基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法

2023-07-31 21:11:06 1

專利名稱：基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法
基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法
技術領域：
本發明涉及新能源(電動汽車)技術領域，特別涉及利用混合儲能裝置實現電動汽車蓄電池正負脈衝快速充電的控制方法。
背景技術：
自上世紀70年代以來，能源與環保逐漸成為世界主流關注的焦點之一。隨著能源消耗的不斷增加以及環境汙染問題的日益嚴重，世界各國對開始實施有針對性的節能減排計劃，其中如何限制汽車尾氣基本成為每一個國家所需要面對並有待解決的問題。電動汽車因其低排放，低噪音的特點而備受矚目，被認為是傳統的燃油汽車的最佳替代品。然而目前在電動汽車的應用與研究當中，有兩個較為明顯的瓶頸制約著電動汽車 的廣泛普及一是蓄電池的壽命，除了不斷的改進電池所採用的材料以外，在已有的研究之中，將多種儲能裝置根據其不同的特性組合使用的混合儲能系統也可以有效的改善蓄電池的工作條件，延長蓄電池的使用壽命；另一個是蓄電池較長的充電時間，會影響電動汽車的正常行駛。在當前充電終端普及率低的情況下，影響到了電動汽車的市場推廣。通過文獻檢索發現，針對如何縮短蓄電池充電時間的問題，研究人員通過將蓄電池電流控制成周期性正負脈衝電流實現快速充電。最初的充電器設計之中，採用附加放電電阻來實現負向脈衝。部分研究方案採用附加磁性元器件來實現能量回饋，提升效率，但是在大功率場合情況下，所需磁性元件的體積和重量都會影響電動汽車的整體性能。還有部分研究方案是採用雙向變流器來實現能量回饋，這種方案在大功率場合下也存在弊端，即回饋至直流母線的能量會引起直流母線電壓泵升，影響控制效果，甚至是影響系統穩定性。以下給出檢索的相關文獻[l]ff. B. BurLen and J. H. Big, U. S. patent No. 3597613.[2]ff. B. BdettandR. V. Ladrson, U. S. Patent No. 3614583.[3] C. C. Hua and M. Y. Lin, 「A Study of Charging Control of Lead-AcidBattery for Electric Vehicles, 」International Symposium on IndustrialElectmnies, ISlE 2000,pp.135-140.[4] Hsieh, Y. C. ;Moo, C. S. ;ffu, C. K. ; Cheng, J. C. ;，"A non-dissipative reflexcharging circuit, "Telecommunications Energy Conference,2003. INTELEC' 03. The25th International, vol. , no. , pp. 679-683，23_230ct. 2003[5] Tseng, K. C. ; Liang, T. J. ; Chen, J. F. ; Chang, M. T. , "High frequencypositive/negative pulse charger with power factor correction, 〃Power ElectronicsSpecialists Conference, 2002. pesc 02. 2002IEEE 33rdAnnual, vol. 2, no., pp.671-675vol. 2，2002[6] Cheng, P. H. ; Chen, C. L. ;，〃High efficiency and nondissipative fastcharging strategy, "Electric Power Applications, IEE Proceedings-, vol. 150, no. 5,pp.539-545，9Sept. 2003
[7]ffang, J. B. ; Chuang, C. Y, "Design considerations ofmicroprocessor-controlled multiphase battery charger with fast-chargingstrategy, "Electric Power Applications, IET, vol. I, no. 2, pp. 143-152, March 200
