一种基于递推模糊控制的电池功率模块分配方法

本发明属于退役动力电池梯级再利用领域，特别涉及一种基于递推模糊控制的退役动力电池模组功率模块间充放电功率分配方法。

背景技术：

目前，新能源汽车市场在蓬勃发展的同时也产生了大量的退役动力电池，而电池梯级利用技术可以实现退役电池的二次乃至多次重复利用，提高了资源利用率，研究意义重大。在退役动力电池梯级利用过程中，能量管理系统向电池模组中的各个功率模块发放功率指令，控制电池模组工作在充电状态或放电状态。由于退役动力电池存在电池新旧不一样、电池容量电压不一样等问题，对电池模组进行整体控制变得困难，因此需要提出电池模组内部各模块的功率分配策略。专利cn109193776提出了充电模式下按电池荷电状态soc由小到大选择对应的功率模块，放电模式下按电池荷电状态soc由大到小选择对应的功率模块。但此方法相对粗糙，仅考虑了soc对功率分配的影响。因此，本方法基于模糊控制理论，考虑电池荷电状态soc以及各个电池的容量和端电压对功率分配的影响，提出了一种基于递推模糊控制的退役动力电池模组功率模块间充放电功率分配方法。

技术实现要素：

本发明针对退役动力电池梯级利用中电池模组内各模块的充放电功率分配这一问题，提供了一种基于模糊控制的功率分配方法。

本发明采用的技术方案如下。

第一步，获取模糊控制的变量。

电池功率模块指令的主要影响因素包括总功率需求指令(pb)功率模块的荷电状态(socb)、电池容量(qb)和电池端电压(ub)分析如下：

由电池soc定义可知：

对其进行变形：

通常的，电池的容量和端电压决定了电池的静态参数，电池的soc导数决定了电池动态充放电的速度。

并联着的n个电池功率模块，对于其中第i个模块可以确定模糊控制的输入变量：总功率需求指令pde(n)、各个电池容量和端电压的乘积qiui所占比重λi和电池的荷电状态soci。

其中λi的计算方法为：

第二步，将变量通过隶属度函数模糊化。

模糊控制隶属函数的设定如下：

以第i个功率模块为例，在分析其隶属函数时，无需考虑输出变量——剩余功率需求指令pde(n-1)，仅需考虑其他的三个输入变量和一个输出变量。其中总功率需求指令pde(n)、和输出的模块功率子指令pide可分为七个等级(原因是功率有正有负)；电池容量和端电压的乘积qiui所占比重λi、和电池的soci可分为五个等级。

进一步的，可确定模糊变量的模糊子集可表示为：

pde(n)∈{nl,nm,ns,ze,ps,pm,pl}

λi∈{vs,s,m,l,vl}

soci∈{vs,s,m,l,vl}

pide∈{nl,nm,ns,ze,ps,pm,pl}

其中：nl＝negatevelarge；nm＝negativemiddle；ns＝negativesmall；ze＝zero；ps＝positivesmall；pm＝positivemiddle；pl＝positivelarge；vs＝verysmall；s＝small；m＝middle；l＝large；vl＝verylarge.

第三步，输入变量通过模糊规则判定，获得输出变量的隶属度。

模糊规则为：

功率总指令pde(n)为nl时模块功率子指令规则：

功率总指令pde(n)为nm时模块功率子指令规则

功率总指令pde(n)为ns时模块功率子指令规则

功率总指令pde(n)为ze时模块功率子指令规则

功率总指令pde(n)为ps时模块功率子指令规则

功率总指令pde(n)为pm时模块功率子指令规则

功率总指令pde(n)为pl时模块功率子指令规则

第四步，通过模糊判决输出电池功率模块的功率子指令pide和剩余功率需求指令pde(n-1)。

经过模糊规则得到的输出量是论域上的一个模糊集，而所需实际输出量为精确值，为此需要进行模糊判决。目前模糊判决主要采用三种方法：最大隶属度法、中位数法、加权平均法。由于最大隶属度法能够突出主要信息，而且计算简单，因此实践中用于控制性能要求不高的系统，但其相对粗糙，丢失了较多关键信息，所以想要实现精确的控制，常考虑采用加权平均法。

第五步，在剩余的n-1个电池功率模块中，对其中任意功率模块k进行功率子指令的模糊控制计算，直至计算至最后一个功率模块。

计算过程中，输入输出参数区间确定原则如下：

(1)对于功率总指令pde(n)，其不能超过储能系统所允许的充放电最大功率，即：

pdischmax≤pde(n)≤pchmax

系统最大充放电功率应有系统级别的能量管理来确定。

(2)对于任意的功率模块的功率子指令，其不能超越该功率模块的充放电最大功率：

pidischmax≤pide≤pichmax

各个功率模块的最大充放电功率需根据实际情况进行确定。

(3)对于λi，其区基准值为

(4)对于soci，若全是同一类型电池，则其充放电控制soc区间控制为(0.3～0.9)。

综上，本发明提出了一种基于递推模糊控制的退役动力电池模组功率模块间充放电功率分配方法。综合考虑电池荷电状态以及电池容量和端电压对功率分配的影响，基于模糊控制理论，将输入变量与输出控制量模糊化处理，得出了一种合理有效的退役动力电池模组功率模块间充放电功率分配方法。

附图说明

图1为本发明所述模糊控制原理下电池模块功率分配流程示意图；

图2为本发明所述模糊控制系统中四个变量的隶属度函数示意图；

图3为本发明所述模糊控制系统中模糊规则得三维示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案更加清楚，下面结合实例对本发明做进一步详细描述。

一种退役动力电池模组功率模块间充放电功率分配方法具体实施步骤如下：

第一步)获取模糊控制的变量。

功率总指令pde(n)＝1kw，功率模块个数n＝4。

功率模块1，q1＝20ah，ub1＝16v，soc1＝0.5，p1n＝320w，计算得，λ1＝320.

功率模块2，q2＝20ah，ub2＝16v，soc2＝0.7，p2n＝320w，计算得，λ2＝320.

功率模块3，q3＝40ah，ub3＝16v，soc3＝0.5，p3n＝640w，计算得，λ3＝640.

功率模块4，q4＝40ah，ub4＝20v，soc4＝0.7，p4n＝800w，计算得，λ4＝800.

第二步)将变量通过隶属度函数模糊化。

根据输入变量的客观规律及专家经验构造三个输入变量pde(n)、λ1、soc1，及一个输出变量p1de的隶属度函数，如图2所示。

第三步)输入变量通过模糊规则判定，获得输出变量的隶属度。

将三个输入变量的隶属度函数a(pde(n))、a(λ1)、a(soc1)输入模糊控制系统，经模糊规则得到输出变量的隶属度a(p1de)，模糊规则见发明内容，模糊规则的三维示意图见图3。

第四步)通过模糊判决输出电池功率模块的功率子指令p1de和剩余功率需求指令pde(n-1)。

采用最大隶属度法进行模糊判决，得p1de＝134.7w，pde(n-1)＝865.3w。

第五步)在剩余的n-1个电池功率模块中，对其中任意功率模块k进行功率子指令的模糊控制计算，直至计算至最后一个功率模块。得p2de＝192w，p3de＝316.4w，p4de＝357w。

以上所述仅为本发明的优选实施方案，本发明不限于以上实施案例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围内。