用于檢測用于驅動車輛的電蓄能器系統的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種用于檢測用于驅動車輛的電蓄能器系統的方法規定：蓄能器系統的負載電流借助控制回路盡可能無時間延遲地追蹤根據預設的檢測循環在時間上可變的參考電流，所設控制回路借助基于模型的控制器設計方法建立，其中，蓄能器系統的阻抗模型被包含在受控系統的模型中。
【專利說明】用于檢測用于驅動車輛的電蓄能器系統的方法和裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種方法和一種裝置，通過該方法和該裝置在蓄電池檢測器中在電流 控制過程中，實際的負載電流盡可能精確地并且無時間延遲地追蹤在時間上可變的參考電 流。
【背景技術】
[0002] 在檢測混合動力汽車或完全電力驅動的車輛時，檢測牽引用蓄電池是特別重要 的。為此，檢測電流應當盡可能精確地且無時間延遲地追隨具有高動態暫態的預設的檢測 循環。該可W通過相應的控制回路實現，該控制回路通過基于模型的控制器設計方法建立。
[0003] 為此，電流控制應當盡可能不受試驗件影響。然而，由于試驗件的反向電壓基本上 依賴于外加電流、即受控變量，該對控制回路的動態特性產生決定性的影響。為了避免該影 響，存在多種可能性。一方面，可W通過盡可能大的輸出阻抗實現具有電力電子裝置的設計 方案。然而由于為此需要更大的電感，該導致可達到的控制帶寬的減小并且導致提高的原 料成本及提高的場地需求。在前饋干擾控制中，試驗件的測出的反向電壓被視為干擾變量 并且用于補償干擾。然而，該W此為出發點；干擾變量獨立于受控變量。但是由于有限的蓄 電池阻抗，蓄電池的端電壓實際上依賴于外加電流。因此，干擾變量的作為對外加電流變化 的響應的特性不可W前瞻性地被補償。
【發明內容】
[0004] 因此，本發明的任務是W如下方式對如開頭給出的方法和裝置的改進：負載不再 是未知的干擾，而是在控制時可W明確地被考慮。
[0005] 在現有的系統中存在該樣的問題；電流控制的特性依賴于蓄電池阻抗扣UT)。不 利的阻抗導致緩慢的控制特性和檢測電流的強烈超調。此外，所述阻抗隨著蓄電池的使用 年限和充電狀態變化并且依賴于工作點（負載電流）。
[0006] 因此，本發明的任務是提供一種改進的方法和改進的裝置，通過該方法和該裝置 在蓄電池檢測器中在電流控制過程中，實際的負載電流可W盡可能精確地且無時間延遲地 追蹤在時間上可變的參考電流追蹤，W便執行希望的檢測循環。
[0007] 為了解決該任務，按照本發明的方法的特征是，控制回路借助基于模型的控制器 設計方法建立，其中，在該受控系統模型中集成蓄能器系統的阻抗模型。蓄電池的反向電壓 原則上構成對于電流控制的干擾。蓄電池阻抗模型使得可W大致預測作為對外加電流響應 的干擾變量的變化。由此可W實現實際電流對參考電流變化的更快和更穩定的響應。
[0008] 按照本發明的有利方案規定，用于蓄電池阻抗的通用模型的參數通過至少一個短 的激勵序列和對所產生的電流值和電壓值的測量進行識別。
[0009] 用于檢測用于驅動車輛的電蓄能器系統的裝置（其包括控制回路用于使得蓄能 器系統的負載電流盡可能無時間延遲地根據預設的檢測循環追蹤在時間上可變的參考電 流）用于解決所提出的任務，所述裝置的特征是，在控制回路中實現基于模型的控制并且 在其模型中集成蓄電池阻抗模型。
[0010] 本發明的有利的實施形式的特征是，集成依賴于蓄電池工作點的蓄電池阻抗模 型。
[0011] 為此可選擇地也可W集成依賴于蓄電池充電狀態的蓄電池阻抗模型。
[0012] 作為另外的替換方案，按照本發明的裝置的特征可W是，集成依賴于蓄電池使用 年限的蓄電池阻抗模型。
[0013] 對于所述的全部方案，有利的實施形式的特征是，在控制回路中實現基于模型的 預測性的控制。所述集成原則上通過任何一種基于模型的控制器設計方法都是可能的。此 夕F，基于模型的預測性的控制（MPC)使得可W實現；在優化控制輸入曲線時明確地考慮物 理限制（例如用于在蓄電池模擬器中保護半導體開關的控制輸入限制或電流限制）。
[0014] 優選蓄電池的阻抗模型表現為2階或更高階的傳輸函數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 在下面的附圖中更詳細地解釋本發明。在各附圖中：
[0016] 圖1示出蓄電池檢測器的示意圖；圖2是在設計具有集成的負載模型的電流控制 器時的處理方法的方框圖；圖3示出受控電路的方框圖；圖4示出包含有感應的負載模型 的受控電路的方框圖；圖5示出電力電子裝置的電路圖；圖6示出按本發明的系統對激勵 序列的系統響應，同時示出在不帶有負載模型的臨時控制器運行時預設的激勵序列和由此 得到電流和電壓的測量值；圖7示出相對于記錄的系統響應具有未優化參數的系統響應的 曲線圖；圖8示出相對于記錄的系統響應具有優化參數的模擬系統響應；并且最終圖9示 出在集成或不集成負載模型的電流控制時對從40A到80A的指令變量階躍的系統響應的比 較。
