一种基于自抗扰技术的RSOC/锂电池混动系统热-电-气控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自抗扰技术的RSOC/锂电池混动系统热

【技术实现步骤摘要】
一种基于自抗扰技术的RSOC/锂电池混动系统热
‑
电
‑
气控制方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物电池
，具体涉及一种基于可逆固体氧化物电池与锂电池混合发电系统的自抗扰控制。

技术介绍

[0002]当今世界对能源、化石燃料资源需求不断增长，传统的能源体系引发了碳排放、温室效应等环境问题，因此开发新型能源系统的需求十分迫切。
[0003]锂电池是一种充电电池，使用锂离子作为正极活性材料。它们通常由一个或多个电池组成，每个电池都有一个或多个电池单元，每个电池单元都由一个电极、一个正极和一个电解质组成。锂电池具有以下优点：1.高能量密度：锂电池具有高能量密度，因此它们可以在相对较小的空间内存储更多的能量。2.长寿命：相对于其他充电电池，锂电池的使用寿命更长。3.快速充电：锂电池可以在较短的时间内充满。4.低自放电率：锂电池的自放电率很低，因此即使不使用它们，它们的电荷也可以长时间保持。5.轻量级：锂电池比其他充电电池更轻，因此它们非常适合移动设备、电动汽车等领域。锂电池也存在一些缺点，1.安全问题：锂电池在不当使用或充电条件下可能会发生过热、爆炸等安全事故。2.寿命问题：锂电池的寿命通常在3
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5年左右，且容量会随着充放电次数增加而逐渐降低。3.成本问题：与其它类型的电池相比，锂电池的成本较高，但随着技术的进步，成本正在逐渐降低。4.依赖性问题：锂电池对充电部件的电压、电流等参数要求较高，如果使用不当，可能会影响电池的性能和寿命。
[0004]可逆固体氧化物电池(RSOC)与锂电池组成的RSOC/锂电池混动系统可以成为传统发电系统的替代物。RSOC作为清洁能源形式，其发电/产氢形式能够有效地加快实现碳中和，同时锂电池在混动系统中可以弥补RSOC电池跟踪特性差的缺点。与其他新能源系统相比，RSOC/锂电池混动系统具有如下优势，发电/储能一体化、系统效率高、适用于孤岛发电与储能、可减少二氧化碳(CO2)的排放。
[0005]在RSOC/锂电池混动系统中，锂电池主要担负给其外部负载供电的作用，而SOFC模式主要负责为锂电池充电，以补充其耗费的能量；SOEC模式主要用于消耗锂电池的电能，为电解水制氢提供能源动力。
[0006]在系统集成后，热电特性的管理问题显得尤为关键，主要原因是其外部负载的需求不断改变，从而导致了锂电池的不断变载，放电具有不规律性。SOFC子系统的电力补给和SOEC电解制氢往往还存在一些热电气振荡问题，现有的解决方法多以预测为主。但预测控制对模型精度要求较高，若模型不够精准，就会造成难以预料的后果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种基于自抗扰技术的RSOC/锂电池混动系统热
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电
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气控制方法，以解决现有技术中混动系统的热电气稳定性差、制氢稳定性
差的技术问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：
[0009]RSOC/锂电池混动系统是由氢气、空气、外部负载、储氢罐、锂电池等部件构成的，发电制氢过程如下：
[0010]1)锂电池放电：RSOC模块处于SOEC模式，往RSOC模块中通入H2O，锂电池开始供电给RSOC模块，此时在水的作用下，系统开始电解水产氢，存储在储氢罐中。但是锂电池放电功率会随着系统内扰动的波动而变化，进而导致RSOC模块电解水产氢速率不稳定，因此需要引入一个自抗扰控制器来消除扰动，使得系统稳定制氢。
[0011]2)锂电池充电：当锂电池经历长时间放电后，其剩余电量不足时，RSOC模块的SOFC模式开始工作，储氢罐开始供氢，使得RSOC模块开始发电给锂电池，使得锂电池的电量得到提升。但是RSOC模块中燃料气的流速、空气流速、RSOC模块的放电电压不稳定，会导致锂电池充电功率不稳定，对锂电池产生损害，因此需要引入一个自抗扰控制器来消除扰动，使得锂电池模块稳定充电。
[0012]本专利技术提供了一种基于RSOC/锂电池的混动系统的自抗扰控制方法，包括如下步骤：
[0013]步骤1，构建简化的RSOC/锂电池混动系统模型，给定RSOC模块燃料气流速空气流速RSOC模块放电电压V1，锂电池剩余电量Li
SOC
