基于固化充电电压曲线控制的锂电子电池优化充电技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂电子充电技术领域，尤其是一种基于固化充电电压曲线控制的锂电 子电池优化充电技术。
【背景技术】
[0002] 目前优化充电技术主要以约束充电电流形式为出发点，可归纳为模型仿真优化、 电流分段优化和CC-CV改进优化等3类。
[0003] (1)模型仿真优化。该类技术通常是借助电化学机理模型，设定优化目标、选取优 化算法，通过软件模拟给出仿真结果。模型仿真优化充电技术对电池机理模型的依赖性较 大，对优化的目标选取相对单一，实现多重目标共同优化比较困难，仿真结果不能完全反映 实际充电效果，工程化实现时需进行大量实验验证。
[0004] (2)电流分段优化。该类技术通常是按照递减趋势把整个充电过程分成若干段 (一般为4-5段），并对每段充电的电流给出预设值。分段电流的分段数目和初始电流取值 范围需要一定的专业知识作为先验条件，人为主观因素较大。此外，当电流分段数目较多 时，采用该类优化技术易导致计算资源或实验成本增加；而当电流分段数目较少时，电池往 往不能被完全充满。
[0005] (3)CC-CV改进优化。该类技术通常是在传统的先恒流后恒压（CC-CV)两段式充电 方法的基础上，对CC段、CV段和CC-CV过程进行改进。因为基本的两段式充电思想没有发 生根本性变化，并不能解决充电极化问题，同时存在过充电的隐患，所以对电池寿命会造成 一定的影响。
[0006] 此外，上述3类技术在不能够根据锂电池状态（荷电、寿命）变化实现充电过程 的优化调整。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是：提出一种基于固化充电电压曲线控制的锂电子电池 优化充电技术，利用仿真建模、参数辨识、动态优化等手段，寻求符合电池机理特性的最佳 充电电压曲线并固化；同时利用充电电压曲线，可实现对锂离子电池的充电控制，达到缩短 充电时间、提高充电效率、延长电池使用寿命的目标。
[0008] 本发明所采用的技术方案为：一种基于固化充电电压曲线控制的锂电子电池优化 充电技术，包括以下步骤：
[0009] 1)在分析锂离子电池充电机理的基础上，构建优化充电数学模型；以充电容量在 达到截止电压时最大化、充电电压始终小于截止电压安全电压、电池温升尽量小为约束条 件；
[0010] 2)采集新电池100% S0H在不同倍率下的恒流充电电压、时间数据，做为优化充电 数学模型的输入参数；
[0011] 3)利用遗传算法分别对模型中的电池特征变量和电流参数进行估计；
[0012] 4)利用得到的充电电流制式完成充电电压曲线仿真和实际充电数据采集；
[0013] 5)通过修正仿真和实际数据之间的误差，确定可用于控制充电过程的固定电压曲 线。
[0014] 本发明所述的步骤2)中采集新电池100% S0H在不同倍率下的恒流充电电压、时 间数据的方式为：分别采集〇. 2C、0. 5C、1C、2C恒流充电阶段的充电电压和时间数据，然后 利用曲线拟合方法得出〇. 2C、0. 5C、1C、2C分别对应的函数形式；其中，0. 2C得出的函数形 式去拟合0. 5C实际采集到的数据，0. 2C得出的函数形式去拟合1C实际采集到的数据， 0. 2C得出的函数形式去拟合2C实际采集到的数据，0. 5C得出的函数形式去拟合1C实际采 集到的数据，0. 5C得出的函数形式去拟合2C实际采集到的数据，1C得出的函数去形式拟合 2C实际采集到的数据。
[0015] 本发明所述的步骤3)中利用非线性最小二乘算法和遗传算法计算出锂电池欧姆 内阻、锂电池极化内阻以及锂电池时间参数的值。
[0016] 本发明的有益效果是：通过本技术获取的固定电压曲线不随电池寿命变化而发生 改变；利用固定电压曲线控制充电过程，可在一小时内完成锂离子电池的充电，并能有效延 缓电池寿命衰减；在充电功率输出一定的前提下，可保持较高的转换效率，并能有效避免电 池过压和热失控，具有很好的充电安全保障；该技术具备方法简单、硬件成本低、输出稳定 可控等特点；该发明成果可应用于电子信息设备和新能源汽车领域，能够加快电池管理系 统的实用化进程，进一步完善锂离子电池的健康充电手段，具有广泛的推广应用价值。
【附图说明】
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018] 图1是本发明确定任意型号锂电池最佳充电电压曲线技术方案的流程示意图；
[0019] 图2是本发明充电电流函数曲线图；
[0020] 图3是本发明最佳固化的充电电压曲线图；
[0021] 图4是本发明的硬件电路原理框图。
【具体实施方式】
[0022] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化 的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0023] -种基于固化充电电压曲线控制的锂离子电池优化充电技术，技术方案流程如图 1所示。首先，在分析锂离子电池充电机理的基础上，构建优化充电数学模型。该模型中，以 缩短充电时间为优化目标，以充电容量在达到截止电压时最大化、充电电压始终小于截止 电压（安全电压）、电池温升尽量小等为约束条件。其次，采集新电池（100% S0H)在不同 倍率下的恒流充电电压、时间数据，做为优化充电数学模型的输入参数；利用遗传算法分别 对模型中的电池特征变量和电流参数进行估计。最后，利用得到的充电电流制式完成充电 电压曲线仿真和实际充电数据采集。通过修正仿真和实际数据之间的误差，确定可用于控 制充电过程的固定电压曲线。
[0024] (1)建立优化充电数学模型
[0025] 充电电流函数的数学表达式如下：
[0026] i(t)=a,t?eb"t (1)
[0027] 其中，a、b为待确定的未知参数，t为充电时间参数，现在我们以充电时间t为优 化目标建立数学模型。
[0028] 目标函数如下：
[0029] tnin=tf-ts (2)
[0030] 其中，优化充电开始时间，t f为优化充电结束时间，t _为最短充电时间。注 明：tmin不超过一个小时。
[0031] 目标函数的充电状态（S0C)约束条件如下：
[0032]
[0033] 这个约束条件的意思就是七_时间里，锂电池充电状态（S0C)能达到98%以上。 其中，c u为锂电池可用容量，a、b为充电电流函数待确定的未知参数，t s为优化充电开始时 间，tf为优化充电结束时间。
[0034] 目标函数的充电截至电压约束条件如下：
[0037] (U'，t '）= aa ? e bb. * +cc ? t ' _dd ? t ' 2+ff ? t 3+gg (6)
[0038] 这个约