用于检测用于驱动车辆的电蓄能器系统的方法和装置制造方法及图纸

一种用于检测用于驱动车辆的电蓄能器系统的方法规定：蓄能器系统的负载电流借助控制回路尽可能无时间延迟地追踪根据预设的检测循环在时间上可变的参考电流，所设控制回路借助基于模型的控制器设计方法建立，其中，蓄能器系统的阻抗模型被包含在受控系统的模型中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测用于驱动车辆的电蓄能器系统的方法和装置
本专利技术涉及一种方法和一种装置，通过该方法和该装置在蓄电池检测器中在电流控制过程中，实际的负载电流尽可能精确地并且无时间延迟地追踪在时间上可变的参考电流。
技术介绍
在检测混合动力汽车或完全电力驱动的车辆时，检测牵引用蓄电池是特别重要的。为此，检测电流应当尽可能精确地且无时间延迟地追随具有高动态暂态的预设的检测循环。这可以通过相应的控制回路实现，该控制回路通过基于模型的控制器设计方法建立。为此，电流控制应当尽可能不受试验件影响。然而，由于试验件的反向电压基本上依赖于外加电流、即受控变量，这对控制回路的动态特性产生决定性的影响。为了避免该影响，存在多种可能性。一方面，可以通过尽可能大的输出阻抗实现具有电力电子装置的设计方案。然而由于为此需要更大的电感，这导致可达到的控制带宽的减小并且导致提高的原料成本及提高的场地需求。在前馈干扰控制中，试验件的测出的反向电压被视为干扰变量并且用于补偿干扰。然而，这以此为出发点：干扰变量独立于受控变量。但是由于有限的蓄电池阻抗，蓄电池的端电压实际上依赖于外加电流。因此，干扰变量的作为对外加电流变化的响应的特性不可以前瞻性地被补偿。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是以如下方式对如开头给出的方法和装置的改进：负载不再是未知的干扰，而是在控制时可以明确地被考虑。在现有的系统中存在这样的问题：电流控制的特性依赖于蓄电池阻抗(UUT)。不利的阻抗导致缓慢的控制特性和检测电流的强烈超调。此外，所述阻抗随着蓄电池的使用年限和充电状态变化并且依赖于工作点(负载电流)。因此，本专利技术的任务是提供一种改进的方法和改进的装置，通过该方法和该装置在蓄电池检测器中在电流控制过程中，实际的负载电流可以尽可能精确地且无时间延迟地追踪在时间上可变的参考电流追踪，以便执行希望的检测循环。为了解决该任务，按照本专利技术的方法的特征是，控制回路借助基于模型的控制器设计方法建立，其中，在该受控系统模型中集成蓄能器系统的阻抗模型。蓄电池的反向电压原则上构成对于电流控制的干扰。蓄电池阻抗模型使得可以大致预测作为对外加电流响应的干扰变量的变化。由此可以实现实际电流对参考电流变化的更快和更稳定的响应。按照本专利技术的有利方案规定，用于蓄电池阻抗的通用模型的参数通过至少一个短的激励序列和对所产生的电流值和电压值的测量进行识别。用于检测用于驱动车辆的电蓄能器系统的装置(其包括控制回路用于使得蓄能器系统的负载电流尽可能无时间延迟地根据预设的检测循环追踪在时间上可变的参考电流)用于解决所提出的任务，所述装置的特征是，在控制回路中实现基于模型的控制并且在其模型中集成蓄电池阻抗模型。本专利技术的有利的实施形式的特征是，集成依赖于蓄电池工作点的蓄电池阻抗模型。为此可选择地也可以集成依赖于蓄电池充电状态的蓄电池阻抗模型。作为另外的替换方案，按照本专利技术的装置的特征可以是，集成依赖于蓄电池使用年限的蓄电池阻抗模型。对于所述的全部方案，有利的实施形式的特征是，在控制回路中实现基于模型的预测性的控制。所述集成原则上通过任何一种基于模型的控制器设计方法都是可能的。此外，基于模型的预测性的控制(MPC)使得可以实现：在优化控制输入曲线时明确地考虑物理限制(例如用于在蓄电池模拟器中保护半导体开关的控制输入限制或电流限制)。优选蓄电池的阻抗模型表现为2阶或更高阶的传输函数。附图说明在下面的附图中更详细地解释本专利技术。在各附图中：图1示出蓄电池检测器的示意图；图2是在设计具有集成的负载模型的电流控制器时的处理方法的方框图；图3示出受控电路的方框图；图4示出包含有感应的负载模型的受控电路的方框图；图5示出电力电子装置的电路图；图6示出按本专利技术的系统对激励序列的系统响应，同时示出在不带有负载模型的临时控制器运行时预设的激励序列和由此得到电流和电压的测量值；图7示出相对于记录的系统响应具有未优化参数的系统响应的曲线图；图8示出相对于记录的系统响应具有优化参数的模拟系统响应；并且最终图9示出在集成或不集成负载模型的电流控制时对从40A到80A的指令变量阶跃的系统响应的比较。具体实施方式在图1中示例性描述的系统包括试验件(即牵引用蓄电池)和蓄电池检测器。所述蓄电池检测器又包括电力电子装置并且优选包括数字控制器。蓄电池的端电压此处以v2表示，需要外加的负载电流以i2表示并且参考电流用i2*表示。