[发明专利]一种基于预见控制的蓄电池充电方法

权利要求书

1.一种基于预见控制的铅酸蓄电池充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

蓄电池的充电采用以三段式充电原理为基础，分别为恒流充电阶段、恒压充电阶段、浮充充电三个阶段，每阶段的充电采用预见控制使蓄电池按最佳充电曲线进行以期充电；

设定每阶段的充电阈值，作为充电阶段的转换判断条件；恒流充电阶段设定一个电压阈值，恒压充电阶段设定一个电流阈值，浮充阶段通过检测蓄电池的SOC判断是否停止充电。

2.根据权利要求1所述的基于预见控制的蓄电池充电方法，其特征在于，当充电器开启充电之前，首要的工作包括：

获取待充蓄电池的类型，根据蓄电池的类型确定每阶段的充电阈值和充电规格；

检测蓄电池的初始状态信息，把检测到的初始电压作为待充蓄电池当前时刻的电压值；

根据检测到的初始电压状态信息，确定待充蓄电池所要在的充电阶段。

3.根据权利要求2所述的基于预见控制的蓄电池充电方法，其特征在于所述的充电阶段；

在恒流充电阶段，以设置的最大电流对蓄电池进行充电，当检测到蓄电池当前的电压状态信息达到设定的电压阈值时，开始进入下一阶段充电，即恒压充电阶段；

进入恒压充电阶段，将电池电压维持在一个较高的位置进行充电，使电池更快达到满充状态，当检测到充电电流减小到设定的电流阈值时，进入浮充阶段；

进入浮充充电阶段，以低于恒压充电的电压即浮充电压进行充电，为电池提供满充和维护操作；此时充电电流会持续减小，而蓄电池的SOC增加，同时根据检测到蓄电池的SOC达到满充状态，停止充电。

4.根据权利要求3所述的基于预见控制的蓄电池充电方法，其特征在于预见控制作用于蓄电池的充电过程，通过预见控制计算得下一时刻充电的最佳充电曲线，使充电进程按照规划的状态进行，其具体预见控制方法步骤如下：

设蓄电池充电过程在时刻的离散状态方程为

式中：x(k)为时刻电池状态向量；u(k)为输入参数信息向量；y(k)为输出控制向量；A,B,C为系数矩阵；

假设系统可控可观，目标值为r(k)，定义误差信号e(k)＝r(k)-y(k)，根据式（1）得到被控系统的广义误差

X₀(k+1)＝ΦX₀(k)+GΔu(k)+G_RΔR(k+1) （2）

式中

对于式（2），其二次型性能指标为

式中：M_R为期望目标预见步长；Q为半正定权值矩阵；H为正定权值矩阵; J为根据误差系统确定的充电系统的二次型目标评价函数；

使J最小的Δu(k)为最优解；根据最优调节理论的相关结论得出如下最优控制输入

式中：F₀为充电被控系统反馈系数矩阵；F_R(j)为被控系统在第j步的前馈目标补偿系数矩阵

将式（4）带入式（3），令，得

F₀＝-[H+G^TPG]^-1G^TPΦ（6）

式中P为Riccati方程的正定解

现在假设从当前时刻至未来M_R的目标值信号已知，F_e , F_x分别为被控系统的误差矩阵、状态反馈系数矩阵，初始值设定为零，从而得到电池充电被控系统的预见控制规律为

。

5.根据权利要求4所述的基于预见控制的蓄电池充电方法，其特征在预见控制作用于电池充电过程所要跟踪参考的电池状态量：

恒流充电阶段，在电池电压达到设定阈值前，以电池的电压V_B作为状态量，参与控制过程；

恒压充电阶段，蓄电池充电可接受电流会呈指数规律下降，根据最佳的马斯充电曲线，通过预见、跟踪、补偿，使电池充电电流严格按照最大可接受充电电流充电,以电池的电流I_B作为状态量；

浮充充电阶段，此时蓄电池充电基本进入了饱和，为了避免蓄电池过充，通过检测当前时刻电池SOC状态，并预测下一时刻的电池SOC，以期充电，在蓄电池达到满充状态时及时停止充电。