一种基于最小能耗的锂电池充电方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最小能耗的锂电池充电方法，该方法包括以下步骤：1)建立锂离子电池一阶RC等效电路模型；2)对待充电锂电池进行测试，利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数；3)根据步骤1)建立的锂离子电池一阶RC等效电路模型以及步骤2)得到的电池参数，建立电池的损耗模型；4)根据电池的损耗模型，在不增加充电时间的条件下，计算得到最优的充电电流曲线；5)根据最优的充电电流曲线对电池进行充电。本发明专利技术通过建立电池充电损耗模型，在满足最小损耗的条件下，得到最优的充电电流曲线，该充电方法能够在不增加充电时间的基础上，达到充电损耗最小化的目标，有效地减少充电能量损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最小能耗的锂电池充电方法
本专利技术涉及电池充电技术，尤其涉及一种基于最小能耗的锂电池充电方法。
技术介绍
石油资源的日益短缺以及汽车环境污染等因素，迫使人们开始重新考虑未来汽车的动力问题。而集多项高新技术于一体的电动汽车具有无排放污染、噪声低、维修及运行成本低等特点，正在引起世界汽车工业的一场革命，将取代燃油汽车成为未来汽车的主流。动力电池是电动汽车的主要动力来源，其在电动汽车中占据最核心的地位。整车的续驶里程、加速性能及制动能量回收率都与动力电池的性能有着密不可分的关系。动力电池的关键作用是使得电动汽车具有较强的爬坡能力、加速能力和续航能力。而在纯电动汽车中，动力电池是电动汽车的唯一动力来源，动力电池更多的使用是为了使电动汽车续驶里程更长，并以大电流放电为辅以供给电动汽车的启动、加速和爬坡，对电池长时间持续放电的能力要求更高，这就要求动力电池具有很高比能量。动力电池一般需要具备以下要求：能量密度高；功率密度高；循环寿命长；自放电少；安全性与可靠性髙；环保无污染。目前，常见的电动汽车中动力电池的主要性能对比可知，锂离子电池的优点有比能量高、比功率高、电压平台高、自放电率小以及使用寿命长等，因此，锂离子动力电池成为了电动汽车最优的动力来源。目前，充电时间相对较长是制约锂离子电池广泛应用的一个主要原因。然而，快速充电必然会导致大量的能量损耗。因此，如何在不增加充电时间的同时实现能量损耗最小化，成为目前研究的一个重点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于最小能耗的锂电池充电方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于最小能耗的锂电池充电方法，包括以下步骤：1)建立锂离子电池一阶RC等效电路模型；2)对待充电锂电池进行测试，利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数；所述电池参数包括：开路电压Em(SoC)、直流电阻R0(SoC)、极化电阻Rp(SoC)和极化电容Cp(SoC)；3)根据步骤1)建立的锂离子电池一阶RC等效电路模型以及步骤2)得到的电池参数，建立电池的损耗模型；4)根据电池的损耗模型，在不增加充电时间的条件下，计算得到最优的充电电流曲线；5)根据最优的充电电流曲线对电池进行充电。按上述方案，所述步骤1)中的锂离子电池一阶RC等效电路模型表示为：式中，Ubatt为端电压；Uocv为开路电压源；Up为极化电压；Cp为极化电容；Rp为极化电阻；R0为直流电阻；I为充电电流；在充电过程中，电池的锂离子电池荷电状态SoC表示为：式中，SoC0为充电开始之前电池的初始荷电状态；Cb为电池的标称容量。按上述方案，所述步骤2)中利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数，具体如下：对电池进行OCV测试以及HPPC测试得到不同SoC下的电池开路电压Em、直流电阻R0、极化电阻Rp和极化电容Cp；其中，OCV测试是在电池断路时，以5％SoC为间隔，得到不同SoC下的电池开路电压Em；HPPC测试是每隔5％SoC，进行一次脉冲功率测试，得到不同SoC下的直流电阻R0、极化电阻Rp和极化电容Cp。按上述方案，所述步骤2)中，利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数，具体过程如下：2.1)辨识电池参数，在辨识开始之前，根据测试数据每隔5％SoC给定一个R0(SoC)，Cp(SoC)，Rp(SoC)以及Em(SoC)，得到一组与SoC有关的电池参数，其他SoC状态的电池参数通过插值得到；2.2)电池参数带入一阶RC等效电路模型计算得到模型输出电压；2.3)计算采样时实测电压与模型输出电压的误差，若误差大于设定值，经过遗传算法得到新的电池参数，重复上述步骤，直至误差小于设定值，得到辨识完成的电池参数。按上述方案，所述步骤3)中，建立电池的损耗模型，具体如下：R0和Rp随着SoC变化而变化，在充电过程中总的充电损耗为：其中，I1为流经Rp的电流，tch为充电时间，R0(SoC)为该SoC状态对应的直流电阻，Rp(SoC)为该SoC状态对应的极化电容；假设在每一个时间间隔△t内，电流I和I1都恒定不变，得到第k+1个时间间隔的损耗模型：按上述方案，所述步骤4)中根据电池的损耗模型，在不增加充电时间的条件下，计算得到最优的充电电流曲线，具体如下：根据电池参数精度和电池充放电循环区间将锂离子电池的整个充电过程分为若干段，并采取分段恒流充电方法，在保证整个充电时间不延长和充入电量不减少的条件下，以各阶段损耗模型最小值为目标，调整每一个阶段的电流值，达到优化能耗的目标。按上述方案，所述步骤4)中电池参数精度为0.05SoC,且电池充放电循环区间为0.2SoC～0.8SoC)，将充电过程分为12个阶段；以各阶段损耗模型最小值为目标，采用遗传算法求解得到充电过程中各阶段的电流。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过电池充电损耗模型，利用遗传算法，在满足最小损耗的条件下，计算得到最优的充电电流曲线，该充电方法能够在不增加充电时间的基础上，达到充电损耗最小化的目标，本专利技术的充电方式能够有效地减少充电能量损耗。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的方法流程图；图2是本专利技术实施例的采用的一阶RC锂离子电池等效电路图；图3是本专利技术实施例的电池参数辨识过程框图；图4是本专利技术实施例的最优电流计算的遗传算法流程图；图5是本专利技术实施例的不同充电时间下的最优电流与电阻关系图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种基于最小能耗的一种锂电池充电方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1，对于动力电池，要分析充电过程，需要建立正确的锂离子电池模型，该模型必须能够反应出电池充电过程中的静态和动态变化，也就是锂离子电池的充电特性和极化特性，因此，本专利技术采用一阶RC等效电路模型，如图2所示。数学模型可以表示为：式中：Ubatt为端电压；Uocv为开路电压源；Up为极化电压；Cp为极化电容；Rp为极化电阻；R0为直流电阻；I为充电电流。在充电过程中，电池的SoC(锂离子电池荷电状态)可以表示为：式中：SoC0为充电开始之前电池的初始荷电状态；Cb为电池的标称容量。步骤2，OCV测试可以表示出锂离子电池电量和端电压的关系；HPPC测试可以表示出电池充电过程的动态变化；由这两个测试的实验数据可以利用MATLAB工具箱辨识得到电池参数。步骤2中OCV测试是在电池断路时，以5％SoC为间隔，得到不同SoC下的电池静态电压。HPPC测试是每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最小能耗的锂电池充电方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)建立锂电池一阶RC等效电路模型；/n2)对待充电锂电池进行测试，利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数；所述电池参数包括：开路电压E

