应用于混合动力电动汽车的复合电源及功率分配控制方法技术

本发明专利技术涉及混合动力电动汽车的功率控制技术领域，具体涉及一种应用于混合动力电动汽车的复合电源及功率分配控制方法，复合电源中蓄电池作为主电源，通过Boost变换器连接至直流母线；超级电容器作为辅助电源，通过Buck‑Boost变换器连接至直流母线。功率分配控制方法即对Boost变换器和Buck‑Boost变换器进行控制，功率分配控制方法能实现稳定直流母线电压、精确跟踪超级电容器电流参考值、控制系统实现全局渐近稳定3个控制目标。复合电源及功率分配控制方法中超级电容器对蓄电池进行功率补偿，避免了电池提供瞬时功率和峰值功率，复合电源的整体效率显著提高；超级电容器可以迅速高效地大电流充放电，最大限度地回收了再生制动能量，大大地节约了能源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合动力电动汽车的功率控制
，具体涉及一种应用于混合动力电动汽车的复合电源及功率分配控制方法。
技术介绍
蓄电池-超级电容器复合电源在混合动力电动汽车领域已获得广泛研究，但是复合电源结构以及两种电源之间的功率分配控制仍是当前重点和难点问题，成为制约复合电源技术推广应用的主要瓶颈。为了确保蓄电池、超级电容器和负载三者之间能量和功率的双向动态流动，通常会将蓄电池和超级电容器各自串联一个功率变换器后再并联，通过主动控制功率变换器，使得蓄电池和超级电容器及时出力，随时满足负载的能量和功率需求。复合电源功率分配控制策略即控制功率变换器，传统方法采用了线性控制技术对复合电源进行了控制，但是无论是功率变换器还是超级电容器都属于非线性器件，所以采用线性控制策略，系统稳定性有待提高。对于非线性控制，包括逻辑门限控制和模糊逻辑控制和滤波控制等等。逻辑门限控制和模糊逻辑控制都是基于规则的控制策略，只是模糊逻辑控制策略中的门限值被模糊化了，这两种控制策略的控制思想大致相同，规则集也基本类似，控制规则比较固定，不能及时在线调整。而对于滤波控制基本上都是以控制超级电容器的电压来对蓄电池和超级电容器进行功率分配，不能很好地适应工况的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种应用于混合动力电动汽车的复合电源及功率分配控制方法，其中，应用于混合动力电动汽车的复合电源中蓄电池作为主电源，通过Boost变换器连接至直流母线；超级电容器作为辅助电源，通过Buck-Boost变换器连接至直流母线；功率分配控制方法能充分发挥复合电源中蓄电池比能量大和超级电容器比功率大的优点，两种电源能优势互补，满足混合动力电动汽车对能量和功率的双重需求。为了实现本专利技术的目的，所采用的技术方案是：应用于混合动力电动汽车的复合电源，包括蓄电池和超级电容器，蓄电池作为主电源，蓄电池通过Boost变换器连接至直流母线，超级电容器作为辅助电源，超级电容器通过Buck-Boost变换器连接至直流母线，直流母线通过功率逆变器将直流电变换成交流电，从而驱动牵引电机，牵引电机带动混合动力电动汽车的车轮转动。作为本专利技术的优化方案，Boost变换器包括第一高频电感L1、输出滤波电容Cdc、二极管D1和第一全控型开关器件IGBTS1，第一高频电感L1的一端连接蓄电池的正极，第一高频电感L1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极与输出滤波电容Cdc的正极连接，输出滤波电容Cdc的负极与蓄电池的负极相连，第一全控型开关器件IGBTS1的集电极与第一高频电感L1的另一端连接，第一全控型开关器件IGBTS1的发射极与蓄电池的负极相连。作为本专利技术的优化方案，Buck-Boost变换器包括第二高频电感L2、第二全控型开关器件IGBTS2和第三全控型开关器件IGBTS3，第二高频电感L2的一端与超级电容器的正极连接，第二高频电感L2的另一端分别与第二全控型开关器件IGBTS2的集电极和第三全控型开关器件IGBTS3的发射极连接，第二全控型开关器件IGBTS2的发射极与超级电容器的负极连接，第三全控型开关器件IGBTS3的集电极与功率逆变器连接。为了实现本专利技术的目的，所采用的技术方案是：应用于混合动力电动汽车的复合电源的功率分配控制方法，用于对应用于混合动力电动汽车的复合电源进行功率分配控制，包括如下步骤：A、稳定直流母线的电压Vdc，使得直流母线的电压Vdc跟踪恒定的参考值Vdc-ref，Boost变换器输入信号的控制规则为：其中：μ1为第一全控型开关器件IGBTS1的门级驱动信号的平均值，蓄电池(1)等效为直流电压源vb，L1为第一高频电感L1的电感值，第一高频电感L1的等效串联电阻R1，x3为Vdc的平均值，c1＞0定义为设计参数，e3为直流母线电压Vdc的平均值x3与其设计值x3d之间的误差，x1为ibf的平均值，ibf为第一高频电感L1的输入电流，ibf-ref为第一高频电感L1的参考电流值，e1＝x1-ibf-ref；B、使得超级电容器(2)的电流实际值iuc时刻跟踪参考值iuc-ref，通过主动控制iuc时刻跟踪参考值iuc-ref，使得超级电容器及时对蓄电池进行功率补偿，Buck-Boost变换器输入信号μ23的控制规则为：其中：L2为第二高频电感L2的电感值，c2＞0定义为设计参数，e2＝x2-iuc-ref，x2为iuc的平均值，超级电容器两端的电压为vuc，R2为L2的等效串联电阻。