CN113241809A - 基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及充电技术领域，具体而言，本申请涉及基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法及装置。所述方法包括以下步骤：开始充电时，判断电池端电压是否大于放电截止电压，在不大于的情况下，采用第一电流缓慢充电；当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电；当所述电池电量超过门限时，判断所述电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于阈值，执行正负脉冲间歇充电；如果变化率小于阈值，停止充电。本申请的所述方法及装置能在不改变控制器的情况下，通过改变软件技术策略实现快速、安全的充电，并能保护电池，及相对延长电池的使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及充电技术领域，更为具体来说，本申请涉及基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法及装置。
背景技术
现有的磷酸铁锂电池，在实际应用中常用快充、慢充两种充电方式，慢充充电时间约6～8h，甚至更长，对于正常运营纯电动车辆或长途行车或紧急补电的情况下，均使用快充电桩进行快速充电，一般充电时间为1～2h。快充虽然降低了充电时间，但常用的先恒流后恒压方式，只能让电池充至电池额定电压，但实际电池容量一般不能达到满充容量。另外，较长时间的大电流恒流充电，会引起电池极化反应快速累积，电池内部大量析锂，进而与电解液发生化学反应，在负极形成锂枝晶或废锂，导致电解液减少，电损率加剧，充电速率变慢或放电量减少，缩短了电池使用寿命。
为了解决电池大电流持续充电，不能完全充满且频繁充电而降低电池使用寿命，提出了一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，基于电模型获取精度较高的电池电量(State of Charge)和电池端电压，依据不同电量设置不同的充电电流，在充电电压达到设定端电压限制时，使用间歇脉冲充放电方式，对电池持续充电，充至电压负增长率小于一定值，停止充电。
因此，为了解决上述问题，本发明提出基于脉冲神经网络的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法及装置，以至少部分地解决上述技术问题。
发明内容
本发明通过变电流方式分段充电并静置，来扩大可接受充电电流的持续范围，同时避免了长时间大电流充电产生的极化效应，加快了充电速度，减少了对电池的寿命损害；在电池电量较高时，不再单纯使用恒定电流充电，而是采用正负脉冲充电，充分利用马斯定律，在充电过程当电池快要充满时，在瞬间大电流放电后间歇充电，可以增加电池的充电可接受率，将电池大脉冲快速充满；在电池电量充满时，端电压先达到最大值，之后会出现小幅度的下降，因此通过判断电压负增长变化率来判断电池是否充满；利用三阶等效模型及观测器来估计电池电量即SOC，可以获得精度相对高的SOC值。
本发明基于上述技术思想，提出一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，该方法包括以下步骤：
开始充电时，判断电池端电压是否大于放电截止电压，在不大于的情况下，采用第一电流缓慢充电；
当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电；
当所述电池电量超过门限时，判断所述电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于阈值，执行正负脉冲间歇充电；
如果变化率小于阈值，停止充电。
具体地，所述第一电流为0.1C。
具体地，所述第二电流为1C，或为0.8C，或为0.6C，或为0.3C。
进一步地，所述当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电，包括：
当所述电池电量小于20％时，第二电流为1C；
否则，当所述电池电量小于40％时，第二电流为0.8C；
否则，当所述电池电量小于60％时，第二电流为0.6C；
否则，当所述电池电量小于80％时，第二电流为0.3C。
优选地，所述门限为80％电池容量。
进一步地，所述电池端电压基于三阶等效电模型计算。
进一步地，所述电池电量使用SOC估计观测器实时估计。
本发明的第二方面提供了一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制装置，所述装置执行上述方法的如下步骤：
开始充电时，判断电池端电压是否大于放电截止电压，在不大于的情况下，采用第一电流缓慢充电；
当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电；
当所述电池电量超过门限时，判断所述电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于阈值，执行正负脉冲间歇充电；
如果变化率小于阈值，停止充电。
进一步地，所述装置还包括三阶等效电模型和SOC估计观测器。
本申请的有益效果为：
本发明通过变电流方式分段充电并静置，来扩大可接受充电电流的持续范围，同时避免了长时间大电流充电产生的极化效应，加快了充电速度，减少了对电池的寿命损害；在电池电量较高时，不再单纯使用恒定电流充电，而是采用正负脉冲充电，充分利用马斯定律，在充电过程中当电池快要充满时，在瞬间大电流放电后间歇充电，可以增加电池的充电可接受率，将电池大脉冲快速充满；在电池电量充满时，端电压先达到最大值，之后会出现小幅度的下降，因此能通过判断电压负增长变化率来判断电池是否充满；且利用三阶等效模型及观测器来估计SOC，可以获得精度相对高的SOC值。总之，本申请提出的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法及装置，能在不改变控制器的情况下，通过改变软件技术策略来实现快速、安全的充电，并能保护电池，及相对延长电池的使用寿命。
附图说明
图1示出了本申请的实施例1的方法流程示意图；
图2示出了本申请的实施例1的三阶电模型示意图；
图3示出了本申请的实施例2的模组电模型图；
图4示出了本申请的实施例3的方法流程示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本申请的实施例。但是应该理解的是，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本申请的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。附图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，可能放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
实施例1：
本实施例实施了一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
开始充电时，判断电池端电压是否大于放电截止电压，在不大于的情况下，采用第一电流缓慢充电；
当电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电；
当电池电量超过门限时，判断电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于阈值，执行正负脉冲间歇充电；
如果变化率小于阈值，停止充电。
具体地，所述第一电流为0.1C。
具体地，所述第二电流为1C，或为0.8C，或为0.6C，或为0.3C。
进一步地，当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电，包括：
