锂电池充电算法优化与电池管理系统评估
1. 最优充电算法
在锂电池充电过程中,为了平衡充电时间和能量损失这两个相互竞争的目标,我们定义了一个统一的成本函数:
[J = \rho J_e + (1 - \rho) J_t]
其中,(\rho \in [0, 1]) 作为权重,用于组合两个目标函数 (J_e) 和 (J_t)。我们的目标是找到使统一成本 (J) 最小化的恒定充电电流 (I_{cc})。可以使用优化方法,如牛顿 - 拉夫逊方法,以 (I_{cc} = I_{min}) 作为初始值来搜索最优点。
为了进行数值模拟,我们假设一个典型的锂电池,其参数如下:
- (a_0 = OCV_{min} = 3V)
- (a_1 = 1.2V),由此可得 (OCV_{max} = 4.2V)
- 电池容量 (Q = 1.5 Ah)
- 内阻 (R_0 = 0.2 \Omega)
- 初始荷电状态 (s_0 = 0)
最大可能充电电流计算如下:
[I_{max} = \frac{OCV_{max} - OCV_{min}}{R_0} = \frac{4.2 - 3}{0.2} = 6A]
模拟中 (I_{cc}) 的取值范围为 (I_{min} = 0.1A) 到 (I_{max} = 6A)。通过模拟,我们得到以下结论:
- 总能量损失 (E_{Lc}) 随着充电电流 (I_{cc}) 的增加而单调增加。
- 充电时间 (t_c) 随着充电电流 (I_{cc}) 的增加而单调减少。
- 当 (\rho = 0.5) 时,充电时间和能量损失具有相同的优先级;当
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