基于四相交错DC-DC电路的自适应PI调节方法、变换器与流程

本发明涉及电池化成分容，具体为基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法、变换器。

背景技术：

1、新能源行业目前受到越来越多的重视，在政策号召的响应下，新能源汽车迎来了顶峰发展，而锂电池作为新能源汽车的动力源，其重要性不言而喻。为了能提高新能源汽车的续航和动力能力，锂电池的质量就显得格外重要，所以化成电源设备的稳定性和高精度性成为关键。

2、且随着第3代宽禁带半导体器件和数字控制芯片的发展，化成电源朝着高开关频率、高效率(3h)和高功率密度的方向发展。为提高锂电池的工艺，提出了一种传统双闭环pi控制的方法，通过pi控制器对误差调控，双闭环pi控制器有着计算简单、稳定性好等特性，但是在面对系统发生负载突变和输出电压调节时，会出现实时响应慢、超调量大等缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法、变换器，能够有效提升dc-dc变换器的瞬时动态响应和鲁棒性，做到在线根据变换器不同时刻下的不同电压，电流需求自适应调节pi值来改变开关管频率以达到电压、电流需求大小。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，本方法包括以下步骤：

4、采集直流变换器电池端电压和四相电感电流，确定所述直流变换器的工作模式；

5、根据所述工作模式确定控制策略，所述控制策略包括双闭环pi控制策略、模糊电压pi外环与四相电感电流内环控制策略；

6、根据双闭环pi控制策略或模糊电压pi外环与四相电感电流内环控制策略输出占空比生成pwm波形，以控制直流变换器内开关管的通断。

7、在上述技术方案中，所述工作模式包括buck模式与boost模式；当处于boost模式，采用电流环均流控制策略；当处于buck模式，采用双闭环pi均流控制策略或模糊电压pi外环与四相电感电流内环控制策略。

8、在上述技术方案中，所述模糊电压pi外环与四相电感电流内环控制策略包括：

9、设置电压目标值与电池端电压的比较值，将所述比较值量化处理，输入值模糊控制器中；

10、将误差与误差变化率的模糊集合为模糊控制器的输入，选择模糊控制器的隶属函数；

11、确定模糊推理方法，设置比例系数与积分系数的模糊规则表，确定比例系数与积分系数的整定规则；

12、根据整定规则对比例系数与积分系数进行解模糊化处理，输出pi控制器的控制参数；

13、比较所述控制参数与采样得到的四相电流，得到输出误差，将所述输出误差经四相pi控制器调制，得到占空比。

14、在上述技术方案中，所述控制参数为：

15、

16、其中，δkp为比例系数；eu(k)为电池端电压与电压目标值的当前误差，δki为积分系数；eu(j)为从电池端电压与电压目标值的实时误差总和，t是采样周期；

17、比较所述控制参数ifn与采样到的四相电感电流iln，得到输出误差；所述输出误差为

18、ein(k)＝ifn(k)-iln n＝1,2,3,4

19、将误差ein(k)经四相pi控制器调制作为驱动信号的控制量，即占空比dn，有：

20、

21、kpn、kin代表第n相电流pi控制器的比例控制系数与积分控制系数；dn为经过第n相电流pi控制器计算所得的第n相占空比。

22、在上述技术方案中，所述双闭环pi均流控制策略包括：

23、比较采集到的电池端电压与设定的电压参考值，确定差值；

24、将所述差值经过电压环pi调制，作为电感电流内环pi的参考值；

25、比较采集到的四相电感电流与电感电流内环pi的参考值，得到输出误差，将所述输出误差经四相pi控制器调制，得到占空比。

26、在上述技术方案中，所述电流环均流控制策略包括：

27、比较采集到的四相电感电流与设定的电流参考值，确定输出误差；

28、将所述输出误差经四相pi控制器调制，得到占空比。

29、在上述技术方案中，将输出端电压vo与给定电压参考值vref1的差值定义为eu(k)，有

30、eu(k)＝uref1(k)-uo(k)

