锂电池安全充放电控制方法

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种锂电池安全充放电控制方法。

背景技术

随着电动车和能源互联网的发展，锂电池，特别是动力锂电池得到了大量的应用，对其性能的要求也越来越高。而锂电池的一项重要性能就是其充放电安全性。由于动力锂离子电池高昂的成本及内部结构的复杂性，长时间充放电或者充放电过程中的电压电流过高，都可能对锂电池造成永久损坏，不仅可能造成其使用寿命降低，还可能带来安全隐患，发生爆炸事故。因此，有必要对锂电池的充放电过程进行安全控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池安全充放电控制方法，该方法有利于实现锂电池充放电的安全控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锂电池安全充放电控制方法，＝首先建立锂电池的等效电路和锂电池充放电的动态数学模型，在此基础上，分别对锂电池充放电过程中等效极化电容的电压、锂电池的终端电压和等效电压源的充放电电流进行控制。

进一步地，锂电池的等效电路由等效的极化电阻R

锂电池电荷描述为以下的方程：

其中，

其中，C

电压源V

V

其中，k是常数，ω(t)是未知的不确定信号；

通过对终端电压V

将式(4)写成如下的状态空间表达式：

其中，

保证锂电池安全充放电的条件是I

进一步地，按如下方法控制锂电池充放电过程中的电压：

首先，构建充放电控制器如下：

U(t)＝Ky(t),(7)

其中，K是充放电控制器增益，使得I

未知的扰动h(t)是有界的，先假定如下：

其中，

建立李雅普诺夫函数：

V(t)＝x

其中，P是正定对称矩阵；建立以下的指标函数：

其中，a是大于0小于1的标量。

现在，结合公式(8)-(11)，获得：

根据式(12)，以下的不等式成立：

则有：

将式(14)的两边都乘以

对式(15)两端进行积分，得到：

由式(16)，得到：

V(T)<1.(17)

因此，得到：

由于锂电池的回路系统为二阶系统，定义：

其中，P

由式(6)和(18)和式(19)，得到：

选取P值，使不等式(13)成立，通过求解不等式(13)获得控制器增益K，构造输出反馈控制器(7)使得电压V

进一步地，按如下方法控制锂电池充放电过程中的电流：

为了限制过大的充放电电流，设定如下的约束：

其中，

变换式(21)如下：

将式(7)代入式(22)后，得到：

当以下不等式成立时，即能保证式(23)成立：

只要不等式：

成立，则不等式(22)成立；

对不等式(25)进行全等变换和Schur引理变换，得到：

其中，I是单位矩阵。

先给定标量

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种锂电池安全充放电控制方法，该方法通过构建锂电池充放电的动态数学模型，在此基础上，分别对锂电池充放电过程中相关电压、电流进行控制，实现了锂电池充放电的安全控制，具有很强的实用性和广阔的应用发展前景。

附图说明

图1是本发明实施例的方法实现流程图。

图2是本发明实施例中锂电池的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。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，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种锂电池安全充放电控制方法，首先建立锂电池的等效电路和锂电池充放电的动态数学模型，在此基础上，分别对锂电池充放电过程中等效极化电容的电压、锂电池的终端电压和等效电压源的充放电电流进行控制。

图2示出了锂电池的等效电路。锂电池的等效电路由等效的极化电阻R

1、建立锂电池充放电的动态数学模型；

锂电池电荷描述为以下的方程：

其中，

其中，C

电压源V

V

其中，k是常数，ω(t)是未知的不确定信号；

通过对终端电压V

将式(4)写成如下的状态空间表达式：

其中，

这里需要指出的是，保证锂电池安全充放电的条件是I

2、锂电池充放电过程中的电压控制

首先，构建充放电控制器如下：

u(t)＝Ky(t),(7)

其中，K是充放电控制器增益，使得I

未知的扰动h(t)是有界的，先假定如下：

其中，

建立李雅普诺夫函数：

V(t)＝x

其中，P是正定对称矩阵；建立以下的指标函数：

其中，a是大于0小于1的标量。

现在，结合公式(8)-(11)，获得：

根据式(12)，以下的不等式成立：

则有：

将式(14)的两边都乘以

对式(15)两端进行积分，得到：

由式(16)，得到：

V(T)<1.(17)

因此，得到：

由于锂电池的回路系统为二阶系统，定义：

其中，P

由式(6)和(18)和式(19)，得到：

从公式(20)可以看出，为了得到更小的V

3、锂电池充放电过程中的电流控制

为了限制过大的充放电电流，设定如下的约束：

其中，

变换式(21)如下：

将式(7)代入式(22)后，得到：

当以下不等式成立时，即能保证式(23)成立：

只要不等式：

成立，则不等式(22)成立；

对不等式(25)进行全等变换和Schur引理变换，得到：

其中，I是单位矩阵。

最后我们说明下获得的结果：先给定标量

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。