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恭喜江苏大学吕晓欣获国家专利权

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龙图腾网恭喜江苏大学申请的专利一种基于电池老化状态的充电策略优化方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117808370B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-14发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410006746.7,技术领域涉及:G06Q10/0639;该发明授权一种基于电池老化状态的充电策略优化方法是由吕晓欣;温林;王丽梅;邓久军;盘朝奉;刘良设计研发完成,并于2024-01-03向国家知识产权局提交的专利申请。

一种基于电池老化状态的充电策略优化方法在说明书摘要公布了:本发明公开一种基于电池老化状态的充电策略优化方法,包括,S1:获取电池特性并分析;S2:构建等效电路模型,并对等效电路模型进行开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容的参数辨识;S3:验证辨识得到的模型参数准确性,分析模型参数与容量保持率关系,获取评价电池不同老化状态的融合容量和内阻的电池性能评价指标;S4:结合获取的电池性能评价指标,以充电时间、电池容量损失、电池评分为优化目标,建立充电目标函数,对目标函数进行寻优,根据电池性能评价指标,获取最优充电序列的充电策略,并验证充电策略。克服恒流恒压充电策略无法随电池内部老化状态进行变换,而导致的加剧老化情况的问题,同时减少充电时间,延长电池使用寿命。

本发明授权一种基于电池老化状态的充电策略优化方法在权利要求书中公布了:1.一种基于电池老化状态的充电策略优化方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:获取电池特性并分析:通过采用容量标定测试、混合功率脉冲特性测试和不同充电倍率循环测试获取电池特性,并分析充电倍率对电池容量影响;所述S1的具体步骤为:容量标定测试:将待测电池置于恒温环境中,设定充放电截止电压并进行恒电流充放电循环,选取三次放电容量的平均值作为电池当前的可用容量;混合功率脉冲特性测试:用13C的电流令电池放电至截止电压,此处C为电流密度,再施以恒流将电池充电至5%SOC,随后施加3C倍率的电流对电池进行短时脉冲充放电;重复恒流充电及3C倍率的电流脉冲循环,设置SOC区间及间隔,获取电池SOC全区间内脉冲响应;不同充电倍率循环测试:以不同倍率电流对电池进行充电,达到截止电压或截止电流时停止,再以恒定倍率对电池进行放电,根据不同倍率设置不同循环圈数间隔进行测试,直至电池老化;分析充电倍率对电池容量影响:对不同充电倍率下的循环测试结果进行分析,包括不同充电倍率下电池可用容量和容量损失率随循环圈数的变化;S2:构建等效电路模型,并对等效电路模型进行开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容的参数辨识;所述S2中构建等效电路模型的具体步骤为:基于基尔霍夫电流电压定律,建立等效电路模型,如下所示: 其中,Uocv为电池开路电压,Ro为电池等效内阻,Rp和Cp分别为极化电阻和极化电容,Up为电容Cp端电压,U和I分别为电路的端电压和电流;所述S2中的参数辨识具体为:开路电压辨识:在室温下对未进行老化测试的电池进行混合功率脉冲特性测试,将脉冲电流放电后,静置结束时的电压作为对应SOC下的开路电压;欧姆内阻辨识:利用对电池进行脉冲电流充电的瞬间引起的电压U1到U2的变化,以及撤去充电电流的瞬间引起的电压U3到U4的变化,计算欧姆内阻,计算公式如下: 其中,U1到U2为充电的瞬间引起的电压,U3到U4为撤去充电电流的瞬间引起的电压;极化内阻和极化电容辨识:基于混合功率脉冲特性测试中的脉冲电流放电阶段对极化内阻和极化电容进行参数辨识:在脉冲放电阶段,当电池进行放电时,电流流经等效电路中的RC电路,电容Cp两端电压Up逐渐升高,Up随时间变化如公式所示: 由于RC电路在稳态时两端的电压值为0,此时RC电路处于零状态响应,对公式进行求解,得到公式: 此时电池端电压由下式所示: 在放电结束后静置阶段,当对电池放电结束后,极化电容进行放电,电池端电压出现缓慢上升的趋势,此时RC电路发生零输入响应,此时电池端电压由下式所示: 利用非线性最小二乘法对放电结束后静置阶段的端电压按照公式6进行曲线拟合,得到RC电路的时间常数τ:τ=RpCp7将拟合的时间常数7带入公式5,并对脉冲放电阶段的端电压进行拟合,得到极化内阻Rp,利用公式8求得Cp: S3:验证S2辨识得到的模型参数的准确性,并分析模型参数与容量保持率的关系,获取评价电池不同老化状态的融合容量和内阻的电池性能评价指标;所述S3中的验证模型参数的具体步骤为:将S2中辨识得到的开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容代入等效电路模型得到电池仿真模型: 将实验电流输入至电池仿真模型,得到电池仿真模型的输出端电压,将其与实际电池的端电压进行对比,以验证S2中辨识得到的开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容的准确性;所述S3中分析模型参数与容量保持率关系具体为:利用混合功率脉冲特性测试,将SOC在0.2-0.8区间的参数取平均值作为当前状态的等效参数,得到老化过程中欧姆内阻、极化内阻和极化电容在不同充电倍率循环下的变化趋势,以此分析不同充电倍率循环导致的等效电路参数增长与容量保持率的关系;所述S3中获取评价电池不同老化状态的电池性能评价指标具体为:基于欧姆内阻、极化内阻、时间常数这三个特征参数分别计算权重,进而得到不同老化状态下的电池性能评价指标;将欧姆内阻、极化内阻、时间常数这三个特征参数表示成矩阵的形式Si,j={Ro,Rp,τ},其中i=1,2,……,m;其中,m为电池的数量,j=1,2,3,Si,j代表第i个电池的第j个特征参数; 对特征参数进行标准化,根据老化过程中特征参数的变化趋势,将欧姆内阻和极化内阻定义为负向指标,时间常数为正向指标,表示标准化后的特征参数矩阵; 计算第j项指标在第i个电池的比重Pij: 计算第j项指标的熵值和差异性系数: gj=1-ej14式中,ej为第j项指标的熵值,gj为第j项指标的差异性系数,常数计算第j项特征参数的权重αj: 其中,gi为第i项指标的差异性系数;计算各电池样本的评价值Pi: 评价值P={P1,P2,……,Pm}对m个电池老化过程中的欧姆内阻、极化内阻、时间常数参数变化进行了量化评价;由于等效电路参数随SOC变化而变化,因此取欧姆内阻、极化内阻、时间常数在SOC为0.2-0.8区间的平均值,即为融合容量和内阻的评价指标Pi;S4:结合S3获取的融合容量和内阻的电池性能评价指标,以充电时间、电池容量损失、电池评分为优化目标,建立充电目标函数,并对目标函数进行寻优,根据电池性能评价指标,获取最优充电序列的充电策略,并验证该充电策略;S401:选择基于截止电压的多阶段充电作为充电策略,并构建目标函数;S402:采用多目标遗传法对S401建立的目标函数进行寻优,获取最优充电序列,并将该最优充电序列作为充电策略优化的最终结果;S403:验证S402中得到的充电策略。

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