变频脉冲最优频率

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1、.变频脉冲充电技术最优频率搜寻方法研究摘要：本文提出了一种变频脉冲充电最优频率搜寻方法，在分析电池阻抗特性的基础上，对充电频率先后进行正向扰动和反向扰动，形成一个滞环，分别记录下两次扰动前后电流的变化情况，根据基于滞环的频率扰动规则进行判断是否为最优频率，否则继续新一轮的扰动，直到将工作点频率固定在最优频率，此方法可以动态追寻充电时的最优频率，使得能量的传递效率提高，明显缩短了电池的充电时间。实验表明，在相同条件下，与传统的恒压恒流的充电方式相比，充电速率提升了28%；与定频率的充电方式相比，充电效率提升了15%。关键词：锂离子电池；滞环比较；最

2、优充电频率；快速充电0引言随着移动手持设备、通信设备、电动汽车以及可再生能源需求的快速增长，蓄电池作为重要的能量储存装置，我们对其充电效率和使用寿命提出了更高要求。常用的恒流涓流充电技术、恒压恒流充电技术并不能满足人们在充电速率和电池使用寿命方面的需求。研究者们提出了一些改进的算法，例如模糊控制，运用在电池充电系统中，能够获得合适的充电电流来提升充电速率。后来又提出了蚁群算法、粒子群、神经网络等算法。但这些算法计算量大，在实际的充电过程中，程序指令运行时间长，计算灵敏度差，也可能只是局部的最优解。本文采用变频脉冲充电技术。脉冲充电技术给电池提供了

3、脉冲充电的电压或者电流，代替了时不变的恒压恒流，这样给离子的扩散和中和提供了时间。并且这种脉冲充电方式能够延长电池的寿命周期，减少电池的充电时间。能够广泛的应用于各种充电系统，目前还没有一种准确的方法来确定最优频率。电池的内阻会随着SOC的变化而改变，最优频率相应的也会发生变化，故需要对最优频率进行实时的搜寻，采用滞环比较法实时对最优频率进行追寻。通过实验证明能够较好的追寻最优频率。充电效率、上升温度都有明显的改善。1电池阻抗特性分析在一个线性或近似的线性系统中，正弦交流信号的响应也是正弦交流信号，频率不变，但是会存在一定的相位差。如图1所示：图

4、1线性系统中的电流响应变频脉冲充电最优频率理论基础是电池的交流阻抗模型，如图2的是锂电池的交流阻抗模型。...图2锂电池的交流电池模型模型由阳极电感，阴极电感，阳极电容，阴极电容，两个扩散电阻和。还包括一个阳极电解电阻，一个阴极电解电阻，一个欧姆电阻，这个欧姆电阻用于表示电极间的几何间距阻抗。这个电极电解质阻抗，是用来表示电极电解质表面的电荷传递阻抗。扩散转移阻抗，是由于电极电容，的扩散而形成的。而电解电容，则表示电极电解质表面的电容。电感和则是用来表示电极之间的几何联系。电池阻抗则是用来表示欧姆电阻和阻抗、之和。如公式（1-1）所示：(1-1)

5、图2的电池模型简化如图3所示：图3锂电池的等效简化模型找到一个频率使得电池的阻抗最小。在电能转化为化学能的过程中，减小在电池阻抗上的能量损失，在提出的变频率充电方式中，需要改变充电的频率来保证电池阻抗最小。用最优频率脉冲充电给锂电池充电的时候。充电时间，充电效率，充电时的温度上升都得到了极大的改善，频率与阻抗的示意如图4所示：图4锂电池的频谱示意图假设充电频率是，根据锂电池的简化模型，锂电池的交流阻抗可以表示为式（1-2）：(1-2)...根据图2的电池模型，假设在模型的数学分析中忽略温度的影响。很明显，电池的阻抗都会随着充电频率的变化而变化。令

6、，。这样。为了求的最优的频率，需对进行求导：(1-3)其中，，。接下来令来求出阻抗的最小值，通过整理得到公式（1-4）方程：(1-4)这个是关于的方程，通过求根方程求解这个方程解出：(1-5)其中，这样得出。将最优频率带入阻抗中得出：(1-6)上述公式可以看出最优频率的取值与电池阻抗模型中的电阻、电抗值有关，文献[5]通过曲线拟合得出电池模型参数，并且通过实验证明参数的正确性，提取出来的相关公式如（1-7），（1-8）所示：(1-7)(1-8)其中依赖于具体的电池参数，表示电池的SOC。从上述公式中可以看出电池中的电阻，电抗值与电池的SOC成一种

7、非线性关系，在充电的过程中，SOC不断变化，通过上述分析，电池的阻抗也相应的发生变化。2滞环比较法寻最优频率由电池阻抗特性分析可知，电池阻抗会随着电池的SOC的变化而改变，这样在充电的过程中，阻抗一直在变化，这样最优充电频率也在实时改变，通过检测充电时的电流值来判断是否是最优频率。采用滞环比较法来选择最优频率，电池阻抗发生谐振，维持充电电流最大，可以缩短充电时间。滞环比较法原理示意图如图6所示：图5滞环技术示意图...滞环比较法采用的是三点比较法，避免因步长过大跳过最优频率点，避免出现误判。在滞环比较的过程中，A点的频率，A点是当前工作点，给A点

8、频率一个步长的正向扰动，到达B点，此时的频率为，然后再反方向的扰动两个步长，此时到达C点，频率为，以当前工作点A点为中心，左右各取一点形