作为本专利技术的优化方案，应用于混合动力电动汽车的复合电源的功率分配控制方法还包括步骤：控制应用于混合动力电动汽车的复合电源实现全局渐进稳定，使得直流母线电压Vdc的设计值x3d满足：其中，s为拉普拉斯算子，Cdc为输出滤波电容Cdc的电容值，c3＞0定义为设计参数，i0为应用于混合动力电动汽车的复合电源的负载电流。本专利技术具有积极的效果：1)本专利技术充分发挥蓄电池比能量大和超级电容器比功率大的优点，两种电源能优势互补，满足混合动力电动汽车对能量和功率的双重需求。同时，该控制方法既能实现较高的控制精度，还能保证系统具有较高的稳定性。2)本专利技术中的超级电容器对蓄电池进行功率补偿，避免了电池提供瞬时功率和峰值功率，复合电源的整体效率显著提高；超级电容器可以迅速高效地大电流充放电，最大限度地回收了再生制动能量，大大地节约了能源。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为应用于混合动力电动汽车的复合电源在混合动力电动汽车中的电路结构；图2为应用于混合动力电动汽车的复合电源的拓扑结构；图3为应用于混合动力电动汽车的复合电源的功率分配控制方法模型图；图4为输入信号u2和u3变换系统的框图。其中：1、蓄电池，2、超级电容器，3、功率逆变器，4、牵引电机。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。图1为应用于混合动力电动汽车的复合电源在混合动力电动汽车中的电路结构，包括蓄电池1和超级电容器2，蓄电池1作为主电源，蓄电池1通过Boost变换器连接至直流母线，超级电容器2作为辅助电源，超级电容器2通过Buck-Boost变换器连接至直流母线，直流母线通过功率逆变器3将直流电变换成交流电，从而驱动牵引电机4，牵引电机4带动混合动力电动汽车的车轮转动。其中，本申请中的复合电源是应用于混合动力电动汽车的复合电源的简称，功率分配控制方法是应用于混合动力电动汽车的复合电源的功率分配控制方法的简称。图2为应用于混合动力电动汽车的复合电源的拓扑结构，Boost变换器包括第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于混合动力电动汽车的复合电源，其特征在于：包括蓄电池(1)和超级电容器(2)，所述的蓄电池(1)作为主电源，所述的蓄电池(1)通过Boost变换器连接至直流母线，所述的超级电容器(2)作为辅助电源，所述的超级电容器(2)通过Buck‑Boost变换器连接至直流母线，直流母线通过功率逆变器(3)将直流电变换成交流电，从而驱动牵引电机(4)，牵引电机(4)带动混合动力电动汽车的车轮转动。

【技术特征摘要】
1.应用于混合动力电动汽车的复合电源，其特征在于：包括蓄电池(1)和超级电容器(2)，所述的蓄电池(1)作为主电源，所述的蓄电池(1)通过Boost变换器连接至直流母线，所述的超级电容器(2)作为辅助电源，所述的超级电容器(2)通过Buck-Boost变换器连接至直流母线，直流母线通过功率逆变器(3)将直流电变换成交流电，从而驱动牵引电机(4)，牵引电机(4)带动混合动力电动汽车的车轮转动。2.根据权利要求1所述的应用于混合动力电动汽车的复合电源，其特征在于：所述的Boost变换器包括第一高频电感L1、输出滤波电容Cdc、二极管D1和第一全控型开关器件IGBTS1，第一高频电感L1的一端连接蓄电池(1)的正极，第一高频电感L1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极与输出滤波电容Cdc的正极连接，输出滤波电容Cdc的负极与蓄电池(1)的负极相连，第一全控型开关器件IGBTS1的集电极与第一高频电感L1的另一端连接，第一全控型开关器件IGBTS1的发射极与蓄电池(1)的负极相连。3.根据权利要求2所述的应用于混合动力电动汽车的复合电源，其特征在于：所述的Buck-Boost变换器包括第二高频电感L2、第二全控型开关器件IGBTS2和第三全控型开关器件IGBTS3，第二高频电感L2的一端与超级电容器(2)的正极连接，第二高频电感L2的另一端分别与第二全控型开关器件IGBTS2的集电极和第三全控型开关器件IGBTS3的发射极连接，第二全控型开关器件IGBTS2的发射极与超级电容器(2)的负极连接，第三全控型开关器件IGBTS3的集电极与功率逆变器(3)连接。4.应用于混合动力电动汽车的复合电源的功率分配...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琪，罗印升，倪福银，杨益飞，张宏，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32