专利名称：基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电控制方法
基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电控制方法
技术领域：
本发明涉及新能源(电动汽车)技术领域，特别涉及利用混合储能装置实现电动汽车蓄电池正负脉冲快速充电的控制方法。
背景技术：
自上世纪70年代以来，能源与环保逐渐成为世界主流关注的焦点之一。随着能源消耗的不断增加以及环境污染问题的日益严重，世界各国对开始实施有针对性的节能减排计划，其中如何限制汽车尾气基本成为每一个国家所需要面对并有待解决的问题。电动汽车因其低排放，低噪音的特点而备受瞩目，被认为是传统的燃油汽车的最佳替代品。然而目前在电动汽车的应用与研究当中，有两个较为明显的瓶颈制约着电动汽车 的广泛普及一是蓄电池的寿命，除了不断的改进电池所采用的材料以外，在已有的研究之中，将多种储能装置根据其不同的特性组合使用的混合储能系统也可以有效的改善蓄电池的工作条件，延长蓄电池的使用寿命；另一个是蓄电池较长的充电时间，会影响电动汽车的正常行驶。在当前充电终端普及率低的情况下，影响到了电动汽车的市场推广。通过文献检索发现，针对如何缩短蓄电池充电时间的问题，研究人员通过将蓄电池电流控制成周期性正负脉冲电流实现快速充电。最初的充电器设计之中，采用附加放电电阻来实现负向脉冲。部分研究方案采用附加磁性元器件来实现能量回馈，提升效率，但是在大功率场合情况下，所需磁性元件的体积和重量都会影响电动汽车的整体性能。还有部分研究方案是采用双向变流器来实现能量回馈，这种方案在大功率场合下也存在弊端，即回馈至直流母线的能量会引起直流母线电压泵升，影响控制效果，甚至是影响系统稳定性。以下给出检索的相关文献[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
发明内容针对上述现有理论与技术上存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提出一种基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电控制方法。该控制方法可在不附加额外装置的条件下，实现对于蓄电池的正负脉冲充电，电流脉冲的幅值、频率以及占空比均可以按电 池类型调制，另外有效的维持了直流母线电压，同时可以通过调整超级电容器的电流限幅值来调整超级电容器的能量，维持系统稳定。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电的控制方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，根据预先设定的蓄电池充电电流波形曲线，控制蓄电池变流器以周期性正负脉冲电流€ +以及对蓄电池进行充电，其中蓄电池充电脉冲的幅值，充电脉冲的占空比为Dp，i:tt_为放电脉冲的幅值，放电脉冲的占空比为Dn ;步骤二，在充电站变流器控制回路，将直流母线电压参考值I ^与直流母线电压瞬时值Vd。相减，送入电压调节器，得到充电站变流器的电流指令;步骤三，将充电站变流器电流指令与充电站变流器电流瞬时值istatim相减，将差值送入电流调节器，得到充电站变流器控制调制波，与PWM调制器的载波做比较得到充电站变流器驱动信号；步骤四，在超级电容器变流器控制回路，将直流母线电压参考值V:与直流母线电
压瞬时值vd。相减，得到差值A vd。，乘以比例系数K，得到超级电容变流器的电流环指令<4 ,比例系数K的取值大于10;步骤五，将超级电容器变流器电流环指令Zu送入饱和环节进行限幅，然后与超级电容器变流器电流瞬时值isc相减，得到差值A isc ；步骤六，利用步骤四与步骤五之中得到的A ^。和A is。之和送入积分饱和环节，计算得出超级电容变流器的调制信号M，计算公式如下M=K1 A vdc+K2 A isc+K3 f ( A vdc+ A isc) dt (I)其中K1, K2，K3的系数取值为正数；步骤七，测量超级电容器的端电压vs。进行滞环逻辑判断，根据超级电容器的端电压vsc来改变步骤五之中的超级电容变流器电流参考值的饱和值，当超级电容器的端电压Vsc高于超级电容器的端电压的上限值VSC—HI，则将步骤五之中的饱和环节下限值设置为-Wsrt ;当超级电容器的端电压Vsc低于超级电容器的端电压的下限值Vsc,则将步骤五之中的饱和环节下限值设置为0 ;其中需要满足关系
权利要求
1.基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，根据预先设定的蓄电池充电电流波形曲线，控制蓄电池变流器以周期性正负脉冲电流ξα +以及/こト对蓄电池进行充电，其中/Λ蓄电池充电脉冲的幅值，充电脉冲的占空比为Dp，为放电脉冲的幅值，放电脉冲的占空比为Dn ; 步骤ニ，在充电站变流器控制回路，将直流母线电压參考值V:与直流母线电压瞬时值Vdc相減，送入电压调节器，得到充电站变流器的电流指令/;; 步骤三，将充电站变流器电流指令Caton与充电站变流器电流瞬时值istatim相减，将差值送入电流调节器，得到充电站变流器控制调制波，与PWM调制器的载波做比较得到充电站变流器驱动信号； 步骤四，在超级电容器变流器控制回路，将直流母线电压參考值Iか与直流母线电压瞬时值vd。相减，得到差值Avd。，乘以比例系数K，得到超级电容变流器的电流环指令/、(比例系数K的取值大于10 ； 步骤五，将超级电容器变流器电流环指令送入饱和环节进行限幅，然后与超级电容器变流器电流瞬时值ん相减，得到差值Aisc; 步骤六，利用步骤四与步骤五之中得到的Λ Vd。和Aisc之和送入积分饱和环节，计算得出超级电容变流器的调制信号Μ，计算公式如下M=K1 Δ vdc+K2 Δ isc+K3 f ( Δ Vdc+ Δ isc) dt (I) 其中K1, K2, K3的系数取值为正数； 步骤七，測量超级电容器的端电压&进行滞环逻辑判断，根据超级电容器的端电压Vsc来改变步骤五之中的超级电容变流器电流參考值的饱和值，当超级电容器的端电压vsc高于超级电容器的端电压的上限值&^，则将步骤五之中的饱和环节下限值设置为_isc-srt ;当超级电容器的端电压ん低于超级电容器的端电压的下限值vsc—ω，则将步骤五之中的饱和环节下限值设置为O ;其中需要满足关系
2.根据权利要求I所述的基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电控制方法，其特征在于，充电站变流器为单向变流器，只能将能量从充电站向电动汽车传递，无法反向回馈。
3.根据权利要求I所述的基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电控制方法，其特征在于，步骤六中电压饱和环节上限值为0，即超级电容器变流器控制回路电压环在直流母线瞬时电压vd。低于直流母线电压參考值V:时输出值恒为O。
全文摘要
本发明提供基于滑模原理的电动汽车混合储能系统快速充电控制方法，首先将蓄电池电流控制成可调制的周期性的正负交替脉冲电流来实现快速充电，其次利用超级电容器来吸收在蓄电池放电的时候回馈至直流母线的能量，防止直流母线电压泵升，最后在蓄电池充电时，通过调节超级电容器的输出电流来实现对于超级电容器存储能量的控制，以免超级电容器的电压超过装置耐受上限，其中对于超级电容器控制器的控制采用滑模控制方法，减少工作点变化对于系统性能的影响。从仿真结果中可以看到，本发明能够很好地控制蓄电池电流使其形成正负脉冲，并且满足直流母线电压的稳定以及对于超级电容器端电压的控制。
文档编号H02J7/00GK102664440SQ20121015464
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者刘方诚, 刘进军, 张斌, 张昊东 申请人:西安交通大学