，即给定值RSOC模块实际燃料气流速空气流速RSOC模块放电电压V
10
、锂电池剩余电量Li
SOC0
，即实际值
[0014]步骤2，设计跟踪微分器TD得到对给定燃料气流速、空气流速、RSOC模块放电电压、锂电池剩余电量(即给定值Li
SOC
]T
)的跟踪值v1、以及v1的微分值v2；
[0015]步骤3，设计双曲正切函数扩张状态观测器对RSOC模块的实际值v0(燃料气流速空气流速放电电压V
10
、锂电池剩余电量Li
SOC
)，以及v0的微分值v3，和系统的总扰动进行观测，双曲正切函数扩张状态观测器的输出为RSOC模块的实际值v0(燃料气流速、空气流速、放电电压、锂电池剩余电量)的估计值z1，实际RSOC模块微分值v3的估计值z2和混动系统总扰动的估计值z3；
[0016]步骤4，根据步骤2和步骤3得到的系统锂电池模块给定值v(燃料气流速、空气流速、RSOC模块放电电压、锂电池剩余电量)的跟踪值v1、v1的微分值v2、RSOC模块实际值v0(燃料气流速、空气流速、RSOC模块放电电压、锂电池剩余电量)的估计值z1、和微分值v3的估计值z2；然后跟踪值v1、微分值v2分别与估计值z1、z2相减，产生误差量e1，e2,将这两个变量e1、e2，经过非线性状态误差反馈控制律产生初步控制量u0，扩张状态观测器输出的系统总扰动的估计值z3经过增益1/b再与u0求和得到控制量u，控制量u作用于控制对象即锂电池模块，达到减小调节负载功率的目的，进而控制温度。
[0017]进一步，步骤2中，设计微分跟踪微分器TD得到RSOC模块给定值的跟踪值v1、以及v1的微分值v2如下：
[0018][0019]式中fhan为最速综合函数，将其表示为k为时间步长；r为快速因子；h为采样周期；h0为滤波因子。
[0020]进一步，步骤3中，设计双曲正切扩张状态观测器对RSOC模块的实际值v0(燃料气流速空气流速放电电压V
10
、锂电池剩余电量Li
SOC0
)，以及v0的微分值，和系统的总扰动进行观测，其设计如下：
[0021][0022]式中e为[e1,e2]T
，其中e1，e2为混动系统给定值为混动系统给定值的跟踪值v1、v1的微分值v2与RSOC模块实际值与RSOC模块实际值的估计值z1、和微分值v3的估计值z2之差，y为系统的输出值负载功率，分别为z1,z2,z3的微分值，μ1，μ2，μ3为可调增益参数；α1，α2为设计参数；δ为非线性区间宽度；fal(e,α,δ)为非线性饱和函数，表示为:<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自抗扰技术的RSOC/锂电池混动系统热
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电
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气控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，构建简化的RSOC/锂电池混动系统模型，给定RSOC模块燃料气流速空气流速RSOC模块放电电压V1，锂电池剩余电量Li
SOC
，即给定值RSOC模块实际燃料气流速实际空气流速RSOC模块实际放电电压V
10
、实际锂电池剩余电量Li
SOC0
，即实际值步骤2，设计跟踪微分器TD得到对给定值Li
SOC
]
T
的跟踪值v1、以及v1的微分值v2；步骤3，设计双曲正切函数扩张状态观测器对RSOC模块的实际值v0，以及v0的微分值v3，和系统的总扰动进行观测，双曲正切函数扩张状态观测器的输出为RSOC模块的实际值v0的估计值z1，实际RSOC模块微分值v3的估计值z2和混动系统总扰动的估计值z3；步骤4，根据步骤2和步骤3得到的系统锂电池模块给定值v的跟踪值v1、v1的微分值v2、RSOC模块实际值v0的估计值z1、和微分值v3的估计值z2；然后跟踪值v1、微分值v2分别与估计值z1、z2相减，产生误差量e1，e2,将这两个变量e1、e2，经过非线性状态误差反馈控制律产生初步控制量u0，扩张状态观测器输出的系统总扰动的估计值z3经过增益1/b再与u0求和得到控制量u，控制量u作用于控制对象即锂电池模块，达到减小调节负载功率的目的，进而控制温度。2.根据权利要求1所述的基于自抗扰技术的RSOC/锂电池混动系统热
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电
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气控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴肖龙，李豫，蔡仕云，严伟健，龙正阳，钟运盛，胡凌燕，胡建功，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：