[发明专利]基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法

权利要求书

1.基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对锂电池组建立充电器与均衡器相组合的充电系统，根据该充电系统获取充电电流模型和锂电池组充电模型；针对由第1至第n个锂电池串联而成的锂电池组，所述充电系统包括充电器和第1至第n-1个均衡器，第i个均衡器用于实现第i和第i+1个锂电池之间的双向均衡，1≤i≤n-1，充电器用于为锂电池组提供外部充电电流；

步骤2，根据充电系统的充电电流模型和锂电池组充电模型，建立充电目标函数和充电约束条件；

所述充电目标函数和充电约束条件表示如下：

充电目标函数为：

其中，J_t表示充电时间目标函数，J_e表示充电能耗目标函数，N表示充电步数，T表示采样时间，1_n表示n维列向量，u₁(k)、u₂(k)均为控制变量，B₁表示矩阵，x(k+1)表示状态向量，h(·)＝diag{h₁(·),…,h_n(·)}∈R^n×n，h_i(·)表示第i个锂电池内阻与其SOC的非线性函数；矩阵B₁∈R^n×(n-1)表示如下：

其中，β_i表示第i个均衡器的能量传输效率，且0β_i1，k_i和k_i^′均表示系数，表示如下：

其中，SOC_i(0)、SOC_i+1(0)分别表示第i、i+1个锂电池的初始SOC；

充电约束条件为：

其中，x_M表示每个锂电池SOC上限值，u_M表示每个锂电池允许的最大充电电流，y_M表示每个锂电池允许的最大端电压，表示充电器所能提供的最大充电电流，表示均衡器所能提供的最大均衡电流，f(·)＝[f₁(·)，…，f_n(·)]^T∈Rⁿ，f_i(·)表示第i个锂电池开路电压与其SOC的非线性函数，0_n-1表示n-1维列向量，1_n-1表示n-1维列向量；

步骤3，根据充电目标函数和充电约束条件，确定带最终状态约束条件的最小充电时间优化问题，并采用双层优化算法进行求解；

所述采用双层优化算法进行求解的具体过程为：在底层，对于顶层给定的期望充电时间J_t，将带最终状态约束条件的最小充电时间优化问题转化为一个约束优化问题，运用内点法求出最优充电器电流和均衡器电流，使锂电池组最终SOC接近期望SOC；在顶层，采用二分搜索算法，将时间区域从初始设置范围收缩至期望的最小充电时间，同时使得底层求得的最终SOC与期望SOC之间的差异满足所需精度；最后，在满足最终状态约束条件下，得到使充电时间最小的最优充电电流和均衡电流。

2.根据权利要求1所述基于充电与均衡组合优化的锂电池组快速充电控制方法，其特征在于，步骤1所述充电电流模型表示如下：

2≤i≤n-1

其中，表示第i个锂电池的总充电电流，I_c(k)表示充电器提供的充电电流，n表示锂电池组中的锂电池个数，k表示采样步长，表示第i个均衡器提供的均衡电流，且为正数。