锂电池安全充放电控制方法技术

本发明专利技术涉及一种锂电池安全充放电控制方法，首先建立锂电池的等效电路和锂电池充放电的动态数学模型，在此基础上，分别对锂电池充放电过程中等效极化电容的电压

【技术实现步骤摘要】
锂电池安全充放电控制方法


[0001]本专利技术属于锂电池领域，具体涉及一种锂电池安全充放电控制方法
。

技术介绍

[0002]随着电动车和能源互联网的发展，锂电池，特别是动力锂电池得到了大量的应用，对其性能的要求也越来越高
。
而锂电池的一项重要性能就是其充放电安全性
。
由于动力锂离子电池高昂的成本及内部结构的复杂性，长时间充放电或者充放电过程中的电压电流过高，都可能对锂电池造成永久损坏，不仅可能造成其使用寿命降低，还可能带来安全隐患，发生爆炸事故
。
因此，有必要对锂电池的充放电过程进行安全控制
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种锂电池安全充放电控制方法，该方法有利于实现锂电池充放电的安全控制
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种锂电池安全充放电控制方法，＝首先建立锂电池的等效电路和锂电池充放电的动态数学模型，在此基础上，分别对锂电池充放电过程中等效极化电容的电压
、
锂电池的终端电压和等效电压源的充放电电流进行控制
。
[0005]进一步地，锂电池的等效电路由等效的极化电阻
R
i
、
等效的极化电阻
R
d
、
等效的极化电容
C
d
和变化的电压源
V
OC
(z)
组成，电阻
R
d
与电容
C
d
并联后与电阻
R
i
、
电压源
V
OC
(z)
串联；按如下方法建立锂电池充放电的动态数学模型；
[0006]锂电池电荷描述为以下的方程：
[0007][0008]其中，是电容
C
d
两端电压
V
d
的导数，
V
t
是锂电池输出的终端电压，
I
L
是电压源
V
OC
(z)
的充放电电流，正向电流表示放电，反向电流表示充电；
z
表示电池电荷的储能状态，表达为：
[0009][0010]其中，
C
n
是放电过程的电容；
[0011]电压源
V
OC
(z)
是一个关联到电池电荷的储能状态的变量，进一步表达如下：
[0012]V
OC
(z)
＝
kz+
ω
(t),
ꢀꢀ
(3)
[0013]其中，
k
是常数，
ω
(t)
是未知的不确定信号；
[0014]通过对终端电压
V
t
进行求导，并考虑式
(1)
‑
(3)
的关系式，得到：
[0015][0016]将式
(4)
写成如下的状态空间表达式：
[0017][0018]其中，表示系统状态，表示控制输入，表示系统输出；表示未知不确定性，包括未建模的特征
、
建模误差和未知扰动；各参数具体如下：
[0019][0020]保证锂电池安全充放电的条件是
I
L
、V
t
和
V
d
不允许超过安全的设定值
。
[0021]进一步地，按如下方法控制锂电池充放电过程中的电压：
[0022]首先，构建充放电控制器如下：
[0023]U(t)
＝
Ky(t),
ꢀꢀ
(7)
[0024]其中，
K
是充放电控制器增益，使得
I
L
、V
t
和
V
d
不超过安全的设定值；将式
(7)
代入式
(5)
，得到闭环控制系统如下：
[0025][0026]未知的扰动
h(t)
是有界的，先假定如下：
[0027][0028]其中，是扰动的上界，表征为一个大于零的标量，
*
T
代表
*
的转置；
[0029]建立李雅普诺夫函数：
[0030]V(t)
＝
x
T
(t)E
T
PEx(t),
ꢀꢀ
(10)
[0031]其中，
P
是正定对称矩阵；建立以下的指标函数：
[0032][0033]其中，
a
是大于0小于1的标量
。
[0034]现在，结合公式
(8)
‑
(11)
，获得：
[0035][0036]根据式
(12)
，以下的不等式成立：
[0037][0038]则有：
[0039][0040]将式
(14)
的两边都乘以式
(14)
变换为：
[0041][0042]对式
(15)
两端进行积分，得到：
[0043][0044]由式
(16)
，得到：
[0045]V(T)<1.
ꢀꢀ
(17)
[0046]因此，得到：
[0047][0048]由于锂电池的回路系统为二阶系统，定义：
[0049][0050]其中，
P1和
P2都是正定对称矩阵
。
[0051]由式
(6)
和
(18)
和式
(19)
，得到：
[0052][0053]选取
P
值，使不等式
(13)
成立，通过求解不等式
(13)
获得控制器增益
K
，构造输出反馈控制器
(7)
使得电压
V
t
和
V
d
符合约束条件
(20)
，满足锂电池充放电过程中的安全电压上限
。
[0054]进一步地，按如下方法控制锂电池充放电过程中的电流：
[0055]为了限制过大的充放电电流，设定如下的约束：
[0056][0057]其中，是允许充放电电流的上界，表征为一个大于零的标量；求解一个恰当的控制器增益
K
使得式
(21)
成立；
[0058]变换式
(21)
如下：
[0059][0060]将式
(7)
代入式
(22)
后，得到：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂电池安全充放电控制方法，其特征在于，首先建立锂电池的等效电路和锂电池充放电的动态数学模型，在此基础上，分别对锂电池充放电过程中等效极化电容的电压
、
锂电池的终端电压和等效电压源的充放电电流进行控制
。2.
根据权利要求1所述的锂电池安全充放电控制方法，其特征在于，锂电池的等效电路由等效的极化电阻
R
i
、
等效的极化电阻
R
d
、
等效的极化电容
C
d
和变化的电压源
V
OC
(z)
组成，电阻
R
d
与电容
C
d
并联后与电阻
R
i
、
电压源
V
OC
(z)
串联；按如下方法建立锂电池充放电的动态数学模型；锂电池电荷描述为以下的方程：其中，是电容
C
d
两端电压
V
d
的导数，
V
t
是锂电池输出的终端电压，
I
L
是电压源
V
OC
(z)
的充放电电流，正向电流表示放电，反向电流表示充电；
z
表示电池电荷的储能状态，表达为：其中，
C
n
是放电过程的电容；电压源
V
OC
(z)
是一个关联到电池电荷的储能状态的变量，进一步表达如下：
V
OC
(z)
＝
kz+
ω
(t),
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
其中，
k
是常数，
ω
(t)
是未知的不确定信号；通过对终端电压
V
t
进行求导，并考虑式
(1)
‑
(3)
的关系式，得到：将式
(4)
写成如下的状态空间表达式：其中，表示系统状态，表示控制输入，表示系统输出；表示未知不确定性，包括未建模的特征
、
建模误差和未知扰动；各参数具体如下：保证锂电池安全充放电的条件是
I
L
、V
t
和
V
d
不允许超过安全的设定值
。3.
根据权利要求2所述的锂电池安全充放电控制方法，其特征在于，按如下方法控制锂电池充放电过程中的电压：首先，构建充放电控制器如下：
u(t)
＝
Ky(t),
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
其中，
K
是充放电控制器增益，使得
I
L
、V
t
和
V
d
不超过安全的设定值；将式
(7)
代入式
(5)
，

【专利技术属性】
技术研发人员：钟智雄，张祖昌，邵振华，关胤，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：