[發(fā)明專利]一種基于模糊控制理論的混合動力船舶電池組均衡管理方法

有效

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• 申請日: 2018-02-23
• 公開（公告）號: CN108382556B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 潘海邦;薛圻蒙;高迪駒;張偉
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B63H21/20;B60L58/22
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 陳偉勇

1.一種基于模糊控制理論的混合動力船舶電池組均衡管理方法，所述的混合動力船舶電池組為串聯(lián)式混合動力船舶兩組動力源之一，電池組采用并聯(lián)方式連接，另一組動力源為柴油發(fā)電機組，均衡管理方法主要應用于并聯(lián)電池組放電過程與充電過程；其特征在于所述基于模糊控制理論的混合動力船舶電池組均衡管理方法包括以下步驟：

步驟一、獲取混合動力船舶的并聯(lián)電池組的需求功率P_E；

串聯(lián)式混合動力船舶包括兩種動力源，分別為柴油發(fā)電機組和動力電池組；混合動力船舶所需的推進動力由柴油發(fā)電機組和動力電池組提供，動力系統(tǒng)的運行模式主要可分三種：電池組單獨供電模式、柴油發(fā)電機組單獨供電模式和混合供電模式；電池組通過雙向DC/DC變換器連接直流母線，向船舶單獨供電；柴油發(fā)電機組通過AC/DC變換器連接直流母線，向船舶單獨供電，多余能量通過雙向DC/DC變換器給電池組充電；動力電池組與柴油發(fā)電機組同時供能；并聯(lián)電池組的需求功率P_E由混合動力船舶能量管理器進行分配，P_E可以有正負之分，當P_E為負時，表示電池組在放電，當P_E為正時，表示電池組在充電；

步驟二、電池參數識別，獲取各單體電池SOC，并記錄SOC最大值與最小值；

使用一階戴維寧等效電路模型對電池進行建模，電池端電壓V_t由V_oc、內阻上的電壓和RC對上的電壓V_p相加得到，如式(1)所示：

V_t＝V_oc+R_di_cell+V_p (1)

V_p和SOC分別由微分方程式(2)和(3)表示：

將電池系統(tǒng)寫成狀態(tài)空間形式，如式(4)所示：

運用Simulink中User-Define Function模塊庫中的S-Function模塊來對鋰電池的狀態(tài)空間模型進行求解，來滿足仿真實驗時要求刻更新電池參數的要求；

步驟三、運用模糊控制策略對并聯(lián)電池組進行均衡管理；

采用在并聯(lián)電池組的各條支路上串聯(lián)一個控制開關，運用控制算法對并聯(lián)在電池組上的控制開關來對電池組進行均衡管理；

當某個單體電池的SOC與其他單體電池相比過高或者過低時，通過控制信號對控制開關進行控制，實現(xiàn)該條支路的關斷，從而避免單體電池間的SOC產生過大的差值，降低單體電池經歷大電流的風險，同時減少了并聯(lián)電池間的循環(huán)電流，提高單體電池間的一致性；

選擇任意時刻單體電池的SOC值SOC_i(t)和單體電池間SOC的偏差E作為模糊控制的兩個輸入，其中偏差E如式(5)所示：

對SOC_i(t)與E兩個輸入進行模糊化后得到偏差e與偏差變化率ec，運用e與ec兩個變量進行近似推理，經過近似推理得到取值范圍為[0,1]的輸出變量u_c，它的取值代表了單體電池間不一致性的程度，且取值越大則不一致性就越小，取值越小則不一致性就越大；對輸出變量u_c進行反模糊化后得到控制信號，用于控制并聯(lián)電池組各單體電池上的控制開關。