基于電池約束的電機控制預測模型

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基于電池約束的電機控制預測模型

電力推進系統在汽車工業的應用越來越廣泛，同時電動汽車的銷量也在不斷增加。電動汽車行駛時，電池組所提供的最大功率和輪胎附著限制，給電機額定功率增加了一個上限。同樣，在再生制動時，電池組所能接受的最大電能以及制動方面的作用也產生相關約束。當確定電機功率時，需要考慮電機控制器產生的各種約束。在電池放電和充電過程中對最大功率產生的約束進行了分析，提出了一種預測電池最大功率的新方法，并將該方法用于汽車動力系統電機控制中。

電池組最大功率預測的主要難點在于：①多種因素均會影響電池的最大功率。②電池組內電池之間存在的不平衡荷電狀態，其主要影響因素是電池使用環境溫度以及電池荷電狀態。電池荷電狀態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或串聯以滿足特定的功率需求和能量需求，并聯增加電池組的容量，而串聯增加電池組的電壓各單體電池生產過程、使用條件的不同，也使各電池荷電狀態之間存在著不平衡。文中首先對電池組狀態估計進行分析，指出目前多使用擴展卡爾曼濾波、卡爾曼濾波、粒子群濾波和滑模觀測器對電池組狀態進行估計，選擇基于擴展卡爾曼濾波建立電池組狀態觀測器，并采用等效電路模型描述電池。之后將狀態觀測器和電池模型結合，建立預測電池最大功率的新模型。對模型進行試驗驗證時，使用臺灣能元科技公司制造的18650鋰電池。將該模型用在一個微控制器上，對荷電狀態進行硬件在環估計。試驗結果表明，電池組最大功率隨溫度和荷電狀態發生顯著的變化。在環境溫度為20℃、充電荷電狀態為90%、放電荷電狀態為20%時，電池組最大功率下降1/ 3。環境溫度為0℃、電池組荷電狀態為35%時，電池組中功率損失為環境溫度20℃時的5倍。

B.Roscaetal.2014IEEE International Electric Vehicle Conference，Florence Dec.17-19，2014.

編譯：陳丁躍