[发明专利]一种锂离子电池的预热充电控制方法

权利要求书

1.一种锂离子电池的预热充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立热电耦合的电池温度和负极电位估计等效模型，并设置负极电位安全阈值、温度安全阈值、目标充电电量以及截止充电电压；

S2、根据电池的初始电量和温度，在充电开始前将电池加热至充电初始温度；

S3、以预设充电电流进行充电，充电过程中利用电池温度和负极电位估计等效模型实时估计电池当前的负极电位和温度；

S4、利用充电控制算法实时调整预设电流，使负极电位值不低于负极电位安全阈值、温度值不高于温度安全阈值，且充电电流最大，以调整后的电流对电池充电至目标充电电量或充电截止电压。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的预热充电控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

S11、对带参比电极的三电极电池进行性能测试，获取电池的标称容量、电压特性和温度特性参数，其中，所述电压特性参数包括正极电位、端电压和负极电位，所述温度特性参数包括电池表面温度；

S12、建立电池的热电耦合的分极等效模型，包括正极参数、负极参数和热参数，用于反映电池的电特性和热特性；

S13、利用所述标称容量、电压特性和温度特性参数对所述正极参数、负极参数和热参数进行参数标定，获得热电耦合的温度和负极电位估计模型。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池的预热充电控制方法，其特征在于，所述步骤S13中参数标定的具体方法为：

根据测量的电池正极开路电位曲线和正极电位，以所述热电耦合的分极等效模型计算的正极电位和参比电极实测正极电位之间的均方根误差作为第一适应函数，辨识得到模型的正极参数；

根据测量的电池负极开路电位曲线和负极电位，以所述热电耦合的分极等效模型计算的负极电位和参比电极实测负极电位之间的均方根误差作为第二适应函数，辨识得到模型的负极参数；

根据测量的电池温度，以所述热电耦合的分极等效模型计算的电池温度和温度传感器实测温度的均方根误差作为第三适应函数，辨识得到模型的热参数。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池的预热充电控制方法，其特征在于，所述步骤S2中根据电池的初始状态和环境温度在充电开始前将电池加热至预设的充电初始温度，其中，充电初始温度的范围为10-40℃，加热方式包括外部加热和内部加热中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池的预热充电控制方法，其特征在于，所述步骤S3中预设充电电流为根据电池的性能、初始状态、充电机电流范围获得不会导致电池发生副反应或不可逆损伤的安全充电电流的最大值，其中，安全充电电流的最大充电倍率可选范围为3C～6C。

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的预热充电控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

S41、获取电池在k时刻的充电信息和状态信息，确定充电系统的状态方程系数矩阵，表示为：

其中，x为电池的状态向量，u为可控制的输入向量，y为输出向量，A、B、C、D分别为电池系统线性化后的系数矩阵，下标k代表k时刻；

S42、设置控制系统的优化目标状态z_obj，优化时序m，和充电截止条件；

S43、选择k-1时刻的充电电流作为系统未来m个时刻的输入，根据步骤S41确定的系数矩阵，计算电池在k+m时刻的状态；

S44、根据步骤S43计算得到的电池在k+m时刻的状态，利用优化算法得到k至k+m时刻的最优电流序列，使得k+m时刻的电池预测状态与目标状态z_obj之差最小；

S45、将步骤S44中优化得到的最优电流序列中k时刻的电流值作为充电系统在k时刻的充电电流，对电池进行充电控制；

S46、重复步骤S43-S45直至电池达到截止条件时，停止充电。