【具體實施方式】
[0017] 在圖1中示例性描述的系統包括試驗件（即牽引用蓄電池）和蓄電池檢測器。所 述蓄電池檢測器又包括電力電子裝置并且優選包括數字控制器。蓄電池的端電壓此處W V, 表示，需要外加的負載電流W i2表示并且參考電流用i/表示。通過提供具有占空比d的 脈沖寬度調制（PWM)信號激活電力電子裝置。測出的變量組合成測量變量向量d。控制器 優選設計為考慮到控制輸入限制的模型預測控制器（MPC)D狀態觀察器處理測量數據及最 終輸出的控制輸入并且由此預估控制器所需的狀態向量。
[0018] 選擇模型預測的控制器設計方法，因為因此基于受控系統的模型，設計是可自動 化的并且因為因此可W考慮電力電子裝置的固有的控制輸入限制（所述占空比僅能在 0《d《1的范圍內變化）。
[0019] 借助蓄電池檢測器模型，設計不具有負載模型的臨時控制器。隨后蓄電池檢測器 在試驗件連接時利用臨時控制器運行。使用合適的激勵序列（例如偽隨機的二進制序列 (PRB巧）作為參考信號i/。在此實際的負載電流i,和端電壓V, W控制器的掃描頻率被記 錄。緊接著根據測量數據，識別出負載模型并且最終給蓄電池檢測器模型擴展該負載模型。 通過整個系統的擴展的模型，重新設計一個控制器，該控制器隨后可W用于對試驗件加載 高動態檢測序列。該過程在圖2中概括性地示出。
[0020] 對于上面已提及的控制器設計而言，受控系統模型是必需的。在圖3中W方框圖 的形式描述未考慮負載的受控系統。占空比d在此用作控制輸入，負載電流i,是受控變量 并且蓄電池的端電壓V,被視為干擾變量。該干擾變量的將來的變化不是已知的，即控制器 只有在干擾變量已經變化時才可W響應。
[0021] 如果存在蓄電池模型，則該模型可W集成到受控系統模型中。在圖4中描述了所 得的方框圖。由此端電壓不再被視為干擾變量而是被視為擴展系統的新的狀態變量。因此 在負載模型是充分精確的前提下至少可W預估端電壓的將來的變化，所述端壓力的將來的 變化由外加的檢測電流的變化引起。測量誤差和在負載模型中的誤差一如既往被視為干擾 變量。因此，需要兩個單獨的模型；一個是負載模型而另一個是蓄電池檢測器模型。
[0022] 使用的蓄電池檢測器包括具有H個錯開連接的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)半橋 的受控的降壓變換器。在圖5中示出具有相關部件的輸出級的簡化電路圖。
[0023] 系統的動態特性由無源輸出濾波器確定。該無源輸出濾波器包括H個存儲扼流圈 (storage choke)Li。、Lib和Li。、濾波電容器Cl和濾波扼流圈LgD如果全部的H個存儲電感 具有相同的電感Lb = Lib = Li。，則具有僅包括一個半橋和一個存儲扼流圈Li = 1/化= l/3Lib = l/3Li。的單相降壓變換器的模型的輸出級的動態特性可W被近似。
[0024] 對于單相輸出濾波器現在可W建立時間連續的狀態空間模型，具有狀態向量 -IT Ac = fl V% <2 ， ?
【權利要求】
1. 用于檢測用于驅動車輛的電蓄能器系統的方法，其中，所述蓄能器系統的負載電流 借助控制回路盡可能無時間延遲地追蹤根據預設的檢測循環在時間上可變的參考電流，其 特征在于，所述控制回路借助基于模型的控制器設計方法建立，其中，蓄能器系統阻抗的模 型被集成到受控系統的模型中。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，用于蓄電池阻抗的通用模型的參數通過 至少一個短的激勵序列和對所產生的電流值和電壓值的測量進行識別。
3. 用于檢測用于驅動車輛的電蓄能器系統的裝置，其包括控制回路用于使得蓄能器系 統的負載電流盡可能無時間延遲地根據預設的檢測循環追蹤在時間上可變的參考電流，其 特征在于，在所述控制回路中實現基于模型的控制并且在其模型中集成蓄電池阻抗模型。
4. 按照權利要求3所述的裝置，其特征在于，集成依賴于蓄電池的工作點的蓄電池阻 抗模型。
5. 按照權利要求3所述的裝置，其特征在于，集成依賴于蓄電池充電狀態的蓄電池阻 抗模型。
6. 按照權利要求3所述的裝置，其特征在于，集成依賴于蓄電池使用年限的蓄電池阻 抗模型。
7. 按照權利要求3至6之一所述的裝置，其特征在于，在控制回路中實現基于模型的預 測控制。
8. 按照權利要求3至7之一所述的裝置，其特征在于，蓄電池阻抗模型表現為2階或更 高階的傳遞函數。
【文檔編號】G01R31/36GK104321659SQ201380026542
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月24日 優先權日:2012年5月24日
【發明者】O·柯尼希, S·亞庫貝克, G·普羅克阿特, K·格施維特爾 申請人:Avl里斯脫有限公司