی بهینه­سازی می کند که برای اولین بار اثرات هزینه کل انرژی، سلامت باتری، قیمت گذاری برق و الگوهای PHEV را بصورت مرکب در نظر می گیرد. مسیرهای شارژ بدست آمده از این بهینه­سازی بطور قابل ملاحظه ای متفاوت از آنهایی است که فقط برای هزینه انرژی یا عمر باتری بهینه­سازی شده اند.

یکی از بخش­های لازم و البته گران قیمت­ PHEVها سیستم ذخیره­سازی ظرفیت بالای باتری است که به مرور زمان و با گذشت سیکل تخریب می شود [7-9]. این مقاله بطور خاص بر روی PHEV هایی تمرکز دارد که از باتری های لیتیوم یون برای چنین ذخیره سازی استفاده می کنند. منابع [مقالات] در رابطه با مدلسازی باتری های لیتیوم-یونی اساسا به دو دسته اصلی تقسیم می شوند الف) مدل­های تجربی [عملی و آزمایشگاهی] که براساس مشاهدات تجربی رفتار ورودی/خروجی باتری به عنوان مثال مدلهای مدار معادل ساخته می شوند [10و11]، و ب) مدلهای درست­یابی [4] بالا که از اصول اولیه الکتروشیمی باتری استخراج می شوند [12و13]. مدل­سازی محوشدگی ظرفیت و کاهش عمر عمدتا در دسته­بندی دوم قرار گرفته اند. این مقاله از مدل باتری­های مبتنی بر اصول اولیه الکتروشیمی که توسط دویل و همکاران [12] و فولر و همکاران [13] و بعد از آن توسط راماداس و همکاران [14] از طریق افزودن یک جزء ظرفیت محو شدگی توسعه یافته است استفاده می کند. در این مدل، مکانیزم تخریب باتری توسط یک واکنش فرعی در الکترود منفی (آند) کنترل می شود، و منجر به شکل گیری یک نوار واسط الکترولیت جامد برگشت­ناپذیر (SEI) بر روی الکترود، و تلفات یون­های لیتیوم تجدیدپذیر شده است. اگرچه چندین مکانیزم تخریب دیگر برای باتری­های لیتیوم-یونی همانند اضافه­حرارت، اضافه­شارژ، تخلیه شدید و غیره [15] وجود دارد، در این مقاله ما تنها تشکیل نوار SEI را بعنوان اولین دلیل تخریب باتری در نظر می گیریم. روش مورد استفاده در اینجا قابل تعمیم به مکانیزم های دیگر هم هست.

[1] Drive cycle

[2] Trade off; سبک و سنگین کردن

[3] Trip; مسیری که خودرو می پیماید

[4] High-fidelity