[发明专利]一种动力电池组双向自适应均衡控制方法

说明书

本发明涉及一种动力电池组双向自适应均衡控制方法。首先，建立非线性系统动力电池组双向均衡装置的数学模型；其次，设计非线性系统动力电池组双向均衡装置的双向自适应反演滑模控制器；最后，应用双向自适应反演滑模控制器结合滚动优选策略实现对动力电池组的双向自适应均衡控制。本发明以非隔离型直流变换器为例，设计了一种双向自适应反演滑模控制装置，包括系统状态建模、滑模控制器、反演控制器以及自适应控制器；由于采用了双向自适应均衡控制器，实现了系统的双向控制、能量的正反向流动，同时克服了动力电池组均衡系统的参数不确定性以及外部扰动，可提高控制系统的鲁棒性及灵活性。

技术领域

本发明属于电池管理系统领域，主要应用于动力电池组内能量差异大的单体电池间双向自适应均衡控制，解决动力电池组单体电池电压不一致等问题，尤其涉及到一种可大电流充放电快速双向均衡的应用场合，具体为一种动力电池组双向自适应均衡控制方法。

背景技术

近年来，随着电动汽车的发展，研究人员日益频繁地将功率电子技术以及现代控制技术应用于电动汽车控制系统。

电动汽车动力电池系统中，单体电池往往以串并联的方式组成电池组来提高电压和容量等级。但是，电池作为一种工业产品，在生产制造过程中很难保证各个电池的性能完全一致，这种不一致在很大程度上影响电池成组后的整体性能，甚至存在一定的安全隐患。为了使电池在工作循环中既能保证正常工作，又可以最大限度的延长电池组寿命，电池组配备电池均衡系统，使电池组内单体电池的电压、容量基本一致。

目前，电池均衡系统作为电动汽车电池管理技术中的一个重要环节，其电路拓扑结构与主动均衡控制方法是研究热点。主动均衡型电路主要有开关电容法、升压分流法、直流变换器均衡法等等，而直流变换器因其优良的特性被应用于电池主动均衡系统。直流变换器通常描述为非线性系统，传统的线性控制方法在其控制问题特别是发生外部干扰或参数不确定等情况时能力有限。因此，诸如滑模变结构控制、模型参考控制等非线性控制方法被广泛应用于解决直流变换器的各类控制问题。但这些非线性控制器并不适合直接应用于电池能量均衡系统，究其原因主要是主动均衡系统要求能量可双向转换，且要求控制算法可自适应以达到能量相互转换的要求。综上可知，需要设计一种新的控制算法，使系统可以根据各个单体电池的能量状况进行自适应均衡，以达到电池组内各单体电池电压和容量一致性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力电池组双向自适应均衡控制方法，根据滚动优选原理及动力电池组双向均衡装置物理状态量，获取稳定的自适应控制律，得到系统参数估计值和系统控制目标值，并通过反演滑模控制器调整控制量跟随系统的需求变化，使系统状态保持最优或近似最优，得到满意的控制效果，实现电池组主动均衡过程的双向自适应均衡控制。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种动力电池组双向自适应均衡控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：建立非线性系统动力电池组双向均衡装置的数学模型；

步骤S2：设计步骤S1中所述非线性系统动力电池组双向均衡装置的双向自适应反演滑模控制器；

步骤S3：应用双向自适应反演滑模控制器结合滚动优选策略实现对动力电池组的双向自适应均衡控制。

在本发明一实施例中，所述步骤S2中的双向自适应反演滑模控制器为非隔离型直流变换器，其控制律为：

其中，c₁、c₂、k₁、γ均为所述控制律中的控制律参数，且都为正数，k为模式变量，k＝1为升压模式，能量正向流动，k＝-1为降压模式，能量反向流动；x₁、x₂、x₃为状态变量，为系统参数估计值，A₁、A₂、A₃为直流变换器模型状态矩阵，s为滑模面。