基于反馈的电池快速充电控制方法及装置与流程

本技术涉及电池充电控制，尤其涉及一种基于反馈的电池快速充电控制方法及装置。

背景技术：

1、目前，可充电电池，比如锂电池等，已经广泛应用于各个领域中。快速充电技术是电池应用的一项重要技术，它显著提升了电池充电效率，节省了充电时间。

2、然而，相关技术中的电池快速充电方案存在以下两个问题：第一，在实际应用中，电池的健康状况随着使用时间的增长不断退化，而相关技术中的充电算法是固定的，无法适用于不同老化状态下的电池，影响了充电效率和电池的安全。第二，由于快速充电会产生高水平的热应力和机械应力，这不仅会导致电池老化，还会显著增加导致热失控的内部故障发生的概率，这些内部故障可能导致较为严重的事故。而相关技术中的快速充电方案缺乏检测这些故障的功能，导致电池具有较高的安全风险。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种基于反馈的电池快速充电控制方法，该方法能够使快速充电策略适应不断变化的电池寿命，并且可以及时的主动检测出电池热故障，从而能够降低电池发生故障的风险。

3、本技术的第二个目的在于提出一种基于反馈的电池快速充电控制装置。

4、本技术的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

5、为达上述目的，本技术的第一方面在于提出一种基于反馈的电池快速充电控制方法，该方法包括以下步骤：

6、根据电池的物理特征建立多个电池特征模型，所述多个电池特征模型包括标称电热模型、电池老化模型和电池故障模型；

7、测量所述电池的平均温度和端子电压，基于所述多个电池特征模型、所述平均温度和所述端子电压，估计所述电池的多个内部状态参数并检测所述电池是否发生故障；

8、在未发生故障的情况下，基于所述标称电热模型和所述电池老化模型，构建状态空间模型和用于优化充电时间的目标函数，并将电池电流作为控制输入，基于所述多个内部状态参数、所述状态空间模型和所述目标函数，计算所述控制输入的最优解，根据所述最优解反馈控制电池的状态；

9、在发生故障的情况下，通过控制所述电池的冷却温度来最小化温度上升，并通过控制所述电池的放电电流减少生成的热量。

10、可选地，在本技术的一个实施例中，所述检测所述电池是否发生故障，包括：基于所述电池故障模型构建滑模观测器；将所述平均温度、所述端子电压和估计的内部状态参数输入至所述滑模观测器，计算故障估计值；将所述故障估计值与预设的故障检测阈值进行比较，确定所述电池是否发生故障。

11、可选地，在本技术的一个实施例中，所述构建状态空间模型和用于优化充电时间的目标函数，包括：根据所述标称电热模型和所述电池老化模型中的电池充电状态、极化电容的电压、电池容量的倒数以及电池内阻，构建状态向量；根据所述状态向量、已知扰动向量、熵热系数和多个模型参数矩阵构建所述状态空间模型；确定充电的最后时刻，基于最后时刻下的电池充电状态、电池容量的倒数和电池内阻，以及最小化的最后时刻和充电电流的约束条件，构建所述目标函数。

12、可选地，在本技术的一个实施例中，所述基于所述多个内部状态参数、所述状态空间模型和所述目标函数，计算所述控制输入的最优解，包括：简化所述目标函数，并将所述空间模型简化为具有已知扰动向量的线性模型；基于简化后的目标函数和所述线性模型求解最短充电时间优化问题，获得所述控制输入的求解式，其中，所述求解式中包括多个增益参数；将多个轨迹参数在预设范围内的各个数值代入所述求解式，计算对应的增益参数的数值，并建立每个所述增益参数与所述多个轨迹参数之间的函数关系，所述多个轨迹参数包括电池容量的倒数、放电深度、电池的平均温度和目标电池充电状态；根据所述函数关系和所述多个内部状态参数，生成所述控制输入的最优解。

13、可选地，在本技术的一个实施例中，所述通过控制所述电池的冷却温度来最小化温度上升，包括：根据所述故障估计值、所述电池的平均温度和预设的多个控制增益，计算所述电池的冷却温度；将所述电池的冷却温度作为控制输入反馈至所述电池，以反馈控制电池的状态。

14、可选地，在本技术的一个实施例中，所述通过控制所述电池的放电电流减少生成的热量，包括：将所述故障估计值与预设的故障区分阈值进行比较；在所述故障估计值大于所述故障区分阈值的情况下，将所述放电电流调整至高放电电流进行放电，直至所述电池的荷电状态降为零；在所述故障估计值小于等于所述故障区分阈值的情况下，将所述放电电流调整至低放电电流，以保持电池充电状态所在区域内的熵热系数为正值。

15、可选地，在本技术的一个实施例中，建立所述标称电热模型，包括：根据电池动态响应过程，建立所述电池的等效电路模型；基于所述等效电路模型建立电池平均热模型。

16、为达上述目的，本技术的第二方面还提出了一种基于反馈的电池快速充电控制装置，包括以下模块:

17、建立模块，用于根据电池的物理特征建立多个电池特征模型，所述多个电池特征模型包括标称电热模型、电池老化模型和电池故障模型；

18、估计模块，用于测量所述电池的平均温度和端子电压，基于所述多个电池特征模型、所述平均温度和所述端子电压，估计所述电池的多个内部状态参数并检测所述电池是否发生故障；

19、第一控制模块，用于在未发生故障的情况下，基于所述标称电热模型和所述电池老化模型，构建状态空间模型和用于优化充电时间的目标函数，并将电池电流作为控制输入，基于所述多个内部状态参数、所述空间模型和所述目标函数，计算所述控制输入的最优解，根据所述最优解反馈控制电池的状态；

20、第二控制模块，用于在发生故障的情况下，通过控制所述电池的冷却温度来最小化温度上升，并通过控制所述电池的放电电流减少生成的热量。

21、为了实现上述实施例，本技术第三方面实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中的基于反馈的电池快速充电控制方法。

22、本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本技术首先根据电池物理行为的多个方面建立电池模型，然后基于电池模型模型建立了一种基于闭环的实时反馈的最佳快速充电系统，通过利用熵效应作为额外的冷却机制来扩展容错控制方案，以解决温度异常问题。由此，本技术能够使电池的快速充电策略随着电池老化而适应性调整，可以适用于不同的电池健康状况，按照更为合理的方式充电，确保电池在整个使用寿命内的安全。并且，本技术考虑了电池多个方面的物理行为，基于闭环反馈控制的方式，使实时充电策略能够适应不同的电池健康状况，且可以主动诊断出电池内部是否发生了热故障，进而根据是否发生故障调整快速充电策略。从而，在保证电池快速充电效率的基础上，能够在故障发生的早期及时缓解异常，降低电池发生故障的风险，保证了电池的安全性。

23、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。