[發明專利]基于鋰電池功率估計的混合儲能控制系統及其能量管理方法

有效

• 申請號: 202110135681.2
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112721906B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 劉偉榮;孫笑波;黃志武;蔣富;楊迎澤;彭軍;李恒;張曉勇;武悅;劉勇杰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B60W20/10
• 分類號: B60W20/10;B60L58/12;B60L50/40;B60L50/60
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 熊開蘭

1.一種基于鋰電池功率估計的混合儲能系統能量管理方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，采集鋰電池組的開路電壓、電流和SOC；

步驟2，根據鋰電池組的開路電壓、電流，采用最小二乘法根據開路電壓和電流對鋰電池組進行參數辨識，基于采集得到的SOC以及辨識得到的參數估計當前鋰電池組的最大充放電功率；

步驟3，將當前鋰電池組的最大充放電功率作為自適應控制的上限和下限，進而采用自適應下垂控制策略對鋰電池組的分配功率進行限制；

對鋰電池組分配功率限制的表達式為：

式中，為鋰電池組的分配功率；λ₁和λ₂為兩個斜向量，U_bus為混合儲能系統的直流母線實時電壓，U_ref為直流母線參考電壓，ΔU為直流母線的電壓允許浮動范圍；U_H1＝U_ref+ΔU，U_L1＝U_ref-ΔU；U_H1和U_L1，是直流母線的電壓允許浮動范圍的上限和下限；U_H2和U_L2，是對鋰電池組分配功率時其判據母線電壓的上極限值和下極限值；和為鋰電池組當前時刻k的最大充電功率和最大放電功率；

步驟4，根據電動汽車的當前工況計算混合儲能系統的總需求功率，結合鋰電池組的分配功率，對超級電容組進行功率分配；

步驟5，基于鋰電池組和超級電容組的分配功率，生成對應的控制信號；所述控制信號用于決定鋰電池組和超級電容組各自雙向DC/DC模塊的PWM波占空比，滿足鋰電池組和超級電容組分別轉換輸出的功率為各自的分配功率；

步驟6，將控制信號進行電平轉換，生成鋰電池組和超級電容組各自DC/DC模塊的驅動信號，使鋰電池組和超級電容組各自DC/DC模塊的MOS管在相應驅動信號的作用下開閉，使鋰電池組和超級電容組進行升降壓變換，綜合為電動汽車提供總需求功率。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中在對鋰電池組進行參數辨識時，使用一階RC模型對鋰電池組進行等效，辨識的參數包括等效電阻R₀、極化電阻R_p和極化電容C_p；按以下公式計算鋰電池組的極化電壓U_p和終端電壓U_t,k；

式中，U_OCV和I_b分別為鋰電池組的開路電壓和鋰電池組電流；

估計當前鋰電池組的最大充放電功率的方法為：

(1)根據采集的開路電壓U_OCV，確定對鋰電池組最大充放電電流的第一限制值：

其中，和分別為根據開路電壓U_OCV確定得到的鋰電池最大充電電流和最大放電電流的第一限制值，α_p為中間變量，α_p＝exp(-T_s/R_pC_p)；U_t,max為鋰電池組終端的上截止電壓，U_t,min為鋰電池組終端的下截止電壓；下標k表示當前時刻為k；

(2)根據采集的SOC，確定對鋰電池組最大充放電電流的第二限制值：

其中，和分別為根據SOC確定得到的鋰電池組最大充電電流和最大放電電流的第二限制值；z_k代表鋰電池實時SOC，z_max為鋰電池最大SOC，z_max＝1，z_min為鋰電池最小SOC，z_min＝0.05；C_a為鋰電池組的容量，T_s為采樣時間；

(3)將混合儲能系統直流母線的最大電流作為鋰電池組最大充電電流和最大放電電流的第三限制值；

(4)將鋰電池組最大充電電流和最大放電電流的第一、第二、第三限制值中的最大值，作為鋰電池組實際允許的最大充電電流和最大放電電流

(5)根據鋰電池實際允許的最大充電電流和最大放電電流計算鋰電池組的最大充放電功率：

其中，和為計算得到鋰電池組當前時刻k的最大充電功率和最大放電功率。