[发明专利]基于锂电池功率估计的混合储能控制系统及其能量管理方法

说明书

本发明公开了一种基于锂电池功率估计的混合储能控制系统及其能量管理方法，其中能量管理方法为：采集锂电池组的开路电压、电流和SOC；根据锂电池组的开路电压、电流，对锂电池组进行参数辨识，估计当前锂电池组的最大充放电功率；将当前锂电池组的最大充放电功率作为自适应控制的上限和下限，进而采用自适应下垂控制策略对锂电池组的分配功率进行限制；根据混合储能系统的总需求功率和锂电池组的分配功率，对超级电容组进行功率分配；生成锂电池组和超级电容组各自DC/DC模块的控制信号，以各自输出功率为各自的分配功率，综合为电动汽车提供总需求功率。本发明可以保护锂电池组受到尖峰充放电功率的影响，提高锂电池组的使用寿命。

技术领域

本发明属于锂电池/超级电容混合储能系统技术领域，具体涉及一种基于锂电池功率估计的混合储能控制系统及其能量管理方法。

背景技术

锂电池/超级电容混合储能系统是一种新兴的电动汽车储能系统，锂电池具有高能量密度和低功率密度的特性，而超级电容低能量密度和高功率密度的特性能够很好的弥补锂电池的的不足，结合锂电池和超级电容的特点的混合储能系统能够很好的满足负载功率的需求。其合适的能量管理策略非常重要，它能将负载功率实时进行分配。

常用的基于分频的能量管理策略是对负载功率中高频和低频的部分分离，将高频部分的功率由超级电容提供，低频部分由锂电池提供。然而，仍然有一部分尖峰负载功率会由锂电池来承担，甚至超过了锂电池的最大充放电功率，这对锂电池的使用寿命是不利的，而且超级电容的利用率也比较低。

发明内容

为了解决尖峰负载功率对于锂电池寿命的影响和超级电容利用率不够的问题，本发明提供一种基于锂电池功率估计的混合储能控制系统及其能量管理方法，通过对锂电池组的最大充放电功率进行估计并对锂电池组的实时充放电功率进行限制，保护锂电池组受到尖峰充放电功率的影响，提高锂电池组的使用寿命，同时能够有效地进行电池和超级电容的功率分配，并提高了超级电容的利用率。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于锂电池功率估计的混合储能系统能量管理方法，包括以下步骤：

步骤1，采集锂电池组的开路电压、电流和SOC；

步骤2，根据锂电池组的开路电压、电流，采用最小二乘法根据开路电压和电流对锂电池组进行参数辨识，基于采集得到的SOC以及辨识得到的参数估计当前锂电池组的最大充放电功率；

步骤3，将当前锂电池组的最大充放电功率作为自适应控制的上限和下限，进而采用自适应下垂控制策略对锂电池组的分配功率进行限制；

步骤4，根据电动汽车的当前工况计算混合储能系统的总需求功率，结合锂电池组的分配功率，对超级电容组进行功率分配；

步骤5，基于锂电池组和超级电容组的分配功率，生成对应的控制信号；所述控制信号用于决定锂电池组和超级电容组各自双向DC/DC模块的PWM波占空比，满足锂电池组和超级电容组分别转换输出的功率为各自的分配功率；

步骤6，将控制信号进行电平转换，生成锂电池组和超级电容组各自DC/DC模块的驱动信号，使锂电池组和超级电容组各自DC/DC模块的MOS管在相应驱动信号的作用下开闭，使锂电池组和超级电容组进行升降压变换，综合为电动汽车提供总需求功率。

在更优的能量管理方法技术方案中，步骤2中在对锂电池组进行参数辨识时，使用一阶RC模型对锂电池组进行等效，辨识的参数包括等效电阻R₀、极化电阻R_p和极化电容C_p；按以下公式计算锂电池组的极化电压U_p和终端电压U_t，k；

式中，U_OCV和I_b分别为锂电池组的开路电压和锂电池组电流。