[發明專利]一種電動汽車電池換熱風機系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202110014626.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112820976B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張展浩;成澤陽;關林
• 申請（專利權）人: 張展浩
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/633;H01M10/635;H01M10/6556;H01M10/6563;H01M10/659;G05D23/20;B60L58/26;B60L58/27
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種電動汽車電池換熱風機系統的控制方法，其特征在于：所述系統包括相變儲熱裝置、電池倉，所述相變儲熱裝置與電池倉串聯，所述相變儲熱裝置與電池倉之間設有兩個換熱通風管，每個換熱通風管內部嵌入有換熱風機，使換熱風在通風管中呈順時針運動模式，當電動汽車正常運行時，若電池倉溫度高于正常電池倉工作溫度，換熱風機和相變儲熱裝置開啟，系統進入散熱模式，即將電池倉的熱量經過風機傳輸到相變儲熱裝置中，此時相變儲熱裝置處于吸熱狀態；當電動汽車處于停車將要啟動狀態時，若電池倉的溫度低于正常電池倉工作溫度，換熱風機和相變儲熱裝置開啟，利用換熱風機旋轉將相變儲熱裝置的熱量傳輸到電池倉，對電池倉進行升溫，相變儲熱裝置處于放熱狀態；

所述方法為設計狀態觀測器對不可測狀態進行估計；利用神經網絡方法對系統中存在的未知非線性函數進行估計；對于風機中存在的回滯現象，利用隱逆尋優的方法獲取最終的控制信號，

選取直流無刷電動機作為換熱風機，該風機模型為：

其中，k_e為反電勢系數，R為繞組相電阻，R_s＝2R，且L_s＝2(L-M)，L為繞組自感，M為兩相繞組間互感，T_l為負載轉矩，J為轉動慣量，B為摩擦系數，k_t為轉矩系數，將公式(1)變成如下形式：

其中，為未知非線性函數，利用神經網絡方法，得到：

其中ψ(ζ)為神經網絡基函數，神經網絡為最佳權向量，σ為神經網絡誤差，然后根據公式(3)得到：

其中

適當地選取參數q₁，q₂，將A₀表達成赫爾維茨矩陣，同時有e₁＝[1,0]，x＝[x₁,x₂]^T；

對于不可測量狀態x，構造如下狀態觀測器進行估計：

式中，k為設計參數且k≥1，v₀、ζ₀、Ξ分別為狀態觀測器可調參數，并且有：

根據式(7)和(8)，得到

其中，為狀態向量中的估計值，令估計誤差為得到：

其中∈＝[∈₁，∈₂]^T，根據式(7)，定義如下函數：

V_ε＝∈^TP∈ (11)

其中和并且有

定義如下的誤差轉換函數：

由于A₀是赫爾維茨矩陣，并且存在一個對稱的正定矩陣定義如下的二次函數：

對其求導可得：

因為：

所以對于任意的k≥1，均存在

根據式(7)中的狀態觀測器，設計輸出反饋自適應動態面控制器，設計步驟如下，

第一步，定義系統的第一個誤差面：

S₁＝y-y_r (18)

y_r是系統的參考信號，并對S₁關于時間求導得到以下的式子，

因為存在估計誤差∈₂，得到以下式子：

將式(20)代入式(19)中得：

其中v_(0,2)，Ξ₍₂₎與ζ_(0,2)分別為向量v₀，Ξ與ζ₀的第2個值，為被設計的虛擬控制律，設計虛擬控制律為：

其中，為的估計，其被設計為：

同時根據公式(18)(19)得到：

將通入一階低通濾波器得到z₂，公式表示如下：

τ₂為一階低通濾波器的時間常數，

第二步，定義系統的第二個誤差面：

S₂＝v_(0,2)-z₂ (26)

對S₂進行求導可得：

最終的實際控制律w(u)被設計為：

根據公式(26)和(27)得到：

對整個系統進行穩定性分析，最終實現系統的L_∞跟蹤性能，使跟蹤誤差收斂到任意小的集合，定義濾波誤差為：

根據式(18)(23)和式(27)得出：

其中B₂為連續有界函數，

定義：

其中G₀與p為正設計參數，

定義如下李亞普諾夫函數：

其中對V進行求導得出：

根據式(23)得出：

利用楊氏不等式得到：

其中M₂為緊集Ω₁×Ω₂上的最大值，κ為可設計的正參數，結合式(35)到式(37)得出：

選取設計參數為：

其中c₁滿足

最終得出：

當V＝p時，說明V(t)≤p是一個不變的集合，即如果V(0)≤p，對于所有的t≥0，V(t)≤p始終成立，V是統一有界的，并且證明整個閉環系統是有界的；

為了獲得跟蹤誤差的L_∞的性能指標，對于所有的t≥0，要使

使得并且滿足y_r(0)＝y(0),S₁(0)＝0,v₀(0)＝0,ξ_(0,1)(0)＝0,Ξ(0)＝0,進而得到S₂(0)＝0，y₂(0)＝0，同時，還得到如下的公式

由于成立得到：

由式(45)和式(49)得出：

由于ζ_(0,1)(0)＝y(0)＝x₁(0)，成立，因此，公式Φ^-1∈(0)＝diag{0,1/k}∈(0)，由于k≥1，有如下公式成立

由式(50)得到：

根據式(33)得到：

根據式(53)得出，系統中存在跟蹤誤差的L_∞范數，通過設計合適的參數c₁、c₂，誤差S₁、S₂的無窮范數可以取到任意小，從而得到任意小的系統跟蹤誤差；

假定w(u)在t∈[t_i,t_i+1]單調遞增的，定義變量u_μ(t)和w_μ(t)，其中μ是范圍在0到所尋控制信號最大區間內的變量，且

u_μ(t)＝u₀(t)+μ (54)

u₀(t)為尋優過程中初始尋優信號，w_μ(t)為最優控制信號為μ時所對應的臨時控制信號，

如果，臨時控制信號大于最大值，所尋最優控制信號為最大值對應的最優實際控制信號；如果，臨時控制信號大于最小值，所尋最優控制信號為最小值對應的最優實際控制信號；若都不滿足，則：

第一步，讓μ從0開始逐步增加；

第二步，計算出u_μ(t)和w_μ(t)的值，若w_μ(t)的值小于臨時控制信號w(u)，則繼續增加μ執行第二步，否則執行第三步；

第三步，停止增加μ，將此時的μ記為μ₀，進而得到最終的實際控制律u，利用得到的控制律，計算出對應的PWM占空比，實現對電機轉速的控制。