Robust adaptive control of current in test equipment for lithium ion battery systems

Abstract

This thesis project have the purpose of investigating possibilities for a current control with respect to cell voltages in the testing procedures of large battery systems. The main goal is to design and implement a control that is not in need of considerable tuning, but still has stability and performance during all different conditions of testing. The dynamics of the battery system is largely dependant on the temperature, but other factors such as age also affect the behaviour, and most importantly the dynamics changes for different battery systems. Current control in a battery cell is relatively easy and with classic control theory methods one can achieve robustness with regards to stability, and this is largely used as a foundation for evaluating possibilities. To achieve good performance an adaptive control method is selected, where the changing gain of the system is one of the most important properties to determine. More specifically, a parameter based recursive least squares method is applied. Some special consideration is taken within designing the control to work in the digital networked system that constitutes the test rig with battery system, actuator and control. Generally, the significant properties of the cells in the battery system can be determined by the adaptation, and the performance is good considering the responsiveness of the subsystems surrounding the control. However, there are parts that may still be improved within the control by considering compensation for imperfections in the network and the treatment of data in closed systems.Detta examensarbete har som syfte att undersöka möjligheterna till reglering av ström efter börvärde på cellspänningar i testning av stora batterisystem som är ämnade att användas i tunga hybridfordon. Det huvudsakliga målet är att utveckla och implementera en regulator som inte är i behov av större parametersättning men fortfarande behåller robusthet och prestanda vid olika typer av testning. En av de största faktorerna utöver byte av batterisystem är de förändringar som sker i celler vid olika temperaturer. Reglering av ström i battericeller är relativt enkelt och klassiska metoder för regulatordesign kan uppnå robusthet med avseende på stabilitet, och detta används till stor del för utvärdering av möjligheter till prestandaförbättring. För att uppnå snabb reglering används adaptiv reglerteknik där den varierande förstärkningen i systemet är viktigast at ta hänsyn till. Specifikt så används en parameterbaserad rekursiv metod där cellernas egenskaper bestäms under användning. Dessutom appliceras vissa kompensationer i form av tillståndsmaskiner för att få önskade egenskaper i det sammansatta systemet. De viktiga egenskaperna i cellerna bestäms med relativt hög precition utav de adaptiva algoritmerna och prestandaförbättringen mot tidigare använd reglering är stor. Dock är den slutgiltiga regulatordesignen inte optimal och vissa förbättringar kan fortfarande göras med avseende på kompensation for brister i mätenheter och behandling av data inom de inbyggda systemen