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基于電池約束的電機(jī)控制預(yù)測(cè)模型

電力推進(jìn)系統(tǒng)在汽車工業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)電動(dòng)汽車的銷量也在不斷增加。電動(dòng)汽車行駛時(shí)，電池組所提供的最大功率和輪胎附著限制，給電機(jī)額定功率增加了一個(gè)上限。同樣，在再生制動(dòng)時(shí)，電池組所能接受的最大電能以及制動(dòng)方面的作用也產(chǎn)生相關(guān)約束。當(dāng)確定電機(jī)功率時(shí)，需要考慮電機(jī)控制器產(chǎn)生的各種約束。在電池放電和充電過程中對(duì)最大功率產(chǎn)生的約束進(jìn)行了分析，提出了一種預(yù)測(cè)電池最大功率的新方法，并將該方法用于汽車動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)控制中。

電池組最大功率預(yù)測(cè)的主要難點(diǎn)在于：①多種因素均會(huì)影響電池的最大功率。②電池組內(nèi)電池之間存在的不平衡荷電狀態(tài)，其主要影響因素是電池使用環(huán)境溫度以及電池荷電狀態(tài)。電池荷電狀態(tài)之間的不平主要在于，汽車用電池組需要通過將各單體電池并聯(lián)或串聯(lián)以滿足特定的功率需求和能量需求，并聯(lián)增加電池組的容量，而串聯(lián)增加電池組的電壓各單體電池生產(chǎn)過程、使用條件的不同，也使各電池荷電狀態(tài)之間存在著不平衡。文中首先對(duì)電池組狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行分析，指出目前多使用擴(kuò)展卡爾曼濾波、卡爾曼濾波、粒子群濾波和滑模觀測(cè)器對(duì)電池組狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，選擇基于擴(kuò)展卡爾曼濾波建立電池組狀態(tài)觀測(cè)器，并采用等效電路模型描述電池。之后將狀態(tài)觀測(cè)器和電池模型結(jié)合，建立預(yù)測(cè)電池最大功率的新模型。對(duì)模型進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，使用臺(tái)灣能元科技公司制造的18650鋰電池。將該模型用在一個(gè)微控制器上，對(duì)荷電狀態(tài)進(jìn)行硬件在環(huán)估計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，電池組最大功率隨溫度和荷電狀態(tài)發(fā)生顯著的變化。在環(huán)境溫度為20℃、充電荷電狀態(tài)為90%、放電荷電狀態(tài)為20%時(shí)，電池組最大功率下降1/ 3。環(huán)境溫度為0℃、電池組荷電狀態(tài)為35%時(shí)，電池組中功率損失為環(huán)境溫度20℃時(shí)的5倍。

B.Roscaetal.2014IEEE International Electric Vehicle Conference，F(xiàn)lorence Dec.17-19，2014.

編譯：陳丁躍