發明內容針對上述現有理論與技術上存在的缺陷或不足，本發明的目的在於提出一種基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法。該控制方法可在不附加額外裝置的條件下，實現對於蓄電池的正負脈衝充電，電流脈衝的幅值、頻率以及佔空比均可以按電 池類型調製，另外有效的維持了直流母線電壓，同時可以通過調整超級電容器的電流限幅值來調整超級電容器的能量，維持系統穩定。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，根據預先設定的蓄電池充電電流波形曲線，控制蓄電池變流器以周期性正負脈衝電流€ +以及對蓄電池進行充電，其中蓄電池充電脈衝的幅值，充電脈衝的佔空比為Dp，i:tt_為放電脈衝的幅值，放電脈衝的佔空比為Dn ;步驟二，在充電站變流器控制迴路，將直流母線電壓參考值I ^與直流母線電壓瞬時值Vd。相減，送入電壓調節器，得到充電站變流器的電流指令;步驟三，將充電站變流器電流指令與充電站變流器電流瞬時值istatim相減，將差值送入電流調節器，得到充電站變流器控制調製波，與PWM調製器的載波做比較得到充電站變流器驅動信號；步驟四，在超級電容器變流器控制迴路，將直流母線電壓參考值V:與直流母線電
壓瞬時值vd。相減，得到差值A vd。，乘以比例係數K，得到超級電容變流器的電流環指令<4 ,比例係數K的取值大於10;步驟五，將超級電容器變流器電流環指令Zu送入飽和環節進行限幅，然後與超級電容器變流器電流瞬時值isc相減，得到差值A isc ；步驟六，利用步驟四與步驟五之中得到的A ^。和A is。之和送入積分飽和環節，計算得出超級電容變流器的調製信號M，計算公式如下M=K1 A vdc+K2 A isc+K3 f ( A vdc+ A isc) dt (I)其中K1, K2，K3的係數取值為正數；步驟七，測量超級電容器的端電壓vs。進行滯環邏輯判斷，根據超級電容器的端電壓vsc來改變步驟五之中的超級電容變流器電流參考值的飽和值，當超級電容器的端電壓Vsc高於超級電容器的端電壓的上限值VSC—HI，則將步驟五之中的飽和環節下限值設置為-Wsrt ;當超級電容器的端電壓Vsc低於超級電容器的端電壓的下限值Vsc,則將步驟五之中的飽和環節下限值設置為0 ;其中需要滿足關係
權利要求
1.基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟一，根據預先設定的蓄電池充電電流波形曲線，控制蓄電池變流器以周期性正負脈衝電流ξα +以及/こト對蓄電池進行充電，其中/Λ蓄電池充電脈衝的幅值，充電脈衝的佔空比為Dp，為放電脈衝的幅值，放電脈衝的佔空比為Dn ; 步驟ニ，在充電站變流器控制迴路，將直流母線電壓參考值V:與直流母線電壓瞬時值Vdc相減，送入電壓調節器，得到充電站變流器的電流指令/;; 步驟三，將充電站變流器電流指令Caton與充電站變流器電流瞬時值istatim相減，將差值送入電流調節器，得到充電站變流器控制調製波，與PWM調製器的載波做比較得到充電站變流器驅動信號； 步驟四，在超級電容器變流器控制迴路，將直流母線電壓參考值Iか與直流母線電壓瞬時值vd。相減，得到差值Avd。，乘以比例係數K，得到超級電容變流器的電流環指令/、(比例係數K的取值大於10 ； 步驟五，將超級電容器變流器電流環指令送入飽和環節進行限幅，然後與超級電容器變流器電流瞬時值ん相減，得到差值Aisc; 步驟六，利用步驟四與步驟五之中得到的Λ Vd。和Aisc之和送入積分飽和環節，計算得出超級電容變流器的調製信號Μ，計算公式如下M=K1 Δ vdc+K2 Δ isc+K3 f ( Δ Vdc+ Δ isc) dt (I) 其中K1, K2, K3的係數取值為正數； 步驟七，測量超級電容器的端電壓&進行滯環邏輯判斷，根據超級電容器的端電壓Vsc來改變步驟五之中的超級電容變流器電流參考值的飽和值，當超級電容器的端電壓vsc高於超級電容器的端電壓的上限值&^，則將步驟五之中的飽和環節下限值設置為_isc-srt ;當超級電容器的端電壓ん低於超級電容器的端電壓的下限值vsc—ω，則將步驟五之中的飽和環節下限值設置為O ;其中需要滿足關係
2.根據權利要求I所述的基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法，其特徵在於，充電站變流器為單向變流器，只能將能量從充電站向電動汽車傳遞，無法反向回饋。
3.根據權利要求I所述的基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法，其特徵在於，步驟六中電壓飽和環節上限值為0，即超級電容器變流器控制迴路電壓環在直流母線瞬時電壓vd。低於直流母線電壓參考值V:時輸出值恆為O。
全文摘要
本發明提供基於滑模原理的電動汽車混合儲能系統快速充電控制方法，首先將蓄電池電流控制成可調製的周期性的正負交替脈衝電流來實現快速充電，其次利用超級電容器來吸收在蓄電池放電的時候回饋至直流母線的能量，防止直流母線電壓泵升，最後在蓄電池充電時，通過調節超級電容器的輸出電流來實現對於超級電容器存儲能量的控制，以免超級電容器的電壓超過裝置耐受上限，其中對於超級電容器控制器的控制採用滑模控制方法，減少工作點變化對於系統性能的影響。從仿真結果中可以看到，本發明能夠很好地控制蓄電池電流使其形成正負脈衝，並且滿足直流母線電壓的穩定以及對於超級電容器端電壓的控制。
文檔編號H02J7/00GK102664440SQ20121015464
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者劉方誠, 劉進軍, 張斌, 張昊東 申請人:西安交通大學