[發明專利]一種多目標優化控制的鋰電池組充電方法

有效

• 申請號: 201710939521.7
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107834620B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 陳劍;歐陽權;鄭劍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種多目標優化控制的鋰電池組充電方法。以內阻等效模型作為單體電池模型，將串聯電池組的模型等效為n個單體電池模型的串聯，從而建立串聯電池組模型；設定充電目標，建立預設充電SOC、電池溫度和電池均衡三個子目標構成的目標函數并設定約束條件，求解得到問題在預計充電時間下各時刻的最優充電電流表，充電時實時檢測端電壓來調整預設充電電流。本發明提出的充電方法在實現用戶設定目標的同時，還可以降低電池之間的差異。

技術領域

本發明涉及了一種多目標優化控制的鋰電池組充電方法，尤其是涉及了一種多目標優化控制的鋰電池組充電方法。

背景技術

可充電鋰電池能量密度高、價格低廉，在混合動力汽車中已得到廣泛應用。目前，使用最為廣泛的充電技術為恒流恒壓充電。即對電池以恒定電流充電至截止電壓后，再在截止電壓下進行恒壓充電?？紤]到電池在大電流充電過程中可能會引起過熱現象，電池本身存在一定內阻，電池充電電壓可能會超過安全電壓，電池不均衡在電池系統中也很常見，不帶電池能量管理(BMS)的充電循環可能會使電池間的差異變大。

所以在實現快速充電的同時，還需要考慮安全保護和充電均衡的充電控制方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種多目標優化控制的鋰電池組充電方法。

如圖2所示，本發明的技術方案包括以下步驟：

針對串聯電池組進行多目標優化控制，確定最優充電電流表，根據最優充電電流表在線調節充電電流，具體過程為：

所述針對串聯電池組進行多目標優化控制過程為：

步驟1)以內阻等效模型作為單體電池模型，如圖1所示，U_OC表示電池的開路電壓，R表示電池的等效內阻，U表示電池的端電壓，將串聯電池組的模型等效為n個單體電池模型的串聯，從而建立串聯電池組模型，n表示電池組中單體電池的數量；

步驟2)設定充電目標，充電目標包括預計充電時間和預設充電SOC，并且建立預設充電SOC、電池溫度和電池均衡的三個子目標的目標函數，由三個子目標的目標函數構成最終目標函數，并設定約束條件；

本發明考慮在充電過程中的各單體電池溫度應適當控制，應該在充電過程中實現電池均衡，因此采用上述主要由預設充電SOC、電池溫度和電池均衡的三個子目標函數構成的最終目標函數。本發明所述的電池均衡是指串聯電池組中各個單體電池的SOC趨于一致。

所述確定最優充電電流表的過程為：

步驟3)：由步驟2)獲得的最終目標函數及其約束條件作為一個帶約束的非線性優化問題，運用梯度下降法求解，得到問題在預計充電時間下各時刻的最優充電電流表；

所述在線調節充電電流過程為：

步驟4)：在充電過程中，實時檢測串聯電池組中各單體電池的端電壓，如果端電壓超過最高電池開路電壓閾值，則將此單體電池在最優充電電流表中的預設充電電流調小5％，進而控制。

所述步驟2)中，最終目標函數表達式為：

其中，N表示充電周期數，SOC_s(N)表示用戶設定的SOC，SOC(N)表示在N時刻各單體電池實際的SOC列向量，I(k)表示各單體電池的充電電流列向量，SOC(k)表示在k時刻各單體電池的SOC列向量，表示在k時刻各單體電池的SOC平均值，T表示矩陣的轉置，λ₁、λ₂和λ₃分別表示預設充電SOC、電池溫度和電池均衡的權重系數；

充電過程滿足以下約束條件，包括：

(1)在k時刻電池組中串聯電池的SOC列向量SOC(k)滿足：