当所述电池电量小于20％时，第二电流为1C；
否则，当所述电池电量小于40％时，第二电流为0.8C；
否则，当所述电池电量小于60％时，第二电流为0.6C；
否则，当所述电池电量小于80％时，第二电流为0.3C。
优选地，所述门限为80％电池容量。
进一步地，所述电池端电压基于三阶等效电模型计算，三阶等效电模型图如图2所示；所述电池电量使用SOC估计观测器实时估计。
本实施例避免了长时间大电流充电产生的极化效应，加快了充电速度，减少了对电池的寿命损害；在电池电量较高时，不再单纯使用恒定电流充电，而是采用正负脉冲充电，充分利用马斯定律，在充电过程当电池快要充满时，在瞬间大电流放电后间歇充电，可以增加电池的充电可接受率，将电池大脉冲快速充满；在电池电量充满时，端电压先达到最大值，之后会出现小幅度的下降，因此通过判断电压负增长变化率来判断电池是否充满。
实施例2：
本实施例实施了一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，包括以下步骤：
开始充电，然后判断电池端电压是否大于放电截止电压，在不大于的情况下，采用0.1C电流缓慢充电；当电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电，所述第二电流为1C，或为0.8C，或为0.6C，或为0.3C；当电池电量超过门限时，判断电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于阈值，执行正负脉冲间歇充电，所述门限为80％电池容量；如果变化率小于阈值，则停止充电。
进一步地，当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电，执行如下步骤：
当所述电池电量小于20％时，第二电流为1C；
否则，当所述电池电量小于40％时，第二电流为0.8C；
否则，当所述电池电量小于60％时，第二电流为0.6C；
否则，当所述电池电量小于80％时，第二电流为0.3C。
本实施例采用三阶等效模型及观测器来估计SOC，即电池电量(State ofCharge)，图3为模组电模型图，如图3所示，包括模组电流1、模组参考温度2、内部状态3、预测模组电压4、测量模组电压5和增益6，其中，内部状态3包含SOC和模组过电压相关状态。本实施例基于电模型获取精度较高的SOC和电池端电压，依据不同电量设置不同的充电电流，在充电电压达到设定端电压限制时，使用间歇脉冲充放电方式，对电池持续充电，充至电压负增长率小于一定值，停止充电，有效率，又相对延长了电池的寿命。
实施例3：
本实施例实施了一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤1，开始充电，判断电池端电压是否大于放电截止电压：不大于的情况下，采用很小的涓涓电流(0.1C)缓慢充电；
步骤2，当电池端电压是否大于放电截止电压时，分别依据电池电量进行充电电流判断：
当电池电量小于20％(依据实际标定)时，使用最大电流(1C)快速充电；
否则，当电池电量小于40％(依据实际标定)时，使用电流(0.8C)充电；
否则，当电池电量小于60％(依据实际标定)时，使用电流(0.6C)充电；
否则，当电池电量小于80％(依据实际标定)时，使用电流(0.3C)充电；
步骤3，否则，当电池电量超过80％(依据实际标定)时，判断电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于一定阈值，执行正负脉冲间歇充电。
步骤4，当电池端电压负增长变化率小于一定阈值时，停止充电。
进一步地，所述电池端电压基于三阶等效电模型计算；所述电池电量使用SOC估计观测器实时估计。
实施例4：
本实施例实施了一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制装置，所述装置可执行如下步骤：
开始充电时，判断电池端电压是否大于放电截止电压，在不大于的情况下，采用第一电流缓慢充电；
当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电；
当所述电池电量超过门限时，判断所述电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于阈值，执行正负脉冲间歇充电；
如果变化率小于阈值，停止充电。
其中，第一电流为0.1C，第二电流为1C，或为0.8C，或为0.6C，或为0.3C。
优选地，所述门限为80％电池容量。
进一步地，所述装置还包括三阶等效电模型和SOC估计观测器。
需要说明的是，本电请的“装置”是广义的，也可以是一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以实现本申请的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法的步骤。所谓的装置也可以是一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行以实现基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法的步骤。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
开始充电时，判断电池端电压是否大于放电截止电压，在不大于的情况下，采用第一电流缓慢充电；
当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电；
当所述电池电量超过门限时，判断所述电池端电压的变化率是否负增长，如果变化率大于阈值，执行正负脉冲间歇充电；
如果变化率小于阈值，停止充电。
2.根据权利要求1所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，所述第一电流为0.1C。
3.根据权利要求1所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，所述第二电流为1C，或为0.8C，或为0.6C，或为0.3C。
4.根据权利要求1所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，所述当所述电池端电压大于放电截止电压时，进行电池电量判断并依据电池电量采用第二电流进行充电，包括：
当所述电池电量小于20％时，第二电流为1C；
否则，当所述电池电量小于40％时，第二电流为0.8C；
否则，当所述电池电量小于60％时，第二电流为0.6C；
否则，当所述电池电量小于80％时，第二电流为0.3C。
5.根据权利要求1所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，所述门限为80％电池容量。
6.根据权利要求1至5任一所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，所述电池端电压基于三阶等效电模型计算。
7.根据权利要求1至5任一所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，所述电池电量使用SOC估计观测器实时估计。
8.根据权利要求6所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制方法，其特征在于，所述电池电量使用SOC估计观测器实时估计。
9.一种基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制装置，其特征在于，所述装置执行权利要求1至8任一方法。
10.根据权利要求9所述的基于电模型的变电流间歇脉冲快速充电控制装置，其特征在于，所述装置还包括三阶等效电模型和SOC估计观测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210810 |