[發(fā)明專利]一種考慮電池極化程度的鋰離子電池快速充電方法

有效

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• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113410530B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設計）人: 夏必忠;葉波;曹健文;陳廣浩;顏曉明
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: H01M10/44
• 分類號: H01M10/44;H02J7/00
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 徐羅艷

1.一種考慮電池極化程度的鋰離子電池快速充電方法，其特征在于，包括：

基于電池的n階RC等效電路模型，定義極化程度的時間連續(xù)表達式，所述極化程度的時間連續(xù)表達式表征了極化程度隨充電電流的變化而變化；

在充電過程中，采集電池的實時外特性參數；所述實時外特性參數包括實時的充電電流和端電壓；

將所述充電過程分為兩個階段進行控制：在第一階段，根據所述實時外特性參數計算電池的實時極化程度，并基于所述實時極化程度與預設的目標極化程度之間的偏差，實時調整電池的充電電流，以調整極化程度，使極化程度逼近所述目標極化程度；當第一階段充電達到截止電壓后進入第二階段，轉換為恒壓充電直至電池滿充；

極化程度的時間連續(xù)表達式的定義過程包括：

首先，將電池的極化程度定義為在相同的荷電狀態(tài)水平下，電池的實時極化電壓與標定的基準極化電壓的比值，即：

可見，極化程度是關于荷電狀態(tài)SOC的函數；

其次，電池的n階RC等效電路模型的極化電壓時間連續(xù)表達式為：

其中，u_p(t)為t時刻的極化電壓，n階RC等效電路模型中第k組RC環(huán)節(jié)的時間常數τ_k＝R_pkC_pk，R_pk表示第k組RC環(huán)節(jié)中表征濃差極化與電化學極化的極化電阻，C_pk表示第k組RC環(huán)節(jié)中表征濃差極化與電化學極化的極化電容，u_pk(0)表示第k組RC環(huán)節(jié)的初始極化電壓，i(t)表示t時刻的充電電流；

假設當電池充電至t時刻時，已有k組RC環(huán)節(jié)達到飽和狀態(tài)，存在：

t＞aτ_k＞aτ_k-1＞…＞aτ₁

其中，a的取值范圍3～5，表示經過3～5個τ之后，充電過程基本結束，τ表示一組RC環(huán)節(jié)的時間常數；

則此時的極化電壓為：

其中，u_p(0)表示電池的初始極化電壓，m表示已飽和的RC環(huán)節(jié)的編號，x表示未飽和的RC環(huán)節(jié)的編號，R_pm表示已飽和的RC環(huán)節(jié)的極化電阻值，R_px表示尚未飽和的RC環(huán)節(jié)的極化電阻值，τ_x表示尚未飽和的RC環(huán)節(jié)的時間常數；

對極化電阻系數項進行線性簡化，令：

最后，得到所述極化程度的時間連續(xù)表達式：

其中，DOP(t)表示電池充電過程中t時刻的極化程度，u_ps(SOC)為標定的基準極化電壓曲線，在恒定溫度環(huán)境下，基于電池的一階RC等效電路模型在固定倍率的恒流-恒壓充電方式下得到標定的基準極化電壓曲線；

根據所述實時外特性參數計算電池的實時極化程度，包括：

根據實時的充電電流i(t)和端電壓u(t)，以及電池的開路電壓u_oc(t)，計算實時極化電壓，求得的實時極化電壓與標定的基準極化電壓的比值即為實時極化程度，用公式表示為：

其中，i(t)表示t時刻采集的實時充電電流；u(t)表示t時刻采集的實時端電壓；u_ps(t)表示在t時刻的荷電狀態(tài)下所對應的基準極化電壓，通過事先標定的基準極化電壓曲線獲得；R₀表示串聯(lián)在干路中的歐姆極化電阻；通過事先標定的開路電壓-荷電狀態(tài)曲線，可以獲知在某種荷電狀態(tài)下的開路電壓。

2.如權利要求1所述的考慮電池極化程度的鋰離子電池快速充電方法，其特征在于，所述電池的n階RC等效電路模型包括：開路電壓源，串聯(lián)在干路中的歐姆極化電阻R₀，以及串聯(lián)在干路中的n階RC環(huán)節(jié)；

其中，電阻R₀表征歐姆極化，與所述開路電壓源串聯(lián)而接入電壓；所述n階RC環(huán)節(jié)由表征濃差極化與電化學極化的極化電阻R_p,i和表征濃差極化與電化學極化的極化電容C_p,i并聯(lián)形成，電阻R_p,i與電容C_p,i并聯(lián)后與所述開路電壓源串聯(lián)而接入電壓；其中i為正整數且i∈[1,n]。