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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(tǒng)在汽車工業(yè)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(tǒng)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(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。文中首先對電池組狀態(tài)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(tài)進行估計，選擇基于擴展卡爾曼濾波建立電池組狀態(tài)觀測器，并采用等效電路模型描述電池。之后將狀態(tài)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(tài)進行硬件在環(huán)估計。試驗結果表明，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，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，電池組中功率損失為環(huán)境溫度20℃時的5倍。

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

編譯：陳丁躍