[发明专利]锂电池限压充电系统模型建立及计算方法

说明书

本发明提供了一种锂电池限压充电系统模型建立及计算方法，本发明将限压充电系统的采样单元、基准单元、补偿单元、归一化部分、输入电流部分及控制对象部分转换为s域模型及方框图，建立系统模型，占空比和电压作为系统的状态变量，建立状态微分方程组，获取充电电流及充电电量的时域表达式，用于预计锂电池产品限压充电阶段电流‑时间关系或充电容量‑时间关系；并用于计算锂电池的直流内阻，评估电池性能。

技术领域

本发明涉及一种锂电池限压充电系统模型建立及计算方法。

背景技术

锂电池作为新一代储能设备，被广泛应用于如电动汽车、手机等民用领域以及卫星、飞船等军工项目。锂电池一般采用恒流-限压的充电控制方式。在恒流充电阶段，锂电池的荷电态由充电电流乘以充电时间计算得出，较为简便。然而，对于限压充电阶段，充电电流随时间变化，目前尚无一种准确的理论模型及数学工具对限压充电阶段的充电电流及容量变化进行量化的分析描述。

锂电池作为电源系统的一部分，需要在产品的设计阶段对电池的各项数据进行分析确认，并对整个寿命期间包括充电时间在内的工作状态进行预测。目前对限压充电阶段电池状态的计算，一般有三种方法：1.近似计算、2.历史经验、3.试验测得。前两种方法误差较大，通常误差值可达50％以上；第三种方法工作量较大，并且由于锂电池内部化学性能存在衰退，初期的测试数据无法覆盖锂电池的整个寿命。

限压充电系统实质上是一个维持锂电池端口电压不变的反馈控制系统，而锂电池作为系统中的控制对象，其反映在系统模型中的一个重要参数是直流内阻，而直流内阻又可以描述当前电池性能情况。该参数的变化会直接影响电池的限压充电过程。根据获得的限压充电的解析表达式，结合使用数据，可以对一个已投入使用的锂电池的直流内阻进行精确计算，从而评估当前电池的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池限压充电系统模型建立及计算方法，能够解决目前无法精确分析描述锂电池限压充电的过程的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种锂电池限压充电系统模型建立及计算方法，包括：

步骤1.将锂电池限压充电系统各组成环节转换为s域模型，根据所述s域模型建立方框图，根据所述方框图再建立锂电池限压充电系统模型；

步骤2.将充电终压作为锂电池限压充电系统的输入环节u_REF，其中，u_REF是人为设计的电压基准，u_REF×H即是充电终压；

步骤3.将电池电压采样电路作为所述锂电池限压充电系统的反馈环节H；

步骤4.将锂电池电压u_B乘以反馈系数H后，与输入u_REF产生误差信号；

步骤5.用比例积分电路对误差信号在频域上进行放大，作为所述锂电池限压充电系统的补偿环节G₁，

步骤6.用占空比产生电路以及驱动电路对所述补偿环节G₁的输出在数学上进行归一化，输出[0,1]区间的占空比D；

步骤7.输入电流Is作为所述锂电池限压充电系统的固定增益G₂；

步骤8.将锂电池进行电路等效，并转换为s域模型的方框图，得到锂电池的等效模型作为锂电池限压充电系统的控制对象G₃，包含限压初始电压u_S、SOC等效电容C和平均直流内阻r三者的串联；

步骤9.利用状态空间法，取占空比D以及电池SOC电压u_C作为锂电池限压充电系统的状态变量，根据所述锂电池限压充电系统模型建立状态微分方程，解得I_C的时域解析表达式；