[發明專利]一種動力電池組雙向自適應均衡控制方法

有效

• 申請號: 201811451875.8
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109378881B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王亞雄;鐘浩;池訓逞;林飛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種動力電池組雙向自適應均衡控制方法。首先，建立非線性系統動力電池組雙向均衡裝置的數學模型；其次，設計非線性系統動力電池組雙向均衡裝置的雙向自適應反演滑模控制器；最后，應用雙向自適應反演滑模控制器結合滾動優選策略實現對動力電池組的雙向自適應均衡控制。本發明以非隔離型直流變換器為例，設計了一種雙向自適應反演滑模控制裝置，包括系統狀態建模、滑模控制器、反演控制器以及自適應控制器；由于采用了雙向自適應均衡控制器，實現了系統的雙向控制、能量的正反向流動，同時克服了動力電池組均衡系統的參數不確定性以及外部擾動，可提高控制系統的魯棒性及靈活性。

技術領域

本發明屬于電池管理系統領域，主要應用于動力電池組內能量差異大的單體電池間雙向自適應均衡控制，解決動力電池組單體電池電壓不一致等問題，尤其涉及到一種可大電流充放電快速雙向均衡的應用場合，具體為一種動力電池組雙向自適應均衡控制方法。

背景技術

近年來，隨著電動汽車的發展，研究人員日益頻繁地將功率電子技術以及現代控制技術應用于電動汽車控制系統。

電動汽車動力電池系統中，單體電池往往以串并聯的方式組成電池組來提高電壓和容量等級。但是，電池作為一種工業產品，在生產制造過程中很難保證各個電池的性能完全一致，這種不一致在很大程度上影響電池成組后的整體性能，甚至存在一定的安全隱患。為了使電池在工作循環中既能保證正常工作，又可以最大限度的延長電池組壽命，電池組配備電池均衡系統，使電池組內單體電池的電壓、容量基本一致。

目前，電池均衡系統作為電動汽車電池管理技術中的一個重要環節，其電路拓撲結構與主動均衡控制方法是研究熱點。主動均衡型電路主要有開關電容法、升壓分流法、直流變換器均衡法等等，而直流變換器因其優良的特性被應用于電池主動均衡系統。直流變換器通常描述為非線性系統，傳統的線性控制方法在其控制問題特別是發生外部干擾或參數不確定等情況時能力有限。因此，諸如滑模變結構控制、模型參考控制等非線性控制方法被廣泛應用于解決直流變換器的各類控制問題。但這些非線性控制器并不適合直接應用于電池能量均衡系統，究其原因主要是主動均衡系統要求能量可雙向轉換，且要求控制算法可自適應以達到能量相互轉換的要求。綜上可知，需要設計一種新的控制算法，使系統可以根據各個單體電池的能量狀況進行自適應均衡，以達到電池組內各單體電池電壓和容量一致性的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種動力電池組雙向自適應均衡控制方法，根據滾動優選原理及動力電池組雙向均衡裝置物理狀態量，獲取穩定的自適應控制律，得到系統參數估計值和系統控制目標值，并通過反演滑模控制器調整控制量跟隨系統的需求變化，使系統狀態保持最優或近似最優，得到滿意的控制效果，實現電池組主動均衡過程的雙向自適應均衡控制。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種動力電池組雙向自適應均衡控制方法，包括如下步驟：

步驟S1：建立非線性系統動力電池組雙向均衡裝置的數學模型；

步驟S2：設計步驟S1中所述非線性系統動力電池組雙向均衡裝置的雙向自適應反演滑模控制器；

步驟S3：應用雙向自適應反演滑模控制器結合滾動優選策略實現對動力電池組的雙向自適應均衡控制。

在本發明一實施例中，所述步驟S2中的雙向自適應反演滑模控制器為非隔離型直流變換器，其控制律為：

其中，c₁、c₂、k₁、γ均為所述控制律中的控制律參數，且都為正數，k為模式變量，k＝1為升壓模式，能量正向流動，k＝-1為降壓模式，能量反向流動；x₁、x₂、x₃為狀態變量，為系統參數估計值，A₁、A₂、A₃為直流變換器模型狀態矩陣，s為滑模面。