Trojan电瓶基于智能控制的锂电池快速充电方法研究

要点简述：伴随社会经济不断发展，我国智能化系统取得显著突破。而在锂电池充电系统范畴内，智能控制之应用愈发广泛铺开。锂电池充电属于复杂电化学反应进程，充电期间存在极化效应，极化现象可导致电池温升加剧以及析气情况出现，进而干扰充电功效。依据充电阶段里电池特性之改变，马斯充电曲线被划分成预处理、恒流充电、曲线跟踪充电、脉冲充电这四个阶段，于此情形下创新提出一种锂电池四阶段智能充电方式。针对锂电池不同的充电阶段，采取与之相应的充电策略，动态地调整充电电流，在缓解电池极化效应之际控制电池温升，这有助于提高锂电池充电效率以及电池使用寿命，仿真结果表明，该方法能够实现锂电池的充电过程，满足充电需求 。

关键词：锂电池；极化效应；智能充电；脉冲充电

引言

在移动电子、混合动力交通工具、航空航天等诸多领域，锂离子电池有着高能量密度、高输出电压、循环寿命长等优势，被广泛运用。锂电池身为二次电池，能够多次充电。却是，充电出现过饱和或者欠饱和的状况，就会对其寿命产生影响。锂电池寿命的缩短，不但会造成经济方面的损失，还极有可能引发重大事故，尤其是在航天航空领域。故此，准确地预每次充电剩余的时间，能够防止锂电池寿命缩短，具有对系统安全、稳定性的工程指导意义。

1电磁感应式无线电能传输技术

电磁感应无线电功率传输技术方案运用两个彼此靠近的变压器线圈，发射电路先把电源给予的交流电转变成直流电，谐振转换电路再将直流电转变成高频信号，驱发射线圈，让附近空间交变电磁场改变无线电能量领受电路的领受线圈的磁通，产生感应电动势，接收线圈与整流滤波器稳压电路相连时，便能为所需电器供给电能 。

2无线充电装置结构

辅助电源进行设计，硬件电路的主电源含有5V直流电源以及12V交流电源，主要器件有变压器、桥式整流电路与滤波电路。首先，变压器把220V交流供电电源降压，而后桥式整流电路达成全波整流，经电容滤波后，DC - DC变换器使电压稳定。因振荡器电路的工作电压是5V，而功率放大电路的工作电压为12V。变压器选用输出功率100W、输出电压为15V和8V的环形变压器。在整流电路方面，所选用的是 3A 肖特基二极管 IN5822。而在功率转换芯片的选择上，采用的是三端可调稳压器 LM317。②关于发射模块的设计环节情形。发射模块主要是由这样三部分构成的，分别是功率放大电路、振荡电路以及耦合线圈。功率放大器能够朝着负载输出大功率信号。所以呢，联系这个计划来看，鉴于放大振荡输出是用以能量功率的，波形出现失真实际上并非关键要点，此情况不但具备足够的振幅，而且电路结构简单。③涉及接收电路的设计状况。接收电路的设计必须要考虑到锂电池在充电时的电压稳定性限制这一要素以及锂电池的充电保护相关情况。主要目标在于防止充电进程里出现过电流以及过充电的情况。另外，计划方案还得挑选适宜的锂电池充电策略。另外，设计方案同样必须挑选适宜的锂电池充电策略。此外，相较于模拟电路和单片机而言，运用专门的充电管理芯片是更为优良的选择。至于无线充电，鉴于接收器接收的能量具有极大的可变性，并且同耦合线圈的相对距离与位置关联甚大，接收器处电压和电流的动态范围相对较宽，以及工作电压范围。

3充电剩余时间预测策略

3.1支持向量回归训练过程

步骤1：开展数据预处理，进行自变量与因变量的归一化，出于获取更优良预测效果的目的，于训练前期实施，归一化运用最大最小法，情况见式（1）。

（1）

这儿式子当中，xmax是样本最大化的值，xmin是样本最小化的值。在实验开展的进程里，把自变量转变到区间[0,1]这个范围之内，把因变量转变到区间[100,500]这个范围之内。步骤二：构建训练样本对。于实验进程当中，挑选锂电池电压BV、锂电池电流BI、锂电池温度C、充电电压CV以及充电电流CI当作特征向量，充电剩余时间作为支持向量机输出，构建像式(11)那样的训练样本对。

（12）

步骤3：对SVR模型展开训练。依据网格划分，于解空间寻觅最优的格点来做搜索，获取最佳的惩罚参数C以及核参数g，借助样本训练得出式(1)里的w和b，明确最终的模型。

3.2模糊信息粒化

一方面，模糊信息粒化能够降低样本规模从而提高训练效率，另一方面，它提供了输出的概率分布，进而实现了区间估计，还增高了置信度。其步骤依次为如下：步骤1，设置模糊窗口数，也就是设定每一个窗口数目所涵盖的模糊粒子数，针对式(11)里的x和y予以模糊化，借此生成具有代表性的小规模训练样本对；步骤2，重新生成训练样本对，每个窗口所生成的代表性数据存在最小值、平均值与最大值，把这些数据依照式(11)进行重新组合得以新的训练样本对。

4仿真研究

于Matlab/Simulink环境之中，来搭建实验仿真模型，借助S - function函数去编写控制程序，选用锂电池作为Battery模型，将参数设定为3.2V，1500mAh，初始容量为10%，经由控制受控电流源来对电池开展充电测试。图1、图2是曲线跟踪充电以及脉冲充电这两个主要阶段的仿真结果。图1是曲线跟踪阶段的仿真结果，在充电过程里按照电池充电容量动态地调整充电电流，能够发现实际充电电流呈指数减小，和马斯充电曲线走势相一致。在前半程的时候，充电电流是比较大的，因为存在极化作用，所以端电压起初会快速上升；当充电电流变小的时候，极化电压会下降，电池的端电压会有所减小，不过随着充电时间的延长，电池内部的电动势会升高，端电压整体上则是呈上升的趋势。在这个阶段，充电电流会随着时间而减小，所以极化效应以及温升现象不会持续累积，而是被控制在固定的范围内，这对于电池的充电是有帮助的。在工程应用当中，检测电池容量是达成这个过程的关键。图2展示的是脉冲充电阶段的电压、电流变化状况。在虚线圆框之内，指示出了一种情况，那就是一个脉冲周期里端电压的变化情形：当进行脉冲充电之际，电池端电压会突然间升高起来。之后呢，会随着脉冲充电的时间慢慢向上提升；当停止充电的时候，因为存在极化效应，端电压有小幅度的下降。在这之后，引入反向脉冲放电，端电压会迅速地衰减，跟自然静置去极化方法相比较，效果更为优良。随着脉冲数量的增多，端电压整体呈现出逐渐上升的趋势。

 

结束语

基于电压降补偿的快速充电系统，其中压降补偿法的引入，使得大电流恒流充电的时间得以有效延续，整体充电速度得以加快，情况已如上述。采用模糊自适应PID控制改进后的充电控制系统，两者优势兼具，操作简便，对于因系统非线性、时变性与不确定性所造成的稳定性干扰问题，能够妥善处理，实现了对充电系统的精准控制，有效提升了充电系统稳定性以及蓄电池的充电速度 。