31、将输出误差eu(k)经过电压环pi调制后，作为电感电流内环pi的参考值：

32、

33、

34、其中，kp1是第一相电流pi控制器的比例控制系数；ki1是第一相电流pi控制器的积分控制系数；t是采样周期；ti是时间常数；

35、比较采集到的四相电感电流iln与电感电流内环pi的参考值iin_ref1(k)，得到的输出误差，将所述输出误差定义为ein(k)，则有

36、ein(k)＝iin_ref1(k)-iln n＝1,2,3,4

37、将输出误差ein(k)经四相pi调制后，作为驱动信号的控制量，即占空比dn，有

38、

39、kpn、kin代表第n相电流pi控制器的比例控制系数与积分控制系数；dn为经过第n相电流pi控制器计算所得的第n相占空比。

40、在上述技术方案中，根据双闭环pi控制策略或模糊pi双闭环控制策略输出占空比生成pwm波形，还包括：

41、获取四相独立的占空比，将第一相之后的每相占空比均往后移相位90°生成pwm波形，将上、下开关管的占空比进行反相操作；且反相操作时，存在占空比死区。

42、本申请还提供了一种四相交错buck/boost直流变换器，包括：主开关电源模块、辅助电源模块、功率模块、开关管驱动模块、采样模块、保护模块和串联锂电池组以及控制模块；所述控制模块执行如上任一所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

44、1、本申请提供的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法以及变换器，选择以模糊控制和pi控制相结合的方式代替传统pi控制，可以在原有的基础上，提高变换器对应电流电压的实时变换响应。且在buck工作模式下，模糊pi与传统pi实施双闭环控制，能够做到在输入电压在可控范围条件下调整输出电压大小、负载突变等状况下的在线pi自整定。

45、2、本申请提供的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法以及变换器，直流变换器选择四相交错并联的形式，提高变换器的功率等级，能有效减小电子元器件的损耗，电流纹波和电压纹波，能达到更高的精度要求。

技术特征：

1.基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，所述工作模式包括buck模式与boost模式；当处于boost模式，采用电流环均流控制策略；当处于buck模式，采用双闭环pi均流控制策略或模糊电压pi外环与四相电感电流内环控制策略。

3.根据权利要求2所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，所述模糊电压pi外环与四相电感电流内环控制策略包括：

4.根据权利要求3所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，所述控制参数为：

5.根据权利要求2所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，所述双闭环pi均流控制策略包括：

6.根据权利要求2所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，所述电流环均流控制策略包括：

7.根据权利要求5所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，将输出端电压vo与给定电压参考值vref1的差值定义为eu(k)，有

8.根据权利要求7所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法，其特征在于，根据双闭环pi控制策略或模糊pi双闭环控制策略输出占空比生成pwm波形，还包括：

9.一种变换器，其特征在于，包括：主开关电源模块、辅助电源模块、功率模块、开关管驱动模块、采样模块、保护模块和串联锂电池组以及控制模块；所述控制模块执行如权利要求1-8任一所述的基于四相交错dc-dc电路的自适应pi调节方法。

技术总结
本发明公开了基于四相交错DC‑DC电路的自适应PI调节方法、变换器，本方法包括以下步骤：采集直流变换器电池端电压和四相电感电流，确定所述直流变换器的工作模式；根据所述工作模式确定控制策略，所述控制策略包括双闭环PI控制策略、模糊电压PI外环与四相电感电流内环控制策略；根据双闭环PI控制策略或模糊电压PI外环与四相电感电流内环控制策略输出占空比生成PWM波形，以控制直流变换器内开关管的通断。本发明能够有效提升DC‑DC变换器的瞬时动态响应和鲁棒性，做到在线根据变换器不同时刻下的不同电压，电流需求自适应调节PI值来改变开关管频率以达到电压、电流需求大小。

技术研发人员：梁明,曾志永,张文生,刘木桂,蒙祖河
受保护的技术使用者：东莞光亚智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22