[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

本發明公開了一種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，其中能量管理方法為：采集鋰電池組的開路電壓、電流和SOC；根據鋰電池組的開路電壓、電流，對鋰電池組進行參數辨識，估計當前鋰電池組的最大充放電功率；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；根據混合儲能系統的總需求功率和鋰電池組的分配功率，對超級電容組進行功率分配；生成鋰電池組和超級電容組各自DC/DC模塊的控制信號，以各自輸出功率為各自的分配功率，綜合為電動汽車提供總需求功率。本發明可以保護鋰電池組受到尖峰充放電功率的影響，提高鋰電池組的使用壽命。

技術領域

本發明屬于鋰電池/超級電容混合儲能系統技術領域，具體涉及一種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。

背景技術

鋰電池/超級電容混合儲能系統是一種新興的電動汽車儲能系統，鋰電池具有高能量密度和低功率密度的特性，而超級電容低能量密度和高功率密度的特性能夠很好的彌補鋰電池的的不足，結合鋰電池和超級電容的特點的混合儲能系統能夠很好的滿足負載功率的需求。其合適的能量管理策略非常重要，它能將負載功率實時進行分配。

常用的基于分頻的能量管理策略是對負載功率中高頻和低頻的部分分離，將高頻部分的功率由超級電容提供，低頻部分由鋰電池提供。然而，仍然有一部分尖峰負載功率會由鋰電池來承擔，甚至超過了鋰電池的最大充放電功率，這對鋰電池的使用壽命是不利的，而且超級電容的利用率也比較低。

發明內容

為了解決尖峰負載功率對于鋰電池壽命的影響和超級電容利用率不夠的問題，本發明提供一種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，通過對鋰電池組的最大充放電功率進行估計并對鋰電池組的實時充放電功率進行限制，保護鋰電池組受到尖峰充放電功率的影響，提高鋰電池組的使用壽命，同時能夠有效地進行電池和超級電容的功率分配，并提高了超級電容的利用率。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于鋰電池功率估計的混合儲能系統能量管理方法，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；

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。

在更優的能量管理方法技術方案中，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。