通过提供具有占空比d的脉冲宽度调制(PWM)信号激活电力电子装置。测出的变量组合成测量变量向量d。控制器优选设计为考虑到控制输入限制的模型预测控制器(MPC)。状态观察器处理测量数据及最终输出的控制输入并且由此预估控制器所需的状态向量。选择模型预测的控制器设计方法，因为因此基于受控系统的模型，设计是可自动化的并且因为因此可以考虑电力电子装置的固有的控制输入限制(所述占空比仅能在0≤d≤1的范围内变化)。借助蓄电池检测器模型，设计不具有负载模型的临时控制器。随后蓄电池检测器在试验件连接时利用临时控制器运行。使用合适的激励序列(例如伪随机的二进制序列(PRBS))作为参考信号i2*。在此实际的负载电流i2和端电压v2以控制器的扫描频率被记录。紧接着根据测量数据，识别出负载模型并且最终给蓄电池检测器模型扩展该负载模型。通过整个系统的扩展的模型，重新设计一个控制器，该控制器随后可以用于对试验件加载高动态检测序列。该过程在图2中概括性地示出。对于上面已提及的控制器设计而言，受控系统模型是必需的。在图3中以方框图的形式描述未考虑负载的受控系统。占空比d在此用作控制输入，负载电流i2是受控变量并且蓄电池的端电压v2被视为干扰变量。该干扰变量的将来的变化不是已知的，即控制器只有在干扰变量已经变化时才可以响应。如果存在蓄电池模型，则该模型可以集成到受控系统模型中。在图4中描述了所得的方框图。由此端电压不再被视为干扰变量而是被视为扩展系统的新的状态变量。因此在负载模型是充分精确的前提下至少可以预估端电压的将来的变化，所述端压力的将来的变化由外加的检测电流的变化引起。测量误差和在负载模型中的误差一如既往被视为干扰变量。因此，需要两个单独的模型：一个是负载模型而另一个是蓄电池检测器模型。使用的蓄电池检测器包括具有三个错开连接的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)半桥的受控的降压变换器。在图5中示出具有相关部件的输出级的简化电路图。系统的动态特性由无源输出滤波器确定。该无源输出滤波器包括三个存储扼流圈(storagechoke)L1a、L1b和L1c、滤波电容器C1和滤波扼流圈L2。如果全部的三个存储电感具有相同的电感L1a＝L1b＝L1c，则具有仅包括一个半桥和一个存储扼流圈L1＝1/3L1a＝1/3L1b＝1/3L1c的单相降压变换器的模型的输出级的动态特性可以被近似。对于单相输出滤波器现在可以建立时间连续的状态空间模型，具有状态向量所述占空比d和所述端电压v2是该模型的输入(作为控制输入或干扰变量)。变量i1、i2和v2作为测量变量供控制器使用。如果未测量电容器电压v1，则需要状态观察器，以便连续地重新建立当前状态向量。对于时间离散的数字控制器，蓄电池检测器的相应的时间离散模型是必需的。为此，脉冲宽度调制通过零阶保持(zero-orderhold,ZOH)近本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测用于驱动车辆的电蓄能器系统的方法，其中，所述蓄能器系统的负载电流借助控制回路尽可能无时间延迟地追踪根据预设的检测循环在时间上可变的参考电流，其特征在于，所述控制回路借助基于模型的控制器设计方法建立，其中，蓄能器系统阻抗的模型被集成到受控系统的模型中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.24 AT A50201/20121.用于检测用于驱动车辆的电蓄能器系统的方法，其中，电蓄能器系统的负载电流通过蓄电池检测器产生并且借助具有蓄电池检测器模型作为受控系统的控制回路尽可能精确地且无时间延迟地追踪根据预设的检测循环在时间上可变的参考电流，其特征在于，所述控制回路借助基于模型的控制器设计方法建立，其中，电蓄能器系统的模型作为负载被集成到受控系统的模型中，并且电蓄能器系统作为负载与蓄电池检测器连接，并且借助于没有负载模型的临时控制器通过蓄电池检测器在电蓄能器系统上施加激励序列，并且同时在电蓄能器系统上获取测量数据，由这些测量数据利用识别方法识别负载模型并且将该识别出的负载模型集成到蓄电池检测器模型中。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用于蓄电池阻抗的通用模型的参数通过至少一个短的激励序列和对所产生的电流值和电压值的测量进行识别。3.用于检测用于驱动车辆的电蓄能器系统的装置，其包括用于产生电蓄能器...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·柯尼希，S·亚库贝克，G·普罗克阿特，K·格施维特尔，
申请(专利权)人：AVL里斯脱有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT