[发明专利]一种基于模糊控制理论的混合动力船舶电池组均衡管理方法

摘要

针对混合动力船舶并联电池组均衡效果不佳的问题，本发明采用模糊控制理论的思路，提出了一种基于模糊控制理论的混合动力船舶电池组均衡管理方法。基于模糊控制理论控制混合动力船舶并联电池组中的单个电池的充放电，对电池组进行均衡管理，较传统电池组均衡管理电路简单，不需要对整个电池组建立精确的数学模型，控制思路清晰，能有效提升动力电池组的均衡程度，提高混合动力船舶并联电池组整体性能，能适用于混合动力船舶并联电池组均衡管理。

主权项

1.一种基于模糊控制理论的混合动力船舶电池组均衡管理方法，所述的混合动力船舶电池组为串联式混合动力船舶两组动力源之一，电池组采用并联方式连接，另一组动力源为柴油发电机组，均衡管理方法主要应用于并联电池组放电过程与充电过程；其特征在于所述基于模糊控制理论的混合动力船舶电池组均衡管理方法包括以下步骤：步骤一、获取混合动力船舶的并联电池组的需求功率P_E；串联式混合动力船舶包括两种动力源，分别为柴油发电机组和动力电池组；混合动力船舶所需的推进动力由柴油发电机组和动力电池组提供，动力系统的运行模式主要可分三种：电池组单独供电模式、柴油发电机组单独供电模式和混合供电模式；电池组通过双向DC/DC变换器连接直流母线，向船舶单独供电；柴油发电机组通过AC/DC变换器连接直流母线，向船舶单独供电，多余能量通过双向DC/DC变换器给电池组充电；动力电池组与柴油发电机组同时供能；并联电池组的需求功率P_E由混合动力船舶能量管理器进行分配，P_E可以有正负之分，当P_E为负时，表示电池组在放电，当P_E为正时，表示电池组在充电；步骤二、电池参数识别，获取各单体电池SOC，并记录SOC最大值与最小值；使用一阶戴维宁等效电路模型对电池进行建模，电池端电压V_t由V_oc、内阻上的电压和RC对上的电压V_p相加得到，如式(1)所示：V_t＝V_oc+R_di_cell+V_p                         (1)V_p和SOC分别由微分方程式(2)和(3)表示：将电池系统写成状态空间形式，如式(4)所示：运用Simulink中User‑Define Function模块库中的S‑Function模块来对锂电池的状态空间模型进行求解，来满足仿真实验时要求刻更新电池参数的要求；步骤三、运用模糊控制策略对并联电池组进行均衡管理；采用在并联电池组的各条支路上串联一个控制开关，运用控制算法对并联在电池组上的控制开关来对电池组进行均衡管理；当某个单体电池的SOC与其他单体电池相比过高或者过低时，通过控制信号对控制开关进行控制，实现该条支路的关断，从而避免单体电池间的SOC产生过大的差值，降低单体电池经历大电流的风险，同时减少了并联电池间的循环电流，提高单体电池间的一致性；选择任意时刻单体电池的SOC值SOC_i(t)和单体电池间SOC的偏差E作为模糊控制的两个输入，其中偏差E如式(5)所示：对SOC_i(t)与E两个输入进行模糊化后得到偏差e与偏差变化率ec，运用e与ec两个变量进行近似推理，经过近似推理得到取值范围为[0,1]的输出变量u_c，它的取值代表了单体电池间不一致性的程度，且取值越大则不一致性就越小，取值越小则不一致性就越大；对输出变量u_c进行反模糊化后得到控制信号，用于控制并联电池组各单体电池上的控制开关。