[发明专利]一种轨道交通用车载储能锂离子电池的优化充电方法

摘要

本发明属于锂离子电池充电技术领域，具体涉及一种轨道交通用车载储能锂离子电池的优化充电方法。基于锂离子电池循环寿命衰退特性，计算锂离子电池全生命周期内的最大充电电流和充电截止电压，并在此最大充电电流和充电截止电压的约束下，以缩短充电时间和控制电池充电温升为目标，构造优化充电目标函数，使用遗传算法寻找最优充电电流，以平衡减少充电时间和降低充电温升这两个互相矛盾的目标。结果表明，此优化充电电流在保证充电快速性的同时，控制充电过程的极化电压和温升在允许的范围内，保证了充电容量、充电效率和充电安全性和电池寿命。

主权项

1.一种轨道交通用车载储能锂离子电池的优化充电方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、基于电池衰退机理计算锂离子电池全生命周期内的最大充电电流，并以最大充电电流作为优化充电电流选择的边界条件；S2、基于电池衰退机理计算锂离子电池全生命周期内的最大充电截止电压，并以最大充电截止电压作为整个优化充电过程的充电截止电压；S3、以△SOC为间隔划分充电SOC区间，划分为N步，在基于极化电压限制的最大充电电流的约束下，确定每步的充电电流；S4、根据步骤S3中得到的每步的充电电流计算每步充电电流对应的电池充电时间，即每步充电时间，计算公式如下：公式(3)中，tk表示每步充电时间，Ik为每步的充电电流，△SOC为每步充电对应的电池荷电状态的变化量，Q为电池当前的容量；然后根据每步充电时间计算N步总充电时间，计算公式如下：公式(4)中，t为N步总充电时间，Qk为每步充电的充电容量，Ik为每步的充电电流；S5、根据步骤S4中的每步充电时间计算电池的每步充电温升，计算公式如下：其中，R为电池直流内阻，h为电池表面与周围环境间的对流传热系数，A为电池单体与周围环境接触表面积，为熵系数，T_cell为电池温度，T_amb为周围环境温度，m为电池质量，c为电池的平均比热容，表示第k步充电起始电池温度，T_k表示第k步充电过程中电池温度，I_k为第k步的充电电流；第k步充电的电池初始温度等于第k‑1步充电结束时电池温度；然后根据电池的每步充电温升，计算电池充电过程中的最大温升，计算公式如下：公式(6)中，△T表示最大温升，T_max表示电池充电过程中的最大温度，表示电池充电时的初始温度；S6、根据步骤S4计算得出的N步总充电时间和步骤S5计算得出的电池充电过程中的最大温升构造优化充电目标函数，优化充电目标函数采用归一化线性打分制；优化充电目标函数的公式如下所示：其中，ΔTmax为最大允许温升，ΔT0.05C为1/20C充电温升，ΔT为最大温升，t为N步总充电时间，tmax为最长允许充电时间，tmin为以极化电压限制的最大充电电流对应的充电时间；加权系数α为时间加权系数，代表充电时间的重要程度，加权系数β为温升加权系数，代表充电温升的重要程度；加权系数α和加权系数β满足如下关系式：α+β＝1       (8)；S7、采用遗传算法，寻找使优化充电目标函数的分值最高的充电电流，该充电电流就是最优充电电流；步骤S1中，所述最大充电电流的计算方法具体为：在电池未出现材料加速损失时，充电倍率为临界充电倍率，在电池出现加速损失之后，使电池在加速损失之后的循环充电中容量衰退速率等于电池出现加速损失时刻的衰退速率，然后使用公式(1)计算电池在加速损失之后在不同老化阶段的充电电流，电池在充电过程中，充电电流不能超过计算得出的充电电流的最大值，此充电电流的最大值即为电池的最大充电电流；公式(1)中：capacityloss为容量损失，DS为容量衰退速率，a、b和c为电池容量衰退速率模型参数，Ic为不同老化阶段的充电电流。