【技术特征摘要】
1.一种基于最小能耗的锂电池充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立锂电池一阶RC等效电路模型；
2)对待充电锂电池进行测试，利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数；所述电池参数包括：开路电压Em(SoC)、直流电阻R0(SoC)、极化电阻Rp(SoC)和极化电容Cp(SoC)；
利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数；
3)根据步骤1)建立的锂电池一阶RC等效电路模型以及步骤2)得到的电池参数，建立电池的损耗模型；
4)根据电池的损耗模型，在不增加充电时间的条件下，计算得到最优的充电电流曲线；
5)根据最优的充电电流曲线对电池进行充电。


2.根据权利要求1所述的基于最小能耗的锂电池充电方法，其特征在于，所述步骤1)中的锂电池一阶RC等效电路模型表示为：



式中，Ubatt为端电压；Uocv为开路电压；Up为极化电压；Cp为极化电容；Rp为极化电阻；R0为直流电阻；I为充电电流；
在充电过程中，电池的锂离子电池荷电状态SoC表示为：



式中，SoC0为充电开始之前电池的初始荷电状态；Cb为电池的标称容量。


3.根据权利要求1所述的基于最小能耗的锂电池充电方法，其特征在于，所述步骤2)中对待充电锂电池进行测试得到测试数据，具体如下：
对电池进行OCV测试以及HPPC测试得到不同SoC下的电池静态电压、开路电压及直流内阻；其中，OCV测试是在电池断路时，以5％SoC为间隔，得到不同SoC下的电池静态电压；HPPC测试是每隔5％SoC，进行一次脉冲功率测试，得到不同SoC下的开路电压及直流内阻。


4.根据权利要求1或3所述的基于最小能耗的锂电池充电方法，其特征在于，所述步骤2)中，利用测试数据和遗传算法工具箱辨识得到电池参数，具体如下：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：专祥涛，黄柯，姜涵，陈武，
申请(专利权)人：武汉大学深圳研究院，广东长柏电器实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44