[发明专利]重载货运列车自组网电池状态监测下的自适应充电方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种重载货运列车自组网电池状态监测下的自适应充电方法、系统及介质，其中方法包括：构建电池耦合模型，并测试得到电池耦合模型参数数据库；获取自组网电池中各电池组初始温度和开路电压，标定各电池组的初始荷电状态，预测充电过程中电池组状态的变化轨迹进而得到充电阶段数；将充电速度、寿命损耗作为优化目标，采用多目标优化算法求解最优充电电流序列；将求解结果施加给电池组，并监测充电过程中电池组的电池温度、荷电状态的变化，实时更新电池耦合模型参数；根据各电池组的荷电状态是否均达到目标荷电状态调整充电电流直至充电完成。实现充电高效快速均匀、减少电池组的寿命损耗。

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种重载货运列车自组网电池状态监测下的自适应充电方法、系统及介质。

背景技术

作为重载货运列车的主要动力能源，电池储能系统需要具备高效的充电性能，现有的车载储能系统充电技术面临着充电时间长、电池寿命损耗高等问题，特别是当重载货运列车再低温环境下工作时，其充电速率减损一半，还伴随着数倍增长的电池容量衰减。此外，电池储能系统由多电池组串并联构成，不同电池组由于出厂差异、老化差异具有不同的充电初始状态和过程状态，例如，老化严重的电池组具有较低的初始荷电状态，且在充电过程中产热量大。常规的充电方法一般采用预先定义的电流曲线给电池充电，如恒流充电、恒流恒压充电等方法，尽管可以通过降低充电电流，以牺牲充电速率来缓解电池容量衰减，其直接应用在低温环境下仍然面临着严重的充电性能损失。

在低温环境下给电池提供可调节的充电电流是保障有效充电的基本要求，因此自适应充电技术在现有的专利和文献中得到广泛的研究。公开号CN107431369A公开了一种用于自适应电池充电的系统、方法和设备，其中方法考虑了电池老化的影响，根据电池的老化阻抗自适应的充电截止电压阈值和截止电流阈值，以提高电池的充电速度和充电容量。公开号CN112349988A公开了一种车辆蓄电池在线监测装置及自适应充电方法，其中方法通过采集蓄电池的电压和电流判断电池状态，并根据电池状态生成自适应充电指令和放电指令。上述自适应充电技术未考虑电池实时温度对充电过程的影响。公开号CN106571656A公开了一种电动汽车充电设备的电池状态监测和充电管理系统，所述系统根据充电过程中电池的直流电压的变换率，结合电池的实时温度和允许最大温度，计算出当前最优的电池充电电流电压值。但是该系统只是将电池温度作为充电的故障报警的指标，忽视了电池温度、荷电状态对电池内部参数的影响。

现有的学术研究分析，多阶段恒流充电技术因其灵活性和易实现的特点，成为了近年来自适应充电领域的研究热点，其中充电阶段数和阶段跳转条件是多阶段恒流充电技术中最重要的两个因素。现有研究中，阶段数一般固定为五个阶段，跳转条件一般参考电池单个参数进行判定，如通过判断电池截止电压、端电压、荷电状态、充电时间中其中一种是否满足预设条件从而出发阶段跳转，而电池温度变化对充电阶段数和跳转时机的影响往往被忽视。充电过程中电池温度变化明显，且电池参数受温度影响较大，现有的多阶段恒流充电技术未考虑在不同温度、不同荷电状态综合影响下电池模型参数的变化，以至于充电电流无法适应电池状态的变化，无法实现更快、更高效的充电，同时增加了电池的寿命损耗。此外，预先定义的电流曲线不能解决电池组差异带来的充电不均衡问题。

发明内容

本发明提供了一种重载货运列车自组网电池状态监测下的自适应充电方法、系统及介质，其中方法以解决相关技术未考虑在不同温度、不同荷电状态综合影响下电池模型参数的变化，所带来的充电电流无法适应电池状态的变化，无法解决高效快速充电、电池的寿命损耗以及因电池组差异带来的充电不均匀的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种重载货运列车自组网电池状态监测下的自适应充电方法，包括：

S1：构建电池耦合模型，并对电池耦合模型进行测试，得到电池耦合模型参数数据库；

S2：设定自组网电池中各电池组的目标荷电状态；

S3：获取充电前各电池组初始温度和开路电压，进而标定各电池组的